งานนำเสนอกำลังจะดาวน์โหลด โปรดรอ

งานนำเสนอกำลังจะดาวน์โหลด โปรดรอ

ภาควิชาเคมี คณะ วิทยาศาสตร์ จุฬาลงกรณ์ มหาวิทยาลัย ผศ. สุชาดา จูอนุวัฒนกุล.

งานนำเสนอที่คล้ายกัน


งานนำเสนอเรื่อง: "ภาควิชาเคมี คณะ วิทยาศาสตร์ จุฬาลงกรณ์ มหาวิทยาลัย ผศ. สุชาดา จูอนุวัฒนกุล."— ใบสำเนางานนำเสนอ:

1

2 ภาควิชาเคมี คณะ วิทยาศาสตร์ จุฬาลงกรณ์ มหาวิทยาลัย ผศ. สุชาดา จูอนุวัฒนกุล

3 Luminescence Spectroscopy 1.Luminescence Spectroscopy 2.Molecular Fluorescence Spectroscopy 3.Fluorescent Species 4.Effect of Concentration Fluorescence Intensity 5.Fluorescence Instruments 6.Applications of Fluorescence Methods 7.Molecular Phosphorescence Spectroscopy 8.Chemiluminescence Methods

4 Luminescence Spectroscopy Luminescence แบ่งเป็น 1. Photoluminescence เป็น emission process ที่เกิดจากอะตอมหรือโมเลกุลถูก กระตุ้นโดยการดูดกลืนรังสีแม่เหล็กไฟฟ้า แล้วกลับสู่ ground state โดยปล่อยพลังงานส่วนเกินในรูปของโฟตอน ถ้า emission process เกิดขึ้นเกือบทันที ใช้เวลา วินาที หรือน้อยกว่า เรียกว่า การวาวแสง หรือ ฟลูออเรสเซนซ์ (fluorescence) และถ้า emission process ใช้เวลาในการเกิดมาก เป็นนาทีหรือ ชั่วโมง เรียกว่า การเรืองแสง หรือ ฟอสฟอเรสเซนซ์ (phosphorescence) fluorescence ใช้ในการวิเคราะห์ทางเคมีมากกว่า phosphorescence

5 Luminescence Spectroscopy 2. Chemiluminescence เป็น emission process ที่เกิดจากอะตอมหรือโมเลกุลถูกกระตุ้น โดยปฏิกิริยาเคมี แล้วกลับสู่ ground state โดยปล่อยพลังงาน ส่วนเกินในรูปของโฟตอน ในบางกรณี อะตอมหรือโมเลกุลที่ถูกกระตุ้นเป็นผลิตภัณฑ์ของ ปฏิกิริยาระหว่าง analyte กับรีเอเจนต์ที่เหมาะสม (โดยปกติใช้ strong oxidant เช่น ozone หรือ peroxide) สเปกตรัมที่ได้จึงเกิด จากการปล่อยพลังงานของผลิตภัณฑ์ ไม่ใช่ของ analyte เอง นอกจากนี้ analyte อาจไม่เกี่ยวข้องใน chemiluminescent reaction โดยตรง แต่เร่งหรือยับยั้งการเกิด chemiluminescence ในที่นี้ส่วนใหญ่จะกล่าวถึง molecular fluorescence

6 ข้อดีของ luminescence methods เมื่อเทียบกับ absorption methods  sensitivity สูงกว่า 1-3 เท่า (detection limit ต่ำกว่า 1-3 เท่า)  linear concentration range กว้างกว่า  selectivity  absorption methods อย่างไรก็ดี luminescence methods ใช้กันไม่กว้างขวางนัก เพราะ chemical systems ที่ให้ luminescence มีจำกัด Luminescence Spectroscopy

7 Molecular Fluorescence Spectroscopy molecular fluorescence spectroscopy ทำโดยการกระตุ้น ตัวอย่างด้วยรังสีที่ความยาวคลื่นที่เกิดการดูดกลืน เรียกว่า absorption หรือ excitation wavelength และวัดรังสีที่เปล่ง ออกมาที่ความยาวคลื่นซึ่งเรียกว่า emission wavelength เช่น ควินิน (quinine) สามารถดูดกลืนรังสีที่ 350 nm และให้ฟลูออเรส เซนซ์โดยปล่อยพลังงานสูงสุดที่ความยาวคลื่น 460 nm

8 รูปที่ 1 Excitation และ emission spectrum ของควินิน Molecular Fluorescence Spectroscopy

9 S2S2 S 1 S0S0 T1T1 Energy รูปที่ 2 Energy-Level Diagrams for Photoluminescent Molecules S 0 - ground electronic singlet state S 1, S 2 - first and second excited electronic singlet state T 1 - first excited electronic triplet state absorption ( s) vibrational relaxation ( s) internal conversion ( s) Internal conversion fluorescence 3 Intersystem crossing external conversion Phospho- rescence ( s) 4

10 Molecular Fluorescence Spectroscopy molecular fluorescence bands ส่วนใหญ่ประกอบด้วย lines ที่มีความยาวคลื่นมากกว่าความยาวคลื่นของรังสีที่ถูกดูดกลืน เพื่อให้เกิด excitation เรียกการเลื่อนที่ของความยาวคลื่นนี้ว่า Stokes shift เนื่องจากผลต่างของพลังงานระหว่าง vibrational states ทั้งใน ground และ excited states มีค่าใกล้เคียงกัน absorption spectrum หรือ excitation spectrum และ fluorescence spectrum ของสารประกอบจึงอาจมีลักษณะเป็น mirror images ของกันและกัน (ดังรูปที่ 3) และซ้อนกันที่ความยาวคลื่นที่ สอดคล้องกับการเปลี่ยนระดับพลังงานระหว่าง vibrational level 0 ของ E 1 กับ vibrational level 0 ของ E 0

11 Molecular Fluorescence Spectroscopy รูปที่ 3 Excitation และ emission spectrum ของสาร ซึ่งมีลักษณะเป็น mirror images กัน

12 Fluorescent Species จากรูปที่ 3 จะเห็นได้ว่าฟลูออเรสเซนซ์เป็นกระบวนการหนึ่งใน หลายกระบวนการ ที่โมเลกุลกลับสู่ ground state หลังจากที่ถูก กระตุ้นโดยการดูดกลืนรังสี โมเลกุลที่ดูดกลืนรังสีได้ทุกชนิดจึงมี โอกาสที่จะให้ฟลูออเรสเซนซ์ได้ แต่โมเลกุลส่วนใหญ่ไม่ให้ ฟลูออเรสเซนซ์ เนื่องจากโครงสร้างของโมเลกุลเหล่านี้ทำให้ radiationless relaxation เกิดขึ้นด้วยอัตราที่สูงกว่า fluorescence emission โมเลกุลจะมีประสิทธิภาพเชิงควอนตัม (quantum efficiency) ในการให้ฟลูออเรสเซนซ์มากน้อยเพียงใด อธิบาย ได้ด้วย ผลได้เชิงควอนตัม (quantum yield)

13 quantum yield ของ molecular fluorescence (  F ) = k F = ค่าคงที่อัตราเร็วของ fluorescence relaxation k nr = ค่าคงที่อัตราเร็วของ nonradiative relaxation จำนวนโมเลกุลที่ให้ฟลูออเรสเซนซ์ จำนวนโมเลกุลที่ถูกกระตุ้น จำนวนโฟตอนที่ถูกคายออกมา จำนวนโฟตอนที่ถูกดูดกลืน Fluorescent Species k F k F + k nr

14  โมเลกุลที่ให้ฟลูออเรสเซนซ์ได้ดี เช่น ฟลูออเรสซีน (fluorescein) มี quantum yield ใกล้เคียง 1  สารที่ไม่ให้ฟลูออเรสเซนซ์มี quantum yield = 0 Fluorescent Species

15 Fluorescence and Structure  สารประกอบที่ให้ฟลูออเรสเซนซ์ส่วนใหญ่มี aromatic rings  aliphatic และ alicyclic carbonyl compounds บางชนิดโดย เฉพาะอย่างยิ่ง เมื่อมี conjugate double-bonds ให้ฟลูออเรส เซนซ์ได้  unsubstituted aromatic hydrocarbons ในสารละลายให้ ฟลูออเรสเซนซ์ และ quantum efficiency เพิ่มขึ้นเมื่อจำนวน rings และ degree of condensation เพิ่มขึ้น

16 Fluorescent Species  heterocyclic compounds อย่างง่าย ไม่ให้ฟลูออเรสเซนซ์ เช่น pyridine furan thiophene pyrrole แต่ fused-ring structures ที่มี rings เหล่านี้ ให้ฟลูออเรสเซนซ์ quinoline isoquinoline indole N O S HNHN HNHN N N

17 Fluorescent Species  การแทนที่บน aromatic rings ทำให้เกิด  การเลื่อนที่ของความยาวคลื่นที่มีการดูดกลืนสูงสุด  การเปลี่ยนแปลงของ fluorescence peaks  การเปลี่ยนแปลง fluorescence efficiency (ดูตารางที่ )

18 ตารางที่ 1 ผลของการแทนที่บน benzene rings ต่อฟลูออเรสเซนซ์ Fluorescent Species สารประกอบสูตรความยาวคลื่นของ fluorescence Intensity ของ fluorescence benzeneC6H6C6H tolueneC 6 H 5 CH propylbenzeneC6H5C3H7C6H5C3H fluorobenzeneC6H5FC6H5F chlorobenzeneC 6 H 5 Cl bromobenzeneC 6 H 5 Br iodobenzeneC6H5IC6H5I-0 phenolC 6 H 5 OH phenolate ionC 6 H 5 O

19 Fluorescent Species Effect of Structural Rigidity จากการทดลองพบว่า rigid molecule ให้ฟลูออเรสเซนซ์ได้ดี โดย rigidity จะลดอัตราการเกิด nonradiative relaxation ลง จนถึงจุดที่เกิด relaxation โดยฟลูออเรสเซนซ์ เช่น  fluorescing dyes ที่ถูกดูดซับบนพื้นผิวของของแข็ง จะให้ ฟลูออเรสเซนซ์ได้เพิ่มขึ้น เนื่องจากการดูดซับของของแข็งทำ ให้ rigidity เพิ่มขึ้น

20 Fluorescent Species fluorene biphenyl   1  = 0.2 รูปที่ 4 ผลของ rigidity ต่อ quantum yield.  fluorene (ซึ่งโมเลกุล rigid เนื่องจากมี methylene group ยึด benzene rings ทั้งสองไว้) มี quantum efficiency ใกล้เคียง 1 ส่วน biphenyl (ซึ่ง benzene rings ในโมเลกุลหมุนได้อย่าง อิสระ) มี quantum efficiency เท่ากับ 0.2

21 Fluorescent Species  Zn–(8-hydroxyquinoline) complex (หรือ chelate) ให้ฟลูออ เรสเซนซ์ที่มีความเข้ม (intensity) สูงกว่า 8-hydroxyquinoline (ซึ่งเป็นสารอินทรีย์ก่อคีเลต) มาก เนื่องจากคีเลตมี rigidity สูง กว่า 8-hydroxyquinoline N OH 8-hydroxyquinoline (nonfluorescing) N O Zn 2 รูปที่ 5 ผลของ rigidity ต่อ quantum yield ของสารเชิงซ้อน Zn-8-hydroxyquinoline complex (fluorescing)

22 Fluorescent Species Temperature and Solvent Effects  Quantum efficiency ของฟลูออเรสเซนซ์จะลดลง เมื่ออุณหภูมิ เพิ่มขึ้น เนื่องจากที่อุณหภูมิ ความถี่ของการชนกันของโมเลกุล จะเพิ่มขึ้น ทำให้เกิด nonradiative relaxation ได้มากขึ้น  Quantum efficiency ของฟลูออเรสเซนซ์จะลดลง เมื่อความ หนืด (viscosity) ของตัวทำละลายลดลง ทำให้ความถี่ของการ ชนกันของโมเลกุลเพิ่มขึ้น และเกิด nonradiative relaxation ได้มากขึ้น

23 Effect of Concentration of Effect of Concentration of Fluorescence Intensity กำลังของ fluorescence radiation (F) เป็นสัดส่วนกับกำลังการ แผ่รังสี (radiant power) ของ excitation beam ที่ถูกดูดกลืน F = K (P 0 - P) (1) P 0 = กำลังของลำแสงที่ตกกระทบสารละลาย K = ค่าคงที่ ซึ่งขึ้นกับ quantum efficiency ของ fluorescence เพื่อแสดงความสัมพันธ์ของ F กับความเข้มข้น c ของ fluorescing species เขียน Beer’s law ในรูป P/P 0 = 10 -  bc หรือ P = P 0 x 10 -  bc (2)  = molar absorptivity of fluorescing species  bc = absorbance (A)

24 Effect of Concentration of Effect of Concentration of Fluorescence Intensity แทนค่า P จากสมการ (2) ลงในสมการ (1) F = K P 0 (  bc ) (3) F = K P  bc – – – … (4) เมื่อ  bc (A) < 0.05; 2.3  bc จะมีค่ามากกว่าเทอมอื่นๆในวงเล็บมาก ดังนั้น F = 2.3K  bc P 0 (5) เมื่อกำลังของรังสีตกกระทบมีค่าคงที่ จะได้ F = K c (6) ดังนั้นถ้า plot fluorescence power ของสารละลาย กับ ความ เข้มข้นของสารละลาย จะได้เส้นตรงที่ความเข้มข้นต่ำ (–2.3  bc) 2 2  (–2.3  bc) 3 3 

25 Effect of Concentration of Effect of Concentration of Fluorescence Intensity เมื่อ c มีค่ามากขึ้นจน A มากกว่า 0.05 (หรือ T น้อยกว่า 0.9) ความสัมพันธ์ระหว่าง F และ c ดังสมการ (6) จะไม่เป็นเส้นตรง และ F อยู่ต่ำกว่าแนวเส้นตรงที่ลากต่อออกมา ซึ่งเป็นผลของ primary absorption ซึ่งรังสีตกกระทบถูกดูดกลืนได้มากจนให้ ฟลูออเรสเซนซ์ไม่เป็นสัดส่วนกับความเข้มข้น ดังสมการ (4) ที่ความเข้มข้นสูงมาก F จะมีค่าสูงสุดและเริ่มลดลงเมื่อเพิ่ม ความเข้มข้นเนื่องจาก secondary absorption ซึ่งฟลูออเรส เซนซ์ที่เปล่งออกมาถูกดูดกลืนโดยโมเลกุลของ analyte โมเลกุล อื่นๆ

26 Effect of Concentration of Effect of Concentration of Fluorescence Intensity รูปที่ 4 Calibration curve สำหรับการหาปริมาณ tryptophan ในโปรตีนที่ละลายน้ำได้จากเลนส์ของตามนุษย์ Relative fluorescence power, F ความเข้มข้น, M x 10 7

27 Effect of Concentration of Effect of Concentration of Fluorescence Intensity นอกจากนี้ primary และ secondary absorption effects ซึ่ง บางครั้งเรียกว่า inner-filter effects นี้ อาจเกิดจากการดูดกลืน โดยโมเลกุลใน sample matrix

28 Fluorescence Instruments

29 รูปที่ 5 ส่วนประกอบของ fluorometer/spectrofluorometer. Source primary excitation filter/ monochromator Sample secondary emission filter/ monochromator Beam attenuator Readout Difference Amplifier Reference PMT Sample PMT

30 Fluorescence Instruments รูปที่ 5 แสดงส่วนประกอบของ fluorometers และ spectrofluorometers ส่วนประกอบเหล่านี้เหมือนส่วนประกอบ ในเครื่องมือสำหรับใน UV/visible spectroscopy fluorescence instrument โดยทั่วไปเป็น double-beam optics เพื่อหักล้างการเปลี่ยนแปลง power ของ source เมื่อ ผ่านรังสีไปยังตัวอย่าง เริ่มแรกรังสีจะผ่าน primary excitation filter/monochromator ซึ่งส่งผ่านรังสีที่จะทำให้เกิด excitation แต่แยก emitted radiation ซึ่งมีความยาวคลื่นเท่ากับฟลูออเรส เซนซ์ออกไป fluorescence radiation จะเปล่งออกจากตัวอย่าง ทุกทิศทาง แต่การวัดทำได้สะดวกที่สุดในแนวตั้งฉากกับ excitation beam ที่มุมอื่นๆ การกระเจิงแสงที่เกิดจากสารละลาย

31 Fluorescence Instruments และผนังเซลล์อาจเพิ่มขึ้น ทำให้เกิดความคลาดเคลื่อนในการวัด intensity มากกว่า emitted radiation จะเข้าสู่ photoelectric detector หลังจากผ่าน secondary emission filter/ monochromator ซึ่งแยก fluorescence peak สำหรับการวัด

32 Fluorescence Instruments fluorescence instrument โดยทั่วไปเป็น double-beam optics เพื่อหักล้างการเปลี่ยนแปลง power ของ source เมื่อ ผ่านรังสีไปยังตัวอย่าง เริ่มแรกรังสีจะผ่าน primary excitation filter/monochromator ซึ่งส่งผ่านรังสีที่จะทำให้เกิด excitation แต่แยก emitted radiation ซึ่งมีความยาวคลื่นเท่ากับฟลูออเรส เซนซ์ออกไป fluorescence radiation จะเปล่งออกจากตัวอย่าง ทุกทิศทาง แต่การวัดทำได้สะดวกที่สุดในแนวตั้งฉากกับ excitation beam ที่มุมอื่นๆ การกระเจิงแสงที่เกิดจากสารละลาย และผนังเซลล์อาจเพิ่มขึ้น ทำให้เกิดความคลาดเคลื่อนในการวัด intensity มากกว่า emitted radiation จะเข้าสู่ photoelectric detector หลังจากผ่าน secondary emission filter/ monochromator ซึ่งแยก fluorescence peak สำหรับการวัด

33 Fluorescence Instruments Radiation Sources fluorescence ต้องใช้ source ที่มี intensity สูงกว่า tungsten หรือ hydrogen lamp ที่ใช้วัด absorption เนื่องจาก F = 2.303K P 0  bc นั่นคือ emitted radiation power (และ sensitivity) เป็น สัดส่วนโดยตรงกับ source power (P 0 ) ในขณะที่ absorbance คือ log P 0 /P จึงไม่ขึ้นกับ source power fluorescence source ที่ใช้กันทั่วไปได้แก่  mercury arc lamps  xenon arc lamps  xenon-mercury arc lamps  lasers

34 Fluorescence Instruments Wavelength Selectors เครื่องมือที่ wavelength selectors ทั้งสองเป็น filters เรียกว่า fluorometer ถ้า wavelength selectors ทั้งสองเป็น monochromators เรียกว่า spectrofluorometer spectrofluorometer บางชนิดใช้ filter สำหรับเลือกความยาว คลื่นของ excitation radiation และใช้ grating monochromator สำหรับกระจาย fluorescence radiation Fluorescence filter

35 Fluorescence Instruments Cells and Cell Compartments การวัดฟลูออเรสเซนซ์ใช้ cylindrical และ rectangular cells ที่ ทำด้วยแก้วหรือซิลิกา การออกแบบ cell compartment ต้องระวังเพื่อลดปริมาณ scattered radiation ที่เข้าสู่ detector จึงมักมี baffles ใน cell compartment

36 Fluorescence Instruments Detectors ส่วนใหญ่ใช้ photomultiplier (PMT) โดยทั่วไป fluorescene signal มี intensity ต่ำ จึงต้องการ amplification factors สูง detectors ที่ใช้กันมากคือ photomultiplier (PMT) และมี การใช้ diode array detectors ใน spectrofluorometer

37 Fluorescence Instruments fluorometers และ spectrofluorometers ต่างกันอย่าง กว้างขวางในแง่ของความซับซ้อน สมรรถนะ และราคา เช่นเดียวกับ absorption spectrophotometers โดยทั่วไป fluorescence instruments จะมีราคาแพงกว่า absorption instruments ที่มีคุณภาพในระดับเดียวกัน

38 Fluorescence Instruments รูปที่ 6 Optical diagram ของ spectrofluorometer

39 Applications of Fluorescence Methods fluorescence spectroscopy ไม่ค่อยใช้สำหรับการวิเคราะห์ โครงสร้างของสาร (structural analysis) หรือการวิเคราะห์คุณภาพ (qualitative analysis) เพราะโมเลกุลที่มีโครงสร้างต่างกันอาจให้ fluorescence spectra คล้ายกัน นอกจากนี้ fluorescence bands ของสารละลายจะค่อนข้างกว้าง (board) ที่อุณหภูมิห้อง fluorescence methods สามารถประยุกต์กับสารละลายที่มี ความเข้มข้นต่ำกว่า absorption methods จึงเป็นวิธีที่มี sensitivity สูง เนื่องจาก power ของ fluorescence (F) สัมพันธ์ กับความเข้มข้นและ power ของ source (F = 2.3K  bc P 0 ) การเพิ่ม sensitivity ของ fluorescence methods ทำได้โดยการ เพิ่ม P 0 หรือการขยาย fluorescence signal

40 Applications of Fluorescence Methods สำหรับ absorption methods ค่า absorbance ซึ่งแปรผัน โดยตรงกับความเข้มข้น เท่ากับ log P 0 /P ถ้าเพิ่ม P 0 จะทำให้ P เพิ่มขึ้นในอัตราส่วนเดียวกัน จึงไม่มีผลต่อ absorbance และไม่เพิ่ม sensitivity ในทำนองเดียวกันการขยายสัญญาณจาก detector จะทำให้ทั้ง P และ P 0 เพิ่มขึ้นเท่ากัน absorbance จึงไม่เพิ่มขึ้น โดยทั่วไป fluorescence methods มี sensitivity สูงกว่า absorption methods 1-3 เท่า

41 Applications of Fluorescence Methods ความแม่น (accuracy) และความเที่ยง (precision) ของ fluorescence methods มักต่ำกว่า absorption methods ด้วย แฟกเตอร์ 2-5 และ phosphorescence methods มี precision ต่ำ กว่า fluorescence methods fluorescence methods ใช้หาปริมาณ inorganic, organic และ biochemical species ศึกษาสมดุลเคมีและจลนพลศาสตร์ได้ เช่นเดียวกับ absorption methods โดยสามารถใช้กับปฏิกิริยาเคมี ที่ความเข้มข้นต่ำกว่า เพราะมี sensitivity สูงกว่า absorption methods

42 Applications of Fluorescence Methods Methods for Inorganic Species มี 2 วิธี คือ 1. Direct Methods ให้ analyte ทำปฏิกิริยากับ complexing agent เพื่อให้เกิด fluorescent complex แล้ววัด fluorescence 2. Indirect Methods วัดการลดลงของ fluorescence ที่ เรียกว่า quenching ซึ่งเกิดขึ้นเมื่อ analyte ทำปฏิกิริยากับ fluorescent reagent ส่วนใหญ่ quenching ใช้สำหรับการหา ปริมาณของไอออนลบ (anions) และ ออกซิเจนที่ละลายอยู่ (dissolved oxygen)

43 Applications of Fluorescence Methods การหาปริมาณ metal ions transition metals ส่วนใหญ่ดูดกลืนรังสีในช่วง UV/visible แต่ transition-metals chelates มักไม่ให้ fluorescence เนื่องจาก เกิด nonradiative relaxation ได้ดี nontransition-metal ions ไม่ดูดกลืนรังสีในช่วง UV/visible แต่ nontransition-metal chelates ให้ fluorescence ดังนั้น ในการหาปริมาณ metal ions จึงใช้ fluorescence methods เสริมกับ absorption methods

44 Applications of Fluorescence Methods fluorometric reagents สำหรับการวิเคราะห์แคตไอออน ที่ ใช้ได้ผลดีที่สุดคือรีเอเจนต์ที่มี aromatic structures และมีอะตอม ที่ให้คู่อิเล็กตรอน 2 อะตอมขึ้นไป ซึ่งทำให้เกิด chelate กับ metal ions เช่น  8-hydroxyquinoline (รีเอเจนต์สำหรับ Al, Be, และ metal ions อื่นๆ)  flavanol (รีเอเจนต์สำหรับ Zr and Sn)  alizarin garnet R (รีเอเจนต์สำหรับ Al, F-)  benzoin (รีเอเจนต์สำหรับ B, Zn, Ge, และ Si)

45 Applications of Fluorescence Methods IonReagent Wavelength, nm Sensitivity  g/mL AbsorptionFluorescence Al 3+ alizarin garnet R F-F- Al complex ของ alizarin garnet R (quenching) B 4 O 7 2- Benzoin Cd 2+ 2-(o-Hydroxyphenyl)- benzoxazole 365Blue2 Li + 8-hydroxyquinoline Sn 4+ Flavanol Zn 2+ Benzoin--Green10 ตารางที่ 2 Selected Fluorescence Methods for Inorganic Species

46 Applications of Fluorescence Methods Methods for Organic and Biochemical Species fluorescence methods สามารถใช้กับ organic และ biochemical substance จำนวนมาก ได้แก่ amino acids, proteins, coenzymes, vitamins, nucleic acids, alkaloids, porphyrins, steroids, flavanoids และ metabolites ส่วนใหญ่ ใช้ในการวิเคราะห์อาหาร ยา ตัวอย่างทางคลินิก และผลิตภัณฑ์ ธรรมชาติ เนื่องจาก fluorescence methods มี sensitivity สูง จึงใช้ใน การตรวจวัดสำหรับ liquid chromatographic methods, flow analysis methods และ electrophoresis

47 Molecular Phosphorescence Spectroscopy โมเลกุลจำนวนมากสามารถเกิด delayed emission หรือ phosphorescence ได้ emission นี้วัดได้ที่มุมฉากกับลำรังสีที่ใช้ กระตุ้นเช่นเดียวกับ fluorescence ช่วงเวลาสำหรับการเปล่ง phosphorescence จากโมเลกุลคือ s ดังนั้นจะเกิด phosphorescence ได้เฉพาะใน rigid solvent structures ซึ่งจะ เกิด collisional deactivation น้อยที่สุด โดยทั่วไปจะพบ phosphorescence ได้ที่อุณหภูมิของ liquid nitrogen

48 Molecular Phosphorescence Spectroscopy Electron Spins แต่ละอะตอมในโมเลกุลมีสนามแม่เหล็ก ซึ่งเกิดจากการ หมุนรอบแกนของอิเล็กตรอน โดยถือว่ามี 2 quantized spin state เท่านั้นที่เป็นไปได้ ทิศทางการหมุนและทิศทางของ สนามแม่เหล็กที่เกิดขึ้นในแต่ละ spin state มีทิศทางตรงกันข้าม 2 quantized spin state of electron

49 Molecular Phosphorescence Spectroscopy ใน molecular orbital ที่มี 2 อิเล็กตรอน spin ของอิเล็กตรอนทั้ง สองจะตรงกันข้ามตาม Pauli Exclusion Principle หรือ spin pairing เรียกว่าอิเล็กตรอนอยู่ใน ground singlet state โมเลกุลที่ อิเล็กตรอนทุกตัวมี spin pairing จะไม่มีสนามแม่เหล็กสุทธิ จึงเป็น diamagnetic ซึ่งจะผลักกับสนามแม่เหล็กถาวร เมื่ออิเล็กตรอนถูกกระตุ้นไปยังระดับพลังงานสูงขึ้น ถ้า spin ของ excited-state electron ตรงกันข้ามกับ ground-state electron (spin pairing) เรียกว่าอิเล็กตรอนอยู่ใน excited singlet state แต่ถ้า spin ของ excited-state electron เหมือนกับ ground-state electron เรียกว่าอิเล็กตรอนอยู่ใน excited triplet state โดย excited triplet state มีพลังงานน้อยกว่า excited singlet state ชื่อ singlet, doublet และ triplet มาจาก spectroscopic multiplicity consideration ซึ่งจะไม่พิจารณาถึงในที่นี้

50 Molecular Phosphorescence Spectroscopy ground singlet state diamagnetic excited singlet state diamagnetic excited triplet state paramagnetic

51 Molecular Phosphorescence Spectroscopy Molecular fluorescence เกิดขึ้นเมื่อมี electronic transition จาก excited singlet state ไปยัง ground singlet state transition นี้มีความเป็นไปได้สูง ดังนั้น lifetime ของ excited singlet state สั้นมาก (10 -5 s หรือน้อยกว่า) Molecular phosphorescence เกิดขึ้นเมื่อมี electronic transition จาก excited triplet state ไปยัง ground singlet state เนื่องจาก transition นี้มีการเปลี่ยน electron spin จึงมี ความเป็นไปได้น้อยกว่า lifetime ของ excited triplet state จึง ยาวกว่า ( s)

52 Molecular Phosphorescence Spectroscopy เนื่องจาก phosphorescence มี lifetime ยาว โมเลกุลใน excited state บางส่วนจึงอาจเกิด nonradiative relaxation ทำ ให้ประสิทธิภาพของ phosphorescence process และ phosphorescence intensity ค่อนข้างต่ำ โดยทั่วไปจึงวัด phosphorescence ที่อุณหภูมิต่ำ ในตัวกลางที่ rigid เช่น แก้ว เพื่อ เพิ่มประสิทธิภาพ เมื่อไม่นานมานี้ phosphorescence ที่ อุณหภูมิห้องได้รับความนิยมมากขึ้น ในเทคนิคนี้โมเลกุลจะถูกดูด ซับบนพื้นผิวของแข็ง หรืออยู่ใน molecular cavity

53 Molecular Phosphorescence Spectroscopy phosphorimetry ใช้ในการหาปริมาณ organic และ biochemical species ต่างๆจำนวนมาก เช่น nucleic acids, amino acids, pyrine, pyrimidine, enzymes, petroleum hydrocarbons, pesticides แต่วิธีนี้ไม่เป็นที่นิยมใช้กันอย่าง กว้างขวางเหมือน fluorometry เนื่องจากต้องใช้อุณหภูมิต่ำ และ การวัด phosphorescence มี precision ต่ำกว่า ในทางตรงกัน ข้าม phosphorescence ให้ selectivity สูงกว่า

54 Chemiluminescence Methods chemiluminescence เกิดขึ้นเมื่อปฏิกิริยาเคมีทำให้เกิด eletronic excited molecule ซึ่งจะคายรังสีเมื่อกลับสู่ ground state chemiluminescence reactions ส่วนหนึ่งพบในระบบ ชีวภาพ กระบวนการที่เกิดขึ้นมักเรียกว่า bioluminescence เช่น หิ่งห้อย แมงกระพรุนบางชนิด แบคทีเรีย โปรโตซัว และ crustacea chemiluminescence ใช้เครื่องมือที่ง่าย เนื่องจากไม่ต้องใช้ external source สำหรับ excitation และไม่ต้องใช้ wavelength selector เครื่องมือจะประกอบด้วย reaction vessel และ photomultiplier tube เท่านั้น

55 Chemiluminescence Methods chemiluminescence ให้ sensitivity สูง โดยทั่วไป detection limits จะอยู่ในช่วง parts per million (ppm) ถึง parts per billion (ppb) หรือต่ำกว่า


ดาวน์โหลด ppt ภาควิชาเคมี คณะ วิทยาศาสตร์ จุฬาลงกรณ์ มหาวิทยาลัย ผศ. สุชาดา จูอนุวัฒนกุล.

งานนำเสนอที่คล้ายกัน


Ads by Google