30-07-2020, 01:28 PM
چرا به فلوئورسانس رویکردی ویژه داریم؟
در 20 سال گذشته فلوئورسانس از جمله روش های بررسی مواد شیمیایی بوده که در پژوهش های زیستی و شیمیایی جایگاهی ویژه یافته است. طیف بینی فلوئورسانس و فلوئورسانس تفکیک زمانی از برجسته ترین روش هایی هستند که در بیوشیمی و بیوفیزیک از آنها بهره برداری میشود. گسترش کاربرد فلوئورسانس بخش هایی از فلوسایتومتری، تشخیص های پزشکی، توالی یابی DNA، پزشکی قانونی و... را زیر پوشش خود نگاه داشته است. آنچه به این روش شایستگی رویکردی ویژه بخشیده، سرمایه خواهی کمتر آن در برابر روش های دیگر است. از سوی دیگر در این شیوه نیاز انجام آزمایشات با مواد رادیو اکتیو را کاهش داد.
[font=Arial, sans-serif]لومینسانس گسیل نور در پی برانگیختگی و آسودن دوباره الکترون می باشد و به دو گروه بخش میشود: فلوئورسانس و فسفرسانس. این گروه بندی بر پایه ی چگونگی آرایش الکترون در هنگام برانگیختگی می باشد. الکترون ها در پدیده ی فلوئورسانس به گونه ی یکتایی (singlet) برانگیخته میشوند. بدینگونه که الکترون ها در تراز انرژی بالاتر، آرایش اسپینی ناهمسان با الکترون بجای مانده در تراز پایه دارند. پس بازگشت الکترون ها به جایگاه پایه به آسانی انجام میشود.
زمان مورد نیاز برای گسیل تابش فلوئورسانس چیزی نزدیک به ده نانو ثانیه میباشد. بازه نانو ثانیه ای رویداد فلوئورسانس پژوهشگران را بر آن داشته تا برای روش تفکیک زمانی، دست به ساخت و پیشبرد ابزار پیچیده تر و با ریزنگری بیشتر ببرند.
فسفرسانس همانند فلوئورسانس دستاورد فرود الکترون های برانگیخته از تراز بالا، به تراز پایه است. اما در فسفرسانس اسپین الکترون برانگیخته و الکترون تراز پایه با یکدیگر همسان است. از آنجا که دو الکترون در جایگاه هم انرژی نمیتوانند اسپین های همسان یکدیگر را برتابند، بازگشت الکترون برانگیخته به تراز پایین به آسانی انجام نمی پذیرد و همین ویژگی، بازه تابش را به یک میلی ثانیه تا یک ثانیه ( وگاهی بیشتر)، در برابر فلوئور سانس که بازه تابشی نانوثانیه ای داشت افزایش میدهد.[/font]
[font=Arial, sans-serif]![[تصویر: f254949_.jpg]](http://imgurl.ir/uploads/f254949_.jpg)
[/font]
فوتولومینسانس که در آن برانگیختگی الکترون های جسم درپی جذب انرژی نور تابیده بر آن انجام میشود، بیشتر در مولکول های آروماتیک دیده میشود.
[font=Arial, sans-serif]شمار زیادی از مواد با ویژگی فلوئورسانس در زندگی انسان کارآمد هستند. آب تونیک (tonic water) که در گذشته برای پیشگیری از مالاریا بهره گیری میشد، دارای ماده ای آروماتیک بنام کینین است که در برابر پرتوی فرابنفش، از خود تابش گسیل میکند. همینطور گاهی در ضدیخ ها میتوان رنگ های سبز، قرمز یا نارنجی درخشنده را دید که نشان از باشندگی مواد فلوئورسانس در آن است.[/font]
[font=Arial, sans-serif]![[تصویر: o51377_.jpg]](http://imgurl.ir/uploads/o51377_.jpg)
[/font]
[font=Arial, sans-serif]داده های طیف فلوئورسانس به شکل نمودارهای تابش رسم میشوند. یک نمودار تابش، تابعی از طول موج یا عدد موجی برحسب ضریب جذب مولی است. شکل طیف های تابش به ساختار شیمیایی ماده و قطبیت حلال بستگی دارد. اما اینکه چرا در نمودار طیفی، طول موج در برابر ضریب جذب رسم شده و نه در برابر طیف گسیلی، از آن خاطر است که نمودار طیف جذبی، نمایی آینه ای از نمودار طیف گسیل است. اما باید خاطرنشان کرد که گاهی طیف ها ناهمسویی هایی از این قانون نشان می دهند.[/font]
[font=Arial, sans-serif]![[تصویر: 179086_.jpg]](http://imgurl.ir/uploads/179086_.jpg)
[/font]
نمودار جابلونسکی:
نمونه ای از نمودار جابلونسکی در زیر پیوست شده. تراز انرژی الکترونی یکتایی پایه (S0)، تراز تراز انرژی الکترونی اول (S1) و تراز انرژِی الکترونی دوم (S2) در نمودار دیده می شوند. الکترون در هرکدام از تراز های انرژی خود میتواند در یک جایگاه انرژی لرزشی باشد که با 0، 1، 2 شماره گذاری شده اند. فرایند فراز رفتن الکترون میان تراز های انرژی الکترونی در پی جذب پرتوی نور در زمانی نزدیک به ده به توان منفی پانزده ثانیه انجام میشود. بازه جایجایی الکترون میان تراز های انرژی الکترونی با پیکان های بلند و عمودی نمایش داده شده که این خود برداشتی از قانون Franck-Condon می باشد. این قانون بیان میکند که جابجایی الکترون ها در تراز های انرژی در راستای عمود و بدون جابجایی خود اتم یا مولکول انجام میشود. آنچه این قانون میخواهد بگوید آن است که در پی جذب انرژی تابشی و در گذار برانگیختگی هسته جابجا نخواهد شد.
![[تصویر: e205655_.jpg]](http://imgurl.ir/uploads/e205655_.jpg)
[font=Arial, sans-serif][font=Arial, sans-serif]چاله های انرژی را میان هر تراز انرژی لرزشی در طیف perylene میتوان دید که بیشینه گسیل هرکدام با دیگری 1500 عدد موجی تفاوت دارد.
بدنبال جذب انرژی تابشی چندین فرایند رخ خواهد داد. الکترون ها در آغاز به تراز های بالاتر انرژی S1 یا S2 برانگیخته میشوند. پس از در آن موادی که به فازهای چگال هستند، الکترون برانگیخته به تندی در تراز های لرزشی پایین تر S1 می آساید. این فرایند، دگرگونی درونی (internal conversion) نام دارد که با گسیل گرما همراه است و در زمانی نزدیک به ده به توان منفی دوازده ثانیه یا کمتر انجام می پذیرد. از آنجا که پیشتر گفتیم زمان پایش فلوئورسانس 10 نانو ثانیه است میتوان دریافت که دگرگونی درونی پیش از فرجام فلوئورسانس و گسیل فوتون های انرژی پایان میابد. نیز بدین شیوه الکترون پس از دگرگونی درونی و موازنه ی انرژی به روش گسیل گرما، از تراز لرزشی پایین تر فرود آغاز میکند.
[/font]
[/font]
الکترون پس از فرود به تراز پایه که با گسیل فوتون های نور همراه است، درون جایگاه های لرزشی بالاتر جایگیری میکند و سپس به تندی در زمانی نزدیک به ده به توان منفی دوازده ثانیه باز موازنه ی گرمایی انجام میدهد. باید خاطر نشان کرد که انرژی تابشی گسیل شده از ماده ی فلوئورسنت کمتر از انرژی تابشی جذب شده است. زیرا اندازه ای از آن پس از انجام دگرگونی های درونی به روش گرمایی گسیل میشود.
[font=Arial, sans-serif]منبع:[/font]
Principles of Fluorescence Spectroscopy by Joseph R. Lakowicz
در 20 سال گذشته فلوئورسانس از جمله روش های بررسی مواد شیمیایی بوده که در پژوهش های زیستی و شیمیایی جایگاهی ویژه یافته است. طیف بینی فلوئورسانس و فلوئورسانس تفکیک زمانی از برجسته ترین روش هایی هستند که در بیوشیمی و بیوفیزیک از آنها بهره برداری میشود. گسترش کاربرد فلوئورسانس بخش هایی از فلوسایتومتری، تشخیص های پزشکی، توالی یابی DNA، پزشکی قانونی و... را زیر پوشش خود نگاه داشته است. آنچه به این روش شایستگی رویکردی ویژه بخشیده، سرمایه خواهی کمتر آن در برابر روش های دیگر است. از سوی دیگر در این شیوه نیاز انجام آزمایشات با مواد رادیو اکتیو را کاهش داد.
[font=Arial, sans-serif]لومینسانس گسیل نور در پی برانگیختگی و آسودن دوباره الکترون می باشد و به دو گروه بخش میشود: فلوئورسانس و فسفرسانس. این گروه بندی بر پایه ی چگونگی آرایش الکترون در هنگام برانگیختگی می باشد. الکترون ها در پدیده ی فلوئورسانس به گونه ی یکتایی (singlet) برانگیخته میشوند. بدینگونه که الکترون ها در تراز انرژی بالاتر، آرایش اسپینی ناهمسان با الکترون بجای مانده در تراز پایه دارند. پس بازگشت الکترون ها به جایگاه پایه به آسانی انجام میشود.
زمان مورد نیاز برای گسیل تابش فلوئورسانس چیزی نزدیک به ده نانو ثانیه میباشد. بازه نانو ثانیه ای رویداد فلوئورسانس پژوهشگران را بر آن داشته تا برای روش تفکیک زمانی، دست به ساخت و پیشبرد ابزار پیچیده تر و با ریزنگری بیشتر ببرند.
فسفرسانس همانند فلوئورسانس دستاورد فرود الکترون های برانگیخته از تراز بالا، به تراز پایه است. اما در فسفرسانس اسپین الکترون برانگیخته و الکترون تراز پایه با یکدیگر همسان است. از آنجا که دو الکترون در جایگاه هم انرژی نمیتوانند اسپین های همسان یکدیگر را برتابند، بازگشت الکترون برانگیخته به تراز پایین به آسانی انجام نمی پذیرد و همین ویژگی، بازه تابش را به یک میلی ثانیه تا یک ثانیه ( وگاهی بیشتر)، در برابر فلوئور سانس که بازه تابشی نانوثانیه ای داشت افزایش میدهد.[/font]
[font=Arial, sans-serif]
[/font]فوتولومینسانس که در آن برانگیختگی الکترون های جسم درپی جذب انرژی نور تابیده بر آن انجام میشود، بیشتر در مولکول های آروماتیک دیده میشود.
[font=Arial, sans-serif]شمار زیادی از مواد با ویژگی فلوئورسانس در زندگی انسان کارآمد هستند. آب تونیک (tonic water) که در گذشته برای پیشگیری از مالاریا بهره گیری میشد، دارای ماده ای آروماتیک بنام کینین است که در برابر پرتوی فرابنفش، از خود تابش گسیل میکند. همینطور گاهی در ضدیخ ها میتوان رنگ های سبز، قرمز یا نارنجی درخشنده را دید که نشان از باشندگی مواد فلوئورسانس در آن است.[/font]
[font=Arial, sans-serif]
[/font][font=Arial, sans-serif]داده های طیف فلوئورسانس به شکل نمودارهای تابش رسم میشوند. یک نمودار تابش، تابعی از طول موج یا عدد موجی برحسب ضریب جذب مولی است. شکل طیف های تابش به ساختار شیمیایی ماده و قطبیت حلال بستگی دارد. اما اینکه چرا در نمودار طیفی، طول موج در برابر ضریب جذب رسم شده و نه در برابر طیف گسیلی، از آن خاطر است که نمودار طیف جذبی، نمایی آینه ای از نمودار طیف گسیل است. اما باید خاطرنشان کرد که گاهی طیف ها ناهمسویی هایی از این قانون نشان می دهند.[/font]
[font=Arial, sans-serif]
[/font]نمودار جابلونسکی:
نمونه ای از نمودار جابلونسکی در زیر پیوست شده. تراز انرژی الکترونی یکتایی پایه (S0)، تراز تراز انرژی الکترونی اول (S1) و تراز انرژِی الکترونی دوم (S2) در نمودار دیده می شوند. الکترون در هرکدام از تراز های انرژی خود میتواند در یک جایگاه انرژی لرزشی باشد که با 0، 1، 2 شماره گذاری شده اند. فرایند فراز رفتن الکترون میان تراز های انرژی الکترونی در پی جذب پرتوی نور در زمانی نزدیک به ده به توان منفی پانزده ثانیه انجام میشود. بازه جایجایی الکترون میان تراز های انرژی الکترونی با پیکان های بلند و عمودی نمایش داده شده که این خود برداشتی از قانون Franck-Condon می باشد. این قانون بیان میکند که جابجایی الکترون ها در تراز های انرژی در راستای عمود و بدون جابجایی خود اتم یا مولکول انجام میشود. آنچه این قانون میخواهد بگوید آن است که در پی جذب انرژی تابشی و در گذار برانگیختگی هسته جابجا نخواهد شد.
[font=Arial, sans-serif][font=Arial, sans-serif]چاله های انرژی را میان هر تراز انرژی لرزشی در طیف perylene میتوان دید که بیشینه گسیل هرکدام با دیگری 1500 عدد موجی تفاوت دارد.
بدنبال جذب انرژی تابشی چندین فرایند رخ خواهد داد. الکترون ها در آغاز به تراز های بالاتر انرژی S1 یا S2 برانگیخته میشوند. پس از در آن موادی که به فازهای چگال هستند، الکترون برانگیخته به تندی در تراز های لرزشی پایین تر S1 می آساید. این فرایند، دگرگونی درونی (internal conversion) نام دارد که با گسیل گرما همراه است و در زمانی نزدیک به ده به توان منفی دوازده ثانیه یا کمتر انجام می پذیرد. از آنجا که پیشتر گفتیم زمان پایش فلوئورسانس 10 نانو ثانیه است میتوان دریافت که دگرگونی درونی پیش از فرجام فلوئورسانس و گسیل فوتون های انرژی پایان میابد. نیز بدین شیوه الکترون پس از دگرگونی درونی و موازنه ی انرژی به روش گسیل گرما، از تراز لرزشی پایین تر فرود آغاز میکند.
[/font]
[/font]
الکترون پس از فرود به تراز پایه که با گسیل فوتون های نور همراه است، درون جایگاه های لرزشی بالاتر جایگیری میکند و سپس به تندی در زمانی نزدیک به ده به توان منفی دوازده ثانیه باز موازنه ی گرمایی انجام میدهد. باید خاطر نشان کرد که انرژی تابشی گسیل شده از ماده ی فلوئورسنت کمتر از انرژی تابشی جذب شده است. زیرا اندازه ای از آن پس از انجام دگرگونی های درونی به روش گرمایی گسیل میشود.
[font=Arial, sans-serif]منبع:[/font]
Principles of Fluorescence Spectroscopy by Joseph R. Lakowicz