Barevné principy absorpce a fluorescence

Podobné dokumenty
Barevné principy absorpce a fluorescence

Luminiscence. Luminiscence. Fluorescence. emise světla látkou, která je způsobená: světlem (fotoluminiscence) chemicky (chemiluminiscence)

Luminiscence. emise světla látkou, která je způsobená: světlem (fotoluminiscence) fluorescence, fosforescence. chemicky (chemiluminiscence)

Fluorescenční rezonanční přenos energie

Spektrometrické metody. Luminiscenční spektroskopie

Anizotropie fluorescence

SPEKTRÁLNÍ METODY. Ing. David MILDE, Ph.D. Katedra analytické chemie Tel.: ; (c) David MILDE,

7. Měření fluorescence při excitaci kontinuálním světlem ( steady-state )

Fluorescence (luminiscence)

FLUORIMETRICKÉ STANOVENÍ FLUORESCEINU

Luminiscence. Luminiscence. Fluorescence. emise světla látkou, která je způsobená: světlem (fotoluminiscence) chemicky (chemiluminiscence)

13. Spektroskopie základní pojmy

1. Principy fluorescenční spektroskopie

Úvod do spektrálních metod pro analýzu léčiv

INSTRUMENTÁLNÍ METODY

SPEKTROSKOPICKÉ VLASTNOSTI LÁTEK (ZÁKLADY SPEKTROSKOPIE)

Spektroskopické metody. převážně ve viditelné, ultrafialové a blízké infračervené oblasti

SPEKTROSKOPICKÉ VLASTNOSTI LÁTEK

Emise vyvolaná působením fotonů nebo částic

- Rayleighův rozptyl turbidimetrie, nefelometrie - Ramanův rozptyl. - fluorescence - fosforescence

ABSORPČNÍ A LUMINISCENČNÍ SPEKTROMETRIE V UV/Vis OBLASTI SPEKTRA

6. Metody molekulové spektroskopie spektrofotometrie, luminiscenční metody

ABSORPČNÍ A LUMINISCENČNÍ SPEKTROMETRIE V UV/VIS OBLASTI SPEKTRA

Moderní nástroje pro zobrazování biologicky významných molekul pro zajištění zdraví. René Kizek

Fluorescenční mikroskopie

Ustálená fluorescence (Steady State Fluorescence)

Spektroskopie v UV-VIS oblasti. UV-VIS spektroskopie. Roztok KMnO 4. pracuje nejčastěji v oblasti nm

Jaký obraz vytvoří rovinné zrcadlo? Zdánlivý, vzpřímený, stejně velký. Jaký obraz vytvoří vypuklé zrcadlo? Zdánlivý, vzpřímený, zmenšený

Vybrané spektroskopické metody

ABSORPČNÍ A EMISNÍ SPEKTRÁLNÍ METODY

Přístrojové vybavení pro detekci absorpce a fluorescence

4 Přenos energie ve FS

Diskutujte, jak široký bude pás spojený s fosforescencí versus fluorescencí. Udělejte odhad v cm -1.

Optické spektroskopie 1 LS 2014/15

Interakce fluoroforu se solventem

Stručný úvod do spektroskopie

Využití a princip fluorescenční mikroskopie

Fluorescenční mikroskopie

Metody spektrální. Metody molekulové spektroskopie. UV-vis oblast. Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti

KOMPLEXY EUROPIA(III) LUMINISCENČNÍ VLASTNOSTI A VYUŽITÍ V ANALYTICKÉ CHEMII. Pavla Pekárková

ATOMOVÁ SPEKTROMETRIE

Zoologická mikrotechnika - FLUORESCENČNÍ MIKROSKOPIE

F l u o r e s c e n c e

12. Zhášení fluorescence

Molekulová spektroskopie 1. Chemická vazba, UV/VIS

FLUORESCENČNÍ MIKROSKOP

ABSORPČNÍ A LUMINISCENČNÍ SPEKTROMETRIE V UV/Vis OBLASTI SPEKTRA

Přístrojové vybavení pro detekci absorpce a fluorescence

Laserové technologie v praxi I. Přednáška č.2. Základní konstrukční součásti laserů. Hana Chmelíčková, SLO UP a FZÚ AVČR Olomouc, 2011

Typy přechodů. Luminiscence a struktura látek E. Základní pravidla. Struktura organických molekul a luminiscence základní pravidla

FIA fluorescenční imunoanalýza (fluorescence immuno-assay) CIA chemiluminiscenční imunoanalýza

Spektrometrické metody. Reflexní a fotoakustická spektroskopie

12. seminář. Nefelometrie a turbidimetrie Chiroptická aktivita (Polarimetrie) Interferometrie Fotoluminiscenční spektroskopie

Doporučená literatura

Speciální spektrometrické metody. Zpracování signálu ve spektroskopii

Dokumentace projektu. Fotoluminiscence. Autorky: Kateřina Limburská, Tereza Fleková Vedoucí projektu: Zdeněk Polák

Vlastní fluorescence proteinů

ATOMOVÁ SPEKTROMETRIE

Zdroje optického záření

Kapitoly z fyzikální chemie KFC/KFCH. VII. Spektroskopie a fotochemie

Časově rozlišená fluorescence

Základy fyzikálněchemických

Přednáška IX: Elektronová spektroskopie II.

Viková, M. : ZÁŘENÍ II. Martina Viková. LCAM DTM FT TU Liberec, (hranol, mřížka) štěrbina. Přednášky z : Textilní fyzika

Úvod do laserové techniky KFE FJFI ČVUT Praha Michal Němec, Plynové lasery. Plynové lasery většinou pracují v kontinuálním režimu.

Univerzita Karlova v Praze Farmaceutická fakulta v Hradci Králové. Katedra biofyziky a fyzikální chemie

DELFIA Dissociation-Enhanced Lanthanide Fluorescent ImmunoAssay

MĚŘENÍ SPEKTRÁLNÍCH CHARAKTERISTIK FLUORESCENČNÍCH NAPĚŤOVĚ-CITLIVÝCH BARVIV

Přednášky z lékařské biofyziky Biofyzikální ústav Lékařské fakulty Masarykovy univerzity, Brno

Teorie Molekulových Orbitalů (MO)

Barevné hry se světlem - co nám mohou říci o biomolekulách?

Balmerova série. F. Grepl 1, M. Benc 2, J. Stuchlý 3 Gymnázium Havlíčkův Brod 1, Gymnázium Mnichovo Hradiště 2, Gymnázium Šumperk 3

Metoda Live/Dead aneb využití fluorescenční mikroskopie v bioaugmentační praxi. Juraj Grígel Inovativní sanační technologie ve výzkumu a praxi

λ, (20.1) infračervené záření ultrafialové γ a kosmické mikrovlny

Fluorescenční spektrofotometrie a její aplikace v materiálově orientovaných vědách. Miroslav Gremlica

nano.tul.cz Inovace a rozvoj studia nanomateriálů na TUL

Optoelektronika. elektro-optické převodníky - LED, laserové diody, LCD. Elektronické součástky pro FAV (KET/ESCA)

Born-Oppenheimerova aproximace

The acquisition of science competencies using ICT real time experiments COMBLAB. Krásný skleník. K čemu je dobrá spektroskopie?

Vznik a šíření elektromagnetických vln

Otázky k předmětu Optické spektroskopie 1

PSK1-14. Optické zdroje a detektory. Bohrův model atomu. Vyšší odborná škola a Střední průmyslová škola, Božetěchova 3 Ing. Marek Nožka.

7 Fluorescence chlorofylu in vivo

Elektronová a absorpční spektroskopie, Vibrační spektroskopie (absorpční a Ramanova rozptylu)

Metody charakterizace nanomaterálů I

Elektromagnetické záření. lineárně polarizované záření. Cirkulárně polarizované záření

Charakteristiky optického záření

16. Franck Hertzův experiment

VYUŽITÍ KONFOKÁLNÍ MIKROSKOPIE KE STUDIU DEGRADACE ORGANICKÉHO BARVIVA V BUNĚČNÉ BIOLOGII

Struktura atomů a molekul

Určení koncentrace proteinu fluorescenční metodou v mikrotitračních destičkách

ZÁŘENÍ V ASTROFYZICE

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

Základy spektroskopie a její využití v astronomii

Ing. Pavel Hrzina, Ph.D. - Laboratoř diagnostiky fotovoltaických systémů Katedra elektrotechnologie K13113

Jiří Oswald. Fyzikální ústav AV ČR v.v.i.

Přednáška č.14. Optika

Infračervená spektroskopie

Světlo je elektromagnetické vlnění, které má ve vakuu vlnové délky od 390 nm do 770 nm.

Transkript:

Barevné principy absorpce a fluorescence Pokročilé biofyzikální metody v experimentální biologii Ctirad Hofr 27.9.2007 2 1

Světlo je elektromagnetické vlnění Skládá se z elektrické složky a magnetické složky, které kmitají ve fázi v na sebe kolmých rovinách Světlo je charakterizováno frekvencí f a vlnovou délkou λ Frekvence f udává kolikrát za sekundu vlnění kmitne, udává se v Hz = s -1 Vlnová délka udává délku, kterou za jeden kmit světlo urazí, udává se v nanometrech nm = 10-9 m Frekvence f a vlnová délka λ jsou spojeny vztahem c = λ f kde c je rychlost světla -vlnění (c=299 792 458 m s -1 ve vakuu) Energie E = h f, kde h je Planckova konstanta (6.626 10-34 J s) 2 2

Elektromagnetická vlna y B E x c = λ f c je konstanta, pak jestliže se zvýší vlnová délka, musí se snížit frekvence, aby byl součin konstantní. Vlnová délka λ je nepřímo úměrná frekvenci f λ Čím je vetší vlnová délka λ, 2 Animace elektromagnetického vlnění http://www.edumedia-sciences.com/a185_l2-transverse-electromagnetic-wave.html tím je menší energie záření. 3 z E = h f Čím je větší frekvence, tím je větší energie záření.

Viditelné spektrum Z celého spektra záření je pouze malá část viditelná. Viditelné spektrum je ohraničeno vlnovými délkami 400 nm a 700 nm. 400 nm 7.5 10-14 Hz 700 nm 4.3 10-14 Hz http://science.hq.nasa.gov/kids/imagers/ems/visible.html 2 4

Intenzita Intenzita počet fotonů procházejících v daném směru jednotkovou plochou za jednotku času S 2 5

Absorpce Látka pohlcuje světlo Pro absorpci monochromatického světla Lambert-Beerův zákon: Absorbance je přímo úměrná koncentraci a tloušťce vrstvy roztoku I = I 0 10 ε c l I A = ε c l = log 0 10 I ε=molární extinční koeficient látky, c-koncentrace, l-délka optické dráhy 2 6

Luminiscence Emise světla z nějaké látky; nastává z elektronových excitovaných stavů Podle původu dělíme luminiscenci na 1. fotoluminiscenci 2. chemiluminiscenci Luminiscence se dělí na: 1. fluorescenci 2. fosforescenci 2 7

Fluorescence Emise z excitovaných singletových stavů Prakticky: fluorescenci pozorujeme během buzení a po jeho vypnutí rychle mizí Doba dohasínání τ (Lifetime) je průměrný čas, který uplyne od exitace po emisi je řádově 1 10 nanosekund pozn. : světlo urazí za 1 ns 30 cm 2 8

Fosforescence Emise z excitovaných (zakázaných) tripletových stavů Prakticky: fosforescence má mnohem delší dobu dohasínání než fluorescence Doba dohasínání řádově milisekundy až sekundy pozn. : světlo urazí za tu dobu 300 až 300 000 km 2 9

Frank-Condonův princip o lenosti jader při absorpci Absorpce fotonu elektronem (excitace molekuly) je velmi rychlý proces v řádu femtosekund (10-15 s). Protože atomové jádro je mnohem těžší než elektron, během absorpce fotonu se nepohybuje. Po absorbci fotonu - excitaci se celá molekula nachází v nestabilním stavu ( je horká ) a vibruje, aby se zbavila energie (a ochladila se ). 2 10

Absorpce a emise energie molekulou Energie 2 1 0 Excitovaný stav 2 1 0 Základní stav Vzdálenost 2 11

Zářivé a nezářivé přechody mezi elektronově vibračními stavy molekuly absorpce fluorescence fosforescence S 2 vibrační relaxace vnitřní konverze λ Energie E = hf absorpce fluorescence fosforescence S 1 mezisystémová konverze T 1 τ 10-15 s τ 10-8 s τ 10-3 -10 0 s 2 12

Barevný animovaný úvod do principu fluorescence http://probes.invitrogen.com/resources/educ ation/tutorials/1introduction/player.html 2 13

Stokesův zákon Vlnová délka emitovaného světla je větší nebo rovna vlnové délce excitačního světla λ em λ ex λ Ex 520 nm λ Em 580 nm To je dáno tím, že po absorpci záření často dochází k částečné ztrátě energie (tepla) při přechodu z vyšších excitovaných elektronových stavů do metastabilního nejnižšího excitovaného stavu. 2 14

Stokesův posun Emise má vždy menší energii (větší vlnovou délku) než je energie absorbovaná (menší λ). Rozdíl mezi maximem absorpčního a maximem fluorescenčního emisního spektra je specifická charakteristika daného fluoroforu. 2 15

Experiment G. G. Stokese 1852, Cambridge Modré sklo Slunce okna v kostele Sklenice vína G.G. Propouští světlo s Roztok Propouští světlo s Stokes λ < 400 nm chininu λ > 400 nm 2 Excitační filtr Emisní filtr 16

Po záměně filtrů fluorescence mizí Při záměně filtrů, tj. jestliže dáme sklenici vína do dráhy slunečních paprsků, procházející světlo již nemůže roztok chininu excitovat. 2 17

Typické fluorofory Fluorofory nebo fluoreoscenční barviva jsou molekuly, které fluoreskují. Fluorescenci vykazují zejména aromatické sloučeniny (polyaromatické uhlovodíky nebo heterocykly). Typickými flourofory jsou například: chinin (tonik) fluorescein, rhodamin B (nemrznoucí směsi, fluorescenční značení) POPOP (scintilátory) akridinová oranž (DNA) umbeliferon (ELISA) 2 antracén, perylén (znečištění životního prostředí oleji) 18

2 19 J.R. Lakowicz, Principles of Fluorescence Spectroscopy, Third Edition,Springer, 2006

Kvantový výtěžek Kvantový výtěžek Q je poměr počtu emitovaných a absorbovaných fotonů. Udává účinnost s jakou budící fotony vyvolávají fluorescenci. Kvantový výtěžek může být maximálně 1. Ve skutečnosti je nižší díky nezářivým přechodům molekul z excitovaného stavu. Největší kvantové výtěžky mají rodaminové flourofory (~1) a fluorescein (0.95) http://www.iss.com/resources/yield.html Charakteristické je snižování kvantového výtěžku s teplotouteplotní zhášení luminiscence 2 20

Excitační spektrum Závislost intenzity fluorescence na excitační vlnové délce při konstantní vlnové délce emitovaného záření λ Ex scan λ Em = konst. 2 21

Emisní spektrum Závislost intenzity fluorescence na vlnové délce při konstantní excitační vlnové délce λ Em scan λ Ex = konst. 2 22

Neměnnost emisního spektra Emisní spektra jsou nezávislá na vlnové délce excitace. Tento jev je důsledkem toho, že doba trvání excitovaného stavu a kvantový výtěžek složitých molekul v roztoku nezávisí na vlnové délce budícího záření 2 23

Barevný animovaný úvod do fluorescenční spektroskopie http://probes.invitrogen.com/resources/educ ation/tutorials/2spectra/player.html 2 24

Zákon zrcadlové symetrie mezi absorpčním a emisním spektrem Struktura vibračních hladin u základního i excitovaného stavu je stejná, proto absorpce i emise z odpovídajících si vibračních hladin může nastat se stejnou pravděpodobností. To má za následek zrcadlovou symetrii absorpčního spektra a emisního fluorescenčního spektra. Prakticky: při velmi malé koncentraci vzorku můžeme z flourescenčního emisniho spektra zjistit jak vypadá absorpční spektrum, aniž by se použilo o několik řádů větší množství vzorku 2 25

Zrcadlová symetrie absorpčního a excitačního spektra Energie 0 2 2 1 0 0 2 Excit. stav 0 2 0 1 0 1 0 2 2 1 0 Základ. stav Abs 0 0 Emis. Vzdálenost Vlnová délka λ 2 26

Flourescenční excitační a emisní Fluorescence Intensity spektrum reálného roztoku 1800 Excitation 1600 Emission 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 Quinine Solution -200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 λ 2 27