Fluorescence, mot chinois. Également connu sous le nom de "fluorescence", ce terme désigne un phénomène de luminescence froide photoluminescente. Lorsqu'un matériau à température ambiante est irradié par une lumière incidente d'une certaine longueur d'onde (généralement des ultraviolets ou des rayons X), l'énergie lumineuse est absorbée et transformée en état d'excitation, puis retourne immédiatement à l'état d'excitation et émet une longueur d'onde supérieure à celle de la lumière incidente (généralement des longueurs d'onde dans la bande visible) ; de nombreuses substances fluorescentes perdent leur luminescence dès que la lumière incidente s'arrête. De nombreuses substances fluorescentes perdent leur luminescence dès que la lumière incidente s'arrête. La lumière émise présentant cette propriété est appelée fluorescence. En outre, certaines substances, lorsque la lumière incidente est retirée, peuvent encore briller pendant une longue période ; ce phénomène est appelé rémanence. Dans la vie quotidienne, les gens considèrent généralement que les différents types de lumière faible sont appelés fluorescence, mais ils n'étudient pas attentivement le principe de la luminescence et ne le distinguent pas. Se réfère également à la lumière froide à basse température (et non à la température de couleur).
Principes de la génération de fluorescence
Lorsque la lumière frappe certains atomes, l'énergie de la lumière fait que certains électrons autour du noyau sautent de leurs orbitales d'origine à des orbitales ayant une énergie plus élevée, c'est-à-dire qu'ils sautent de l'état fondamental à l'état de première raie excitée ou à l'état de deuxième raie excitée, etc. Le premier état excité simple ou le deuxième état excité simple, etc. sont instables et retournent donc à l'état fondamental. Lorsque les électrons retournent à l'état fondamental à partir du premier état excité simple, l'énergie est libérée sous forme de lumière, ce qui produit la fluorescence.
La fluorescence est la lumière émise par une substance lorsqu'elle absorbe la lumière ou d'autres radiations électromagnétiques. Dans la plupart des cas, la longueur d'onde de la luminescence est plus longue et moins énergétique que la longueur d'onde de l'absorption. Toutefois, lorsque l'intensité de l'absorption est élevée, une absorption à deux photons peut se produire, ce qui entraîne une situation où la longueur d'onde du rayonnement est plus courte que la longueur d'onde de l'absorption. La fluorescence de résonance se produit lorsque la longueur d'onde du rayonnement est égale à la longueur d'onde de l'absorption. Un exemple courant de ce phénomène est l'absorption de la lumière ultraviolette par une substance qui émet une fluorescence dans les longueurs d'onde visibles. Les lampes fluorescentes que nous utilisons dans notre vie quotidienne sont basées sur ce principe : le phosphore qui recouvre la lampe absorbe la lumière ultraviolette émise par la vapeur de mercure contenue dans la lampe, puis le phosphore émet de la lumière visible, qui est visible pour l'œil humain.
Paramètres de fluorescence
(1) Spectre d'excitation : les matériaux luminescents dans différentes longueurs d'onde d'excitation lumineuse, le matériau d'une ligne spectrale et l'intensité de la bande spectrale ou l'efficacité de la luminescence et la longueur d'onde de la lumière d'excitation.
(2) Spectre d'émission : les matériaux luminescents sont soumis à une certaine excitation lumineuse qui modifie l'intensité des différentes longueurs d'onde de l'émission lumineuse.
(3) Intensité de la fluorescence : l'intensité de la fluorescence est liée à des facteurs tels que le rendement quantique de la fluorescence, le coefficient d'extinction et la teneur de la substance.
(4) Rendement quantique de la fluorescence Q : Le rendement quantique indique la capacité d'une substance à convertir l'énergie lumineuse absorbée en fluorescence et correspond au rapport entre le nombre de photons émis par une substance fluorescente et le nombre de photons absorbés.
(5) Décalage de Stokes : le décalage de Stokes est la différence entre la longueur d'onde maximale d'émission de fluorescence et la longueur d'onde maximale d'absorption.
(6) Durée de vie de la fluorescence : lorsqu'un faisceau de lumière excite des substances fluorescentes, les molécules de substances fluorescentes absorbent l'énergie de l'état fondamental à un état excité, puis émettent de la fluorescence sous forme de rayonnement pour retourner à l'état fondamental, l'excitation s'arrête, l'intensité de fluorescence des molécules est réduite à l'excitation de l'intensité maximale du temps nécessaire à la durée de vie de la fluorescence de 1/e.
Les points quantiques de séléniure de cadmium deviennent fluorescents sous l'effet du rayonnement ultraviolet
Domaines d'application de la fluorescence
éclairage
tube fluorescent
La lampe fluorescente courante en est un exemple. L'intérieur de la lampe est aspiré et rempli d'une petite quantité de mercure. La décharge des électrodes de la lampe fait que le mercure émet de la lumière dans la bande des ultraviolets. Cette lumière ultraviolette est invisible et nocive pour l'homme. L'intérieur de la lampe est donc recouvert d'une substance appelée phosphore, qui absorbe la lumière ultraviolette et émet de la lumière visible.
Les diodes électroluminescentes (DEL), qui émettent une lumière blanche, reposent sur un principe similaire. La lumière émise par le semi-conducteur est bleue, et cette lumière bleue excite les photorécepteurs phosphorescents (fluorescents) attachés au réflecteur, ce qui leur fait émettre une fluorescence orange, et les deux couleurs de lumière sont mélangées pour obtenir une lumière blanche approximative.
surligneur (stylo)
Le surligneur possède un agent fluorescent, il rencontre la lumière ultraviolette (lumière du soleil, lampes fluorescentes, lampes au mercure, etc.) et produit un effet fluorescent, émettant une lumière blanche, ce qui donne à la couleur un aspect fluorescent prononcé. Le principe de fluorescence du stylo fluorescent n'est pas le même que celui de notre montre, le bâton fluorescent est une réaction radioactive interne, qui produit des rayons stimulant la luminescence de la périphérie du phosphore, de sorte qu'il n'y a pas de lumière ultraviolette la nuit et qu'il peut être lumineux. Le surligneur doit avoir une lumière ultraviolette dans le cas de la fluorescence, que vous pouvez voir très clairement tant que l'écriture du surligneur est proche de la lumière du moustique, détecteur d'argent.
Biochimique et médical
La fluorescence a un large éventail d'applications en biochimie et en médecine. Il est possible de coller des groupes chimiques fluorescents sur des biomolécules par le biais de réactions chimiques, puis de détecter ces biomolécules de manière sensible en observant la fluorescence émise par les groupes traceurs.
Graphique de séquençage de l'ADN obtenu à l'aide de terminateurs de chaîne marqués par fluorescence
Terminaison des brins pour le séquençage automatisé de l'ADN : dans la méthode originale, les extrémités des amorces de l'ADN doivent être marquées par fluorescence afin de déterminer la position des rubans d'ADN sur la plaque de gel de séquençage. Dans la méthode améliorée, quatre didésoxynucléotides (ddTBP), qui sont des terminateurs de chaîne, sont marqués par fluorescence. Après l'électrophorèse, les molécules d'ADN de différentes longueurs sont séparées les unes des autres et, sous l'effet de la lumière ultraviolette, les quatre didésoxynucléotides marqués émettent une fluorescence de différentes longueurs d'onde. Détection de l'ADN : le bromure d'éthidium est un colorant fluorescent qui ne peut émettre qu'une très faible fluorescence lorsqu'il change librement de configuration en solution ; lorsqu'il est incorporé dans les paires de bases du double brin d'acide nucléique et se combine avec la molécule d'ADN, il peut émettre une très forte fluorescence. C'est pourquoi, dans l'électrophorèse sur gel, on ajoute généralement du bromure d'éthidium pour colorer l'ADN.puces à ADN (biopuces) : le marquage fluorescent des sondes génomiques est nécessaire, et la séquence cible est finalement déterminée par le signal fluorescent. Immunofluorescence en immunologie : marquage fluorescent d'anticorps afin que le site et la nature de l'antigène puissent être déterminés à partir de la distribution et du modèle de fluorescence. Cytométrie en flux (également connue sous le nom de trieur de cellules activé par fluorescence, FACS) : les cellules de l'échantillon sont marquées par fluorescence, puis excitées par un faisceau laser pour produire une fluorescence spécifique, qui est ensuite détectée par un système optique et les signaux sont transmis à un ordinateur pour analyse, ce qui permet d'obtenir une variété de caractéristiques correspondantes des cellules. La technologie de la fluorescence a également été appliquée pour sonder et analyser la structure moléculaire de l'ADN et des protéines, en particulier les macromolécules biologiques les plus complexes. La protéine luminescente de méduse a été isolée pour la première fois à partir d'un organisme marin, la méduse (Aequorea victoria). Elle émet une fluorescence verte lorsqu'elle coexiste avec des ions Ca. Cette propriété a été appliquée pour observer le flux d'ions Ca dans les cellules en temps réel. La découverte des protéines luminescentes des méduses a donné lieu à d'autres études sur les méduses marines et à la découverte de la protéine fluorescente verte (GFP). La protéine fluorescente verte (GFP) contient une structure chromophore spéciale dans sa chaîne polypeptidique, qui peut émettre une fluorescence verte stable sous irradiation ultraviolette sans nécessiter de cofacteurs supplémentaires ou de traitement spécial. Elle présente de grands avantages en tant que biomolécule ou sonde génétique, de sorte que la protéine fluorescente verte (GFP) et ses protéines apparentées sont devenues un outil important dans l'étude de la biochimie et de la biologie cellulaire. Microscopie de fluorescence : Microscopie de fluorescence par réflexion interne totale De nombreuses biomolécules sont dotées de fluorescence et peuvent émettre de la fluorescence sans l'ajout d'autres groupes chimiques. Parfois, cette fluorescence change en fonction de l'environnement, de sorte que cette fluorescence sensible à l'environnement peut être utilisée pour détecter la distribution et la nature des molécules. Par exemple, lorsque la bilirubine se lie à un site spécial de l'albumine sérique, elle peut émettre une forte fluorescence. Autre exemple : en cas de manque de fer ou de présence de plomb dans les cellules de l'hémoglobine, de la protoporphyrine de zinc est produite à la place de l'hémoglobine normale (hémoglobine) ; la protoporphyrine de zinc est très fluorescente et peut être utilisée pour aider à détecter la cause d'une maladie.
Pierres précieuses, minéraux
Les pierres précieuses, les minéraux, les fibres et d'autres matériaux pouvant être utilisés comme preuves médico-légales peuvent émettre une lumière fluorescente de nature différente lorsqu'ils sont exposés à la lumière ultraviolette ou aux rayons X.
Les rubis, les émeraudes et les diamants peuvent être fluorescents en rouge sous une lumière ultraviolette de courte longueur d'onde, tout comme les émeraudes, les topazes et les perles. Les diamants peuvent également émettre une phosphorescence sous l'effet des rayons X.
Distinction conceptuelle
La luminescence causée par l'excitation de la lumière (généralement des ultraviolets ou des rayons X) est appelée photoluminescence, comme la fluorescence et la phosphorescence ; la luminescence causée par des réactions chimiques est appelée luminescence froide, les concerts sur les bâtonnets fluorescents se font par le mélange de deux liquides chimiques après l'apparition d'une réaction chimique ; la luminescence causée par les rayons cathodiques (flux de faisceaux d'électrons à haute énergie) est appelée luminescence cathodique, la fluorescence de l'écran fluorescent du tube de télévision est luminescente ; la luminescence froide des organismes vivants est la bioluminescence, comme la lumière émise par les lucioles, est la "lueur", le mot "lueur" en chinois ancien et en anglais. la luminescence cathodique ; la luminescence froide des organismes vivants est la bioluminescence, telle que la lumière émise par les lucioles, est la "lueur", le mot "lueur" en chinois ancien et le mot "fluorescence" générique, certaines régions chinoises, le mot "↪LoHan_84C0" en chinois ancien et le mot "fluorescence" en français. région chinoise, le mot "萤" est lié aux insectes. À Taïwan, on parle plus souvent de fluorescence ; en Chine continentale, on parle plus souvent de fluorescence, tandis que "萤光" fait généralement référence à la lumière émise par les lucioles.
instrumentation
Pour mesurer la fluorescence, il faut disposer d'un instrument. L'instrument généralement utilisé pour mesurer la quantité de fluorescence contenue dans une substance s'appelle un spectrophotomètre de fluorescence.
Structure de base d'un analyseur de fluorescence : source de lumière d'excitation, monochromateur d'excitation, chambre à échantillon, monochromateur d'émission et système de détection.