Fluorescence Moleculaire - Chapitre 5
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Questions and Answers

Quel est le domaine énergétique pour la spectrométrie de fluorescence moléculaire?

  • Infrarouge
  • Ultraviolet lointain
  • Rayons X
  • Visible et proche UV (correct)

    • Quel est le résultat de la règle de multiplicité M pour un état singulet?

  • M = 2
  • M = 1 (correct)
  • M = 3
  • M = 0

    • Quel type de transitions électroniques est associé à la fluorescence?

  • n → σ*
  • n → π* (correct)
  • σ → π*
  • π → d

    • Quel est l'état électronique associé à des électrons appariés ayant des spins opposés?

    <p>État fondamental singulet</p> Signup and view all the answers

    Comment se calcule la multiplicité M?

    <p>M = 2S + 1</p> Signup and view all the answers

    Quelle technique est spécifiquement utilisée pour l'analyse d'atomes?

    <p>Spectrométrie de fluorescence atomique</p> Signup and view all the answers

    Quel est l'état quantique associé à M = 3?

    <p>État excité triplet</p> Signup and view all the answers

    Quel type de molécules est principalement observé par la fluorimétrie?

    <p>Molécules organiques</p> Signup and view all the answers

    Quel est le rendement quantique de fluorescence lorsque ɸf = 0?

    <p>Absence de fluorescence</p> Signup and view all the answers

    Quelle condition doit être remplie pour qu'une molécule fluorescente soit efficace dans un milieu?

    <p>Le milieu doit être exempt de quenchers</p> Signup and view all the answers

    Comment se définit l'intensité de fluorescence If en fonction du rendement quantique et de l'intensité absorbée Ia?

    <p>If = ɸf.Ia</p> Signup and view all the answers

    Quelle est l'équation correcte qui relie l'absorbance A à l'intensité du rayonnement incident I0 et l'intensité du rayonnement transmis It?

    <p>A = log(I0 / It)</p> Signup and view all the answers

    Si ɸf = 0, quelle est la relation entre If et Ia?

    <p>If = 0</p> Signup and view all the answers

    Dans une solution diluée, quel terme est très proche de 1?

    <p>10^(-A)</p> Signup and view all the answers

    Quelle est la formule de relation entre If, I0 et l'absorbance A pour des faibles absorbances?

    <p>If = ɸf.I0</p> Signup and view all the answers

    Si le rendement quantique ɸf = 1, que cela implique-t-il?

    <p>Fluorescence maximale</p> Signup and view all the answers

    Quels types de molécules sont favorables à l'émission de fluorescence?

    <p>Molécules cycliques</p> Signup and view all the answers

    Quel effet a la polarité du solvant sur l'intensité de fluorescence (If)?

    <p>Diminue If et augmente λémission</p> Signup and view all the answers

    Quel changement de pH entraînerait une diminution de l'intensité de fluorescence d'une forme acide fluorescente?

    <p>Augmentation du pH</p> Signup and view all the answers

    Les groupements qui diminuent la fluorescence incluent:

    <p>NO2 et COOH</p> Signup and view all the answers

    Dans le cas d'une forme basique fluorescente, quel effet une diminution du pH a-t-elle sur l'intensité de fluorescence?

    <p>Diminue If</p> Signup and view all the answers

    Quel est l'objectif principal de la dérivatisation de fluorescence?

    <p>Augmenter la sensibilité de détection de molécules</p> Signup and view all the answers

    Quel réactif est couramment utilisé pour la détection d'aldéhydes et cétones par dérivatisation de fluorescence?

    <p>1,2-phénylènediamine</p> Signup and view all the answers

    Quel est un effet typique de l'abondance de groupements électrodonneurs dans une molécule sur sa fluorescence?

    <p>Augmente If</p> Signup and view all the answers

    Quel état électronique correspond à une excitation avec une durée de vie de l'ordre du microseconde à plusieurs secondes ?

    <p>Premier état excité TRIPLET T1</p> Signup and view all the answers

    Quelle désactivation correspond à la fluorescence ?

    <p>Désactivation radiative du SINGULET S1 vers SINGULET S0</p> Signup and view all the answers

    Quelle est la principale caractéristique de la phosphorescence ?

    <p>Passage d'un état excité TRIPLET à l'état fondamental SINGULET</p> Signup and view all the answers

    Quelle mesure est centrale dans la spectrométrie de fluorescence moléculaire ?

    <p>L'intensité de lumière fluorescente émise par rapport à un étalon</p> Signup and view all the answers

    Quelle affirmation est vraie concernant les états électroniques excités TRIPLET ?

    <p>Ils peuvent émettre de la lumière de longueur d'onde plus grande</p> Signup and view all the answers

    Quel processus nécessite un retournement de spin ?

    <p>Transition du SINGULET au TRIPLET</p> Signup and view all the answers

    Quelle caractéristique distingue la désactivation directe de la désactivation après changement de multiplicité ?

    <p>La première se situe entre SINGULET et la seconde entre TRIPLET</p> Signup and view all the answers

    Quel est le lien entre l'énergie restituée lors de la désactivation radiative et l'énergie absorbée ?

    <p>L'énergie restituée est plus faible que l'énergie absorbée</p> Signup and view all the answers

    Quel est le rôle principal de l'O-phthalaldéhyde dans l'analyse de composés biologiques?

    <p>Détection des acides aminés</p> Signup and view all the answers

    Pourquoi les lampes à arc xénon sont-elles considérées comme idéales pour la spectrométrie de fluorescence?

    <p>Elles fournissent une lumière intense sur une large gamme de longueurs d'onde</p> Signup and view all the answers

    Quel est l'inconvénient majeur lié à l'utilisation de lampes à arc xénon?

    <p>Elles génèrent beaucoup de chaleur</p> Signup and view all the answers

    Quel est un avantage des spectrofluorimètres utilisant une lampe à arc xénon?

    <p>Elles simplifient l'instrumentation en n'utilisant qu'une seule lampe</p> Signup and view all the answers

    Dans quel contexte l'Hydroxyméthyl-9 anthracène (9HMA) est-il utilisé?

    <p>Détection des acides carboxyliques</p> Signup and view all the answers

    Quelles molécules d'intérêt médical et environnemental peuvent être analysées par dérivatisation de fluorescence?

    <p>Acides aminés, peptides, amines biogènes, et lipides</p> Signup and view all the answers

    Quelle précaution est essentielle lors de la manipulation de lampes à arc xénon haute pression?

    <p>Elles peuvent exploser si endommagées</p> Signup and view all the answers

    Quel type de lumière émettent les lampes à arc xénon?

    <p>Spectre lumineux continu</p> Signup and view all the answers

    Quel est le rôle principal d'un photomultiplicateur dans la spectrométrie de fluorescence?

    <p>Détecter des niveaux de lumière très faibles</p> Signup and view all the answers

    Comment les électrons sont-ils multipliés dans un photomultiplicateur?

    <p>En frappant des dynodes successivement</p> Signup and view all the answers

    D'où provient le terme 'dynode'?

    <p>Du grec pour 'force' ou 'puissance'</p> Signup and view all the answers

    Quel est le produit final du processus de photoélectrique dans un photomultiplicateur?

    <p>Un courant électrique</p> Signup and view all the answers

    Qu'est-ce qui déclenche la libération d'électrons dans la photocathode?

    <p>Un photon de lumière</p> Signup and view all the answers

    Quel est l'avantage principal de la multiplication en cascade des électrons?

    <p>Produire un courant mesurable à partir de peu de lumière</p> Signup and view all the answers

    Quel élément dans le photomultiplicateur est responsable de l'accélération des électrons vers les dynodes?

    <p>La différence de potentiel</p> Signup and view all the answers

    Quelle est la plage de longueurs d'onde que peut détecter un photomultiplicateur?

    <p>De l'ultraviolet au proche infrarouge</p> Signup and view all the answers

    Study Notes

    Partie 1 : Techniques spectroscopiques

    • Introduction à la spectroscopie
    • Spectrométrie d'absorption de l'ultraviolet et du visible (UV-Visible)
    • Spectrométrie infrarouge (IR)
    • Spectrométrie de fluorescence (Fluorimétrie ou spectrofluorimétrie)
    • Spectrométrie de fluorescence des rayons X (FX)
    • Diffraction des rayons X (DRX)
    • Spectrométrie d'Absorption Atomique (AA)
    • Spectrométrie d'émission atomique à plasma à couplage inductif (ICP)

    Le domaine spectral

    • La spectrométrie de fluorescence moléculaire étudie l'émission de lumière par des molécules en solution après excitation par des photons dans le domaine du visible ou du proche ultraviolet.
    • Les longueurs d'onde varient de 10 nm à 30 cm.
    • On distingue des régions spectrales : lointain UV, proche UV, visible, IR proche, IR moyen, et IR lointain.
    • Les transitions moléculaires sont classées en fonction d'énergies : vibration, rotation moléculaire et rotation.
    • Les nombres d'onde correspondent à 4 000 cm⁻¹ et 400 cm⁻¹.

    Terminologie

    • La luminescence est une émission de rayonnements électromagnétiques visible ou proche ultraviolet.
    • Le type de luminescence dépend de la source d'énergie excitatrice : chimique, enzymatique, chaleur, courant électrique, ou absorption de photons.
    • Différents types de luminescence : chimioluminescence, bioluminescence, thermoluminescence, electroluminescence, photoluminescence.
    • La photoluminescence est due à l'absorption de photons.
    • La phosphorescence est une luminescence de longue durée (minutes à heures).
    • La fluorescence est une luminescence de courte durée (nanosecondes).

    La spectrométrie de fluorescence ou Fluorimétrie

    • La fluorimétrie regroupe deux techniques analytiques : moléculaire, atomique et rayons X.
    • Les analytes (molécules ou atomes) émettent des rayonnements dans des domaines différents (visible et proche UV, rayons X).

    Origine de la photoluminescence

    • Fluorescence : transitions électroniques entre deux états énergétiques de même multiplicité (n → π* ou π → π*).
    • Phosphorescence : transitions électroniques entre deux états énergétiques de multiplicités différentes (n → π* ou π → π*).
    • Les nombres quantiques électroniques décrivent chaque électron (n, l, ml, ms).
    • La multiplicité (M) définit deux états électroniques : singulet ou triplet (M = 2S + 1).

    Diagramme de Jablonski

    • Le diagramme de Jablonski illustre les processus d'excitation et de désactivation lors de la photoluminescence.
    • L'excitation se produit lorsqu'une molécule absorbe un photon.
    • La molécule se désexcite ensuite de différentes manières, soit de manière radiative (émission de lumière) ou non radiative (chalerur)
    • Les transitions inter-systèmes impliquent un changement de multiplicité.

    Spectrométrie de fluorescence moléculaire

    • La spectrométrie de fluorescence moléculaire mesure l'intensité de la lumière fluorescente émise par une substance par rapport à un étalon déterminé.
    • L'intensité de la lumière fluorescente émise (If), est mesurée à 90° par rapport au rayonnement incident (Io) afin de la distinuger du rayonnement transmise (l't).
    • Le spectre de fluorescence est souvent une image inversée du spectre d'absorption dans un milieu transparent.

    Rendement quantique de fluorescence (Φf)

    • Le rendement quantique de fluorescence quantifie l'efficacité d'une molécule à fluorescer.
    • Il est exprimé par le rapport du nombre de photons émis (If) au nombre de photons absorbés (Ia).
    • 0 ≤ Φf ≤ 1. Φf=1 correspond à une fluorescence maximale.

    Intensité de fluorescence (If)

    • L'intensité de la fluorescence dépend de plusieurs paramètres :
    • l'intensité de la source (lo)
    • le rendement quantique (Φf)
    • l'absorbance (A)
    • les autres paramètres propre au composé et à l'appareillage (K')
    • En pratique, l'intensité est proportionnelle à la concentration de l'espèce fluorescente dans une solution diluée (If = K' C)

    Espèces fluorescentes (fluorophores)

    • Les fluorophores sont généralement des composés organiques aromatiques.
    • Ils absorbent la lumière dans le visible ou le proche ultraviolet.
    • Ils ont un coefficient d'extinction molaire (εmax) important
    • Un fort rendement quantique (≈ 0.8-0.9)
    • Une durée de vie de fluorescence courte (≈ ns).
    • Un grand décalage de Stokes

    Facteurs influençant la fluorescence

    • Structure moléculaire : les molécules cycliques, rigides et contenant des liaisons π ont tendance à être plus fluorescentes
    • Polarité du solvant : une augmentation de la polarité du solvant peut diminuer l'intensité de la fluorescence.
    • pH : le pH influe sur la fluorescence d'un acide/base faible. la forme acide ou basique peut être fluorescente.

    Transformation chimique (Dérivatisation de fluorescence)

    • La dérivation de fluorescence est une technique utilisée pour augmenter la sensibilité de détection de certaines molécules en les transformant en dérivés fluorescents. Elle est utilisée en chromatographie liquide à haute performance (HPLC).
    • Differents réactifs permettent de derivatiser les molecules comme : le 1,2-phénylènediamine pour les aldéhydes et cétones, le chlorure de dansyle pour les amines et les phénols.

    Instrumentation (Spectrofluorimètres)

    • La source de lumière est souvent une lampe à arc xénon, fournissant une lumière intense sur une large gamme de longueurs d'onde.
    • Le détecteur utilise un photomultiplicateur (PM) pour détecter les faibles niveaux de lumière dans le spectre fluorescent pour la conversion en signal électrique.
    • Les monochromateurs sélectionnent les longueurs d'onde d'excitation et d'émission pour l'analyse spectrale.

    Applications

    • La spectrométrie de fluorescence trouve des applications dans divers domaines : biochimie, biologie moléculaire, pharmacologie, chimie environnementale, industrie agroalimentaire.

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