Principios de análisis instrumental

))) 15A Teoría de la fluorescencia y la fosforescencia 357 200 250 300 350 400 450 500 550 600 Longitud de onda, nm FIGURA 15.3 Excitación de fluorescencia y espectros de emisión de una solución de quinina. externa . Entre la evidencia de la conversión externa se encuen– tra el marcado efecto que ejerce el disolvente en la intensidad de la fluorescencia de la mayoría de las especies. Además, aquellas condiciones que tienden a reducir la cantidad de colisiones entre partículas (baja temperatura y elevada viscosidad), tienden por lo general a mejorar la fluorescencia. Los detalles de los procesos de conversión externa se desconocen aún. Es probable que las transiciones sin radiación al estado fun– damental desde los estados excitados singulete y triplete más bajos (figura 15.2) requieran tanto conversiones externas como internas. Cruce entre sistemas El cruce entre sistemas es un proceso en el cual hay un cruce entre estados electrónicos de multiplicidad distinta. El proceso más común es del estado singulete al estado triplete (5 1 ~ T 1) como se muestra en la figura 15.2. Como con la conversión interna, la probabilidad del cruce entre sistemas aumenta si los niveles vibracionales de los dos estados se superponen. Observe que en el cruce singulete-tri– plete que se muestra en la figura 15.2, el nivel vibracional singulete más bajo se superpone a uno de los niveles vibracionales tripletes más elevados, por lo que es más probable un cambio de espín. El cruce entre sistemas es más común en moléculas que con– tienen átomos pesados, como el yodo o el bromo (efecto del átomo pesado). Las interacciones espín-orbital aumentan en presencia de tales átomos y, de ese modo, se favorece un cambio en el espín. La presencia de especies paramagnéticas, como el oxígeno molecular, en la solución también favorece el cruce entre sistemas y, por con– siguiente, disminuye la fluorescencia. Fosforescencia La desactivación de estados electrónicos excitados también puede ser causada por la fosforescencia. Después del cruce entre sis- temas para lograr un estado triplete excitado, la desactivación posterior puede ocurrir por conversión interna, externa o por fos– forescencia. Una transición triplete ~ singulete es mucho menos probable que una conversión singulete-singulete. La probabilidad de la transición y el tiempo de vida del estado excitado son inver– samente proporcionales. Por tanto, el tiempo de vida promedio de un estado triplete excitado respecto a la emisión es grande y varía desde 10- 4 a 10 so más. La emisión causada por una transición de este tipo podría persistir durante algún tiempo después de que la irradiación se haya interrumpido. Las conversiones externas e internas compiten con tanto éxito con la fosforescencia que este tipo de emisión se observa de manera común solo a temperaturas bajas en medios altamente viscosos o al aplicar técnicas especiales para proteger el estado triplete. 15A.4 Variables que afectan La fluorescencia y La fosforescencia Tanto la estructura molecular, como el entorno químico deter– minan que una sustancia sea o no luminiscente. Estos factores también determinan la intensidad de emisión cuando ocurre la luminiscencia. En esta sección se tratan brevemente los efectos de algunas de estas variables. Rendimiento cuántico El rendimiento cuántico, o la eficacia cuántica de la fluorescencia o la fosforescencia, es simplemente la relación entre la cantidad de moléculas que manifiestan luminiscencia, y el número total de moléculas excitadas. En el caso de una molécula muy fluorescente como la fluoresceína, la eficacia cuántica, en determinadas con– diciones, se aproxima a la unidad. Las especies químicas que no presentan fluorescencia apreciable tienen eficacias que se aproxi– man a cero.