Fluorescencia: Factores Determinantes y Relación con la Concentración

Factores que Afectan a la Fluorescencia

La fluorescencia es un fenómeno que depende de la capacidad de una sustancia para absorber y emitir luz. No todas las sustancias son fluorescentes, y la intensidad de la fluorescencia puede variar según diversos factores.

Estructura Molecular

• Aquellas sustancias orgánicas que absorben poco o en zonas muy alejadas del UV no van a ser fluorescentes, como los hidrocarburos alifáticos de cadena abierta o cerrada.
• Los sistemas que mejor absorben y, por lo tanto, son más fluorescentes, son aquellos con dobles enlaces conjugados, planos y rígidos, como los compuestos aromáticos.
• Muchos hidrocarburos aromáticos presentan fluorescencia, particularmente si tienen gran rigidez y estructuras multicíclicas.
• La emisión fluorescente de una molécula orgánica aromática suele estar muy influida por los sustituyentes en el anillo bencénico. Los halógenos, por ejemplo, disminuyen la fluorescencia al aumentar su peso atómico, debido al "efecto del átomo pesado".
• El aumento de fluorescencia de ciertos agentes orgánicos cuando forman quelatos con iones metálicos se debe a un incremento en la rigidez del sistema.

Influencia del Disolvente

En muchas ocasiones, al aumentar la polaridad del disolvente, se observa un desplazamiento en el espectro de fluorescencia hacia mayores longitudes de onda.

Influencia del pH

El espectro de fluorescencia de muchos compuestos aromáticos que contienen grupos funcionales ácidos o básicos es sensible al pH. Los cambios en la emisión provienen del número de especies resonantes diferentes que están asociadas con las formas ácidas o básicas de las moléculas.

Influencia del Oxígeno

El oxígeno presente en concentración de 10^-3M reduce la emisión fluorescente del orden del 20%. Por ello, es necesario desairear las disoluciones antes de llevar a cabo la medida.

Influencia de la Temperatura

Se observa una disminución de la fluorescencia al aumentar la temperatura.

Relación entre Intensidad de Fluorescencia y Concentración

Para que una sustancia sea fluorescente, es necesario que absorba luz. Cuanto más absorbe, más fluorescente es. La intensidad de fluorescencia (I_f) es proporcional a la cantidad de luz absorbida (P₀ - P), que a su vez depende de la población del estado excitado. Además, se debe considerar un factor que module la disipación de energía (φ) y otro que determine la geometría del sistema y la eficiencia del detector (K).

La intensidad de fluorescencia, I_f, es directamente proporcional a la concentración, C, de la sustancia absorbente, pero solo a concentraciones relativamente bajas. Esto se puede demostrar a partir de la Ley de Beer:

La intensidad de la radiación fluorescente, I_f, está relacionada con la cantidad de radiación absorbida de la siguiente forma:

I_f = k * (P₀ - P) * φ_f

donde k es una constante de proporcionalidad (término geométrico) que depende de parámetros instrumentales y φ_f es el rendimiento cuántico de la fluorescencia.

El término 1 - 10^-εbC puede desarrollarse como una serie de McLaren.

Así, para disoluciones muy diluidas, la intensidad de fluorescencia será directamente proporcional a la concentración:

I_f = K * C