Fluorescencia molecular y espectroscopia: tipos, factores y transiciones electrónicas

Tipos de fluorescencia atómica

Distintos tipos de fluorescencia atómica:

• Fluorescencia resonante
• Fluorescencia de línea directa
• Fluorescencia por etapas
• Fluorescencia térmica
• Fluorescencia sensibilizada

Nebulización de gotas en un fotómetro

Para obtener gotas pequeñas y uniformes, ¿por qué? El tiempo que tarda en nebulizarse es proporcional a la superficie (superficie ∝ tiempo de nebulización). Cuanto más pequeñas sean las gotas (radio menor) y más homogéneas posibles, menor tiempo se requiere para nebulizar, ya que el tiempo de nebulización es proporcional a la superficie de la gota:

t = k · S = k · 4πr²

Plasmas analíticos: tipos y procesos

Procesos: nebulización, eliminación del solvente, evaporización, volatilización, excitación, emisión, asociación, disociación e ionización.

Tipos de plasma

• Plasma eléctrico de corriente continua (DCP)
• Plasma de acoplamiento inductivo de radiofrecuencia (ICP)
• Plasma de microondas (MIP)
• Plasma capacitativo de radiofrecuencia (CCP)
• Plasma de microondas (CMP)

Transiciones en sistemas orgánicos

Transiciones σ → σ*

Característica de compuestos saturados. Se produce en el UV de vacío, con λ < 180-200 nm. Sin interés en espectroscopia, salvo compuestos con enlace σ.

Transiciones n → σ*

Se producen en grupos saturados con heteroátomos, absorben en el UV de vacío y cercano (150-250 nm). Pueden influir sobre la absorción de los cromóforos provocando:

• Variación en la longitud de onda de absorción
• Variación de la absortividad máxima

Transiciones π → π*

Característica de los enlaces múltiples de sustancias no saturadas que constituyen los grupos cromóforos. Absorben en el UV por encima de 180-200 nm, con valores muy elevados de coeficiente de absorción molar.

Transiciones n → π*

Producen absorciones en el UV cercano y visible, y son características de los grupos cromóforos típicos (estas dos últimas son adecuadas para las condiciones experimentales habituales, dobles enlaces).

Desplazamiento químico con RMN

Los diferentes protones de una molécula, enlazados de modos diferentes, absorben a frecuencias ligeramente distintas. Esta variación en la frecuencia de absorción está provocada por una ligera diferencia en el carácter electrónico o químico del H, que se denomina desplazamiento químico (δ), fenómeno provocado por el diferente grado de apantallamiento que sufre cada núcleo de H como consecuencia de la densidad electrónica y la distribución de los e⁻ alrededor del núcleo.

H_ef = H₀ − H_σ

• H_ef: campo efectivo que recibe el núcleo
• H₀: campo magnético externo
• H_σ: apantallamiento

Con ello podremos representar el campo magnético en un espectro RMN.

Factores de emisión de fluorescencia molecular

A) Presencia de grupos cromóforos

La mayor fluorescencia de las moléculas está ligada, entre otras causas, a su capacidad absorbente de determinadas radiaciones. Es decir, los compuestos fuertemente conjugados muestran frecuentemente fluorescencia nativa. La presencia de un cromóforo no es razón suficiente para esperar que, tras excitar con una REM adecuada, se emita fluorescencia nativa, puesto que la fluorescencia oscila entre 1 y 0, en función de la abundancia o escasez de procesos no radiantes de desactivación.

B) Estructura química

No se pueden establecer correlaciones definitivas entre la estructura química y la fluorescencia, aunque se han aportado algunas ideas. Se ha observado una notable influencia de la geometría molecular sobre los procesos luminiscentes. La introducción o variación de los sustituyentes que afectan a la simetría del cromóforo modifican la intensidad, polarización y energía de transición de la emisión fluorescente, a excepción de aquellos casos en los que el sustituyente queda aislado del cromóforo.

C) Factores estéricos

La magnitud del efecto de impedimento estérico sobre el espectro de fluorescencia dependerá del grado de proximidad existente. La introducción de grupos voluminosos inhibirá la resonancia total de la molécula, contribuyendo cada cromóforo de forma independiente al espectro. La rigidez molecular es uno de los factores a los que se atribuye la capacidad de algunas moléculas para emitir radiación fluorescente. Se puede afirmar que la planaridad es un factor que afecta a los procesos de emisión, principalmente a la geometría y simetría molecular, ya que los procesos de emisión van acompañados de procesos de transferencia de carga que modifican la simetría molecular.

D) Influencia de los sustituyentes

Parámetros tales como el rendimiento cuántico de fluorescencia y el desplazamiento de Stokes se ven afectados por la introducción de distintos sustituyentes en el anillo aromático. Los procesos de fluorescencia son mucho más sensibles a las modificaciones en el anillo por introducción de distintos sustituyentes que los de fosforescencia. Los sustituyentes que actúan como electrodonadores incrementan el rendimiento de luminiscencia del sistema aromático, debido al incremento en la probabilidad de las transiciones radiantes, compitiendo la emisión de una forma más efectiva con las transiciones no radiantes. La influencia de los sustituyentes halogenados sobre la luminiscencia se observa para la serie F, Cl, Br, I: la relación Φ_fos/Φ_F se incrementa de forma notable.