Espectrometria de luminescencia molecular

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Espectrometria de luminescência molecular 
Luminescência molecular 
Fotoluminescência Quimiluminescência 
fluorescência fosforescência 
Espectrometria de luminescência molecular 
Luminescência molecular 
Fotoluminescência Quimiluminescência 
fluorescência fosforescência 
Produção de luz quando 
a energia de excitação é 
proveniente de uma 
reação química 
Excitação é feita pela 
absorção de fótons. 
Fluorescência molecular 
 
 
Substâncias que exibem fluorescência: 
 
compostos aromáticos, alifáticos ou alicíclicos contendo carbonila ou duplas ligações 
altamente conjugadas e estruturas rígidas 
 
Características: 
 
-alta sensibilidade 
-amplo intervalo de resposta linear (F α C, soluções diluídas, A<0,05) 
-interferências de matriz são relevantes 
-poucas substâncias exibem fluorescência (derivação) 
-detectores para cromatografia a líquido e eletroforese capilar 
Spin eletrônico 
O Princípio de Exclusão de Pauli diz: 
 
Não mais que 2 elétrons podem ocupar um orbital 
 
Os dois elétrons devem ter estados de spin opostos (spin emparelhados) 
 
Maioria das moléculas não exibem campo magnético  diamagnéticas 
 
Radicais livres (elétrons não pareados)  paramagnéticas 
Estado singlete 
(Fundamental) 
Estado singlete 
excitado 
(Fluorescência) 
Estado triplete 
excitado 
(Fosforescência) 
Spin eletrônico 
Estados excitados singlete e triplete são responsáveis pela produção dos fenômenos de 
fluorescência e fosforescência. 
Fluorescência x Fosforescência 
FLUORESCÊNCIA 
Transição singlete → singlete 
Processo RÁPIDO (10-7 – 10-5 s) 
NÃO ENVOLVE MUDANÇA DE SPIN 
FOSFORESCÊNCIA 
Transição triplete → singlete 
Processo LENTO ( 10-4 – 10 s) 
ENVOLVE MUDANÇA DE SPIN 
Diagrama de energia – molécula fotoluminescente típica 
Processos de desativação 
O processo de desativação mais provável é o que minimiza o tempo de 
vida do estado excitado. 
É o tempo necessário para que a população desse estado 
decaia a um valor igual a 1/e vezes o seu valor inicial 
Processos de desativação – relaxação vibracional 
 Relaxação vibracional 
Mais rápido que 
σ de um estado excitado 
A partir do nível vibracional 
de E (estado excitado) 
Colisões entre moléculas 
excitadas e solvente 
Conseqüência : a banda de fluorescência para uma dada transição eletrônica é deslocada 
para freqüências mais baixas ou  maiores em relação à banda de absorção. 
Processos de desativação – conversão interna 
Conversão interna 
Intermolecular: 
estado eletrônico de E sem 
emissão 
Relaxação radiativa de níveis 
vibracionais mais baixos de um 
estado e mais altos de outro 
estado eletrônico 
Estados eletrônicos com 
E próximas: maior eficiência 
Singleto-Singleto 
Tripleto-Tripleto 
Exemplo 
Espectros de excitação e de emissão de 
fluorescência para uma solução de quinino 
Processos de desativação – conversão externa 
Conversão externa 
Não radiativa interação e 
transferência de E entre 
moléculas excitadas e 
solvente 
 número de colisões com a  T ou  viscosidade: 
 fluorescência 
Supressão por colisão 
Processos de desativação – cruzamento intersistema 
Cruzamento intersistema 
Alteração spin do e- do 
estado excitado 
(alteração multiplicidade) 
Espécies paramagnéticas 
favorecem o fenômeno: 
fluorescência 
Sobreposição de níveis 
vibracionais:  eficiência 
Processos de desativação – fosforescência 
Ocorre após o cruzamento intersistema 
 
Emissão persiste mesmo após cessada a irradiação 
 
Conversões interna e externa competem com a fosforescência: 
 
- baixa temperatura 
- meio com alta viscosidade 
- moléculas adsorvidas sobre a superfície de um sólido 
Rendimento quântico 
dpdicecif
f
kkkkkk
k


absorvidosfótons
emitidosfótons

kf = constante de velocidade de 1ª ordem para a relaxação por fluorescência 
ki = para o cruzamento intersistema; kec = para conversão externa; kic = para conversão 
interna; kpd = para pré-dissociação; kd = para dissociação 
~1  molécula altamente fluorescente 
estrutura química 
Fatores que afetam o rendimento quântico 
λ radiação UV-VIS 
Espectro de absorção da espécie absorvedora 
pH 
Concentração da espécie absorvedora 
Temperatura 
Solvente 
Concentração de O2 dissolvido 
Variáveis que afetam a fluorescência 
Estrutura molecular 
Ambiente químico 
Esses fatores também determinam a intensidade de emissão e quando a 
luminescência irá ocorrer 
Fluorescência e estrutura 
A fluorescência mais intensa e mais útil é encontrada em compostos contendo 
grupos aromáticos funcionais com transições de baixa energia  *. 
 
Os compostos contendo estruturas alifáticas e carbonilas alicíclicas ou estruturas de 
ligações duplas altamente conjugadas também podem apresentar fluorescência, 
mas em menor número que nos sistemas aromáticos. 
 
A maioria dos hidrocarbonetos aromáticos não-substituídos fluorescem em solução 
e a eficiência quântica geralmente aumenta com o número de anéis e seu grau de 
condensação. 
Estrutura 
Heterocíclicos simples como piridina, furano, tiofeno e pirrol não fluorescem 
 
 
 
 
 
 
 intensidade em compostos com anéis fundidos 
Substituição 
A substituição no anel benzênico causa deslocamento nos  dos máximos de absorção 
e mudanças correspondentes nos picos de emissão de fluorescência.  eficiência 
quântica 
Substituição 
A substituição no anel benzênico causa deslocamento nos  dos máximos de absorção 
e mudanças correspondentes nos picos de emissão de fluorescência.  eficiência 
quântica 
Efeito de átomo pesado   cruzamento intersistema para o estado tripleto 
Rigidez estrutural 
Fluorescência é favorecida em moléculas com estruturas rígidas 
 
 
 
 
 
 
Agentes quelantes complexados com íons metálicos tem um aumento na fluorescência. 
Exemplo: intensidade de fluorescência da 8- hidroxiquinolina aumenta com a adição de 
zinco na solução 
Fluoreno 
(alta fluorescência) 
Bifenil 
(baixa fluorescência) 
Temperatura 
 temperatura 
 freqüência de colisões 
entre moléculas 
 probabilidade de 
desativação por conversão 
externa 
Eficiência quântica  
Solvente 
 viscosidade 
 facilidade de 
conversão externa 
intensidade de 
fluorescência 
Solventes com átomos pesados diminuem a fluorescência: átomo pesado favorece o 
estado triplete (cruzamento intersistemas) 
pH 
Estruturas de ressonância (formas protonadas e desprotonadas) 
 
Dependência do λ e intensidade de emissão 
 
Controle de pH é necessário em medidas de fluorescência 
 
Anilina 
Meio ácido: íon anilínico 
(NÃO TEM FLUORESCÊNCIA) 
Meio básico 
Formas adicionais de ressonância dão mais estabilidade ao primeiro estado excitado 
Apresenta fluorescência na região do ultravioleta 
Formas ressonantes da anilina 
pH 
Controle de pH é necessário em medidas de fluorescência 
Solução de quinino em soluções tampões de pH 2 a 6 
(λ excitação = 365 nm e de medida de fluorescência = 450 nm) 
pH 
Oxigênio dissolvido 
Facilita o cruzamento intersistemas (conversão das moléculas 
excitadas ao estado triplete):  a fluorescência 
 
Outras espécies paramagnéticas também tendem a suprimir a 
fluorescência