Fluorescencia: factores que la afectan y relación con la concentración

Resumen

El documento explica los factores que influyen en la fluorescencia de una sustancia, como su estructura molecular, el disolvente, el pH, la presencia de oxígeno y la temperatura. Además, muestra cómo la intensidad de fluorescencia depende de la concentración a partir de la Ley de Beer, siendo proporcional solo en disoluciones muy diluidas.

Puntos clave

La fluorescencia requiere que la sustancia absorba luz; cuanto más absorbe, más fluorescente es.
Los sistemas con dobles enlaces conjugados, planos y rígidos, como los compuestos aromáticos, son más fluorescentes.
Los halógenos disminuyen la fluorescencia al aumentar su peso atómico (efecto del átomo pesado).
Aumentar la polaridad del disolvente suele desplazar el espectro de fluorescencia hacia mayores longitudes de onda.
El oxígeno a 10-3 M reduce la emisión fluorescente alrededor de un 20%, por lo que hay que desairear las disoluciones.
La intensidad de fluorescencia es proporcional a la concentración solo a concentraciones bajas: If = K * C.

Resumen generado con IA a partir del documento. Ponte a prueba

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

Preguntas frecuentes

¿Por qué el oxígeno reduce la fluorescencia?

El oxígeno presente en concentración de 10-3 M reduce la emisión fluorescente en torno al 20%. Por ello, es necesario desairear las disoluciones antes de medir.

¿Cómo influye la temperatura en la fluorescencia?

Al aumentar la temperatura se observa una disminución de la fluorescencia.

¿Qué tipo de sustancias son fluorescentes?

Las sustancias que absorben luz en la zona UV o cercana, sobre todo las que tienen dobles enlaces conjugados, planos y rígidos, como los hidrocarburos aromáticos. Los hidrocarburos alifáticos de cadena abierta o cerrada no son fluorescentes.