Analiza chimică prin fluorescență a produselor alimentare

1. Definirea fenomenului de fluorescenţă

Anumite combinaţii chimice, aflate mai ales în soluţie sau în stare solidă, în urma excitării moleculelor cu radiaţii din domeniile vizibil şi UV apropiat, reemit o parte din energia primită sub formă de radiaţie luminoasă - adesea vizibilă. Această reemisie se numeşte fluorescenţă.

Fluorescenţa este proprietatea anumitor atomi şi molecule de a absorbi lumina la o anumită lungime de undă şi consecutiv de a emite lumină de o lungime de undă mai mare după un anumit interval scurt, termen denumit durată de viaţă a fluorescenţei.

2. Principiul metodei

Maximul radiaţiei de fluorescenţă este situat de obicei la o valoare a lungimii de undă mai mare decât maximul picului radiaţiei care a provocat excitarea, diferenţa de energie corespunzătoare transformându-se în căldură, fiind disipată în mediu.

Simplificat, acest fenomen poate fi reprezentat conform schemei din fig. 1.

Fig. 1. Fenomenul de fluorescenţă

Fluorescenţa, riguros vorbind, implică emisia de radiaţie prin tranziţia între două niveluri care au aceeaşi multiplicitate (de exemplu singlet la singlet sau triplet la triplet).

Din punct de vedere fundamental, fluorescenţa compuşilor moleculari (de interes pentru analiza chimică) se poate înţelege ca o absorbţie de radiaţie UV-VIS urmată de o serie de tranziţii energetice între ultimii orbitali ocupaţi, în starea fundamentală a moleculei, şi primii orbitali externi vacanţi. Iniţial moleculele se află în repaos, în starea fundamentală, notată S0 (fig. 2). După absorbţia unui foton incident electronii trec în starea S1 - prima stare de tranziţie electronică, excitată. Apoi, foarte rapid (10-12s), are loc un proces denumit conversie internă, prin care moleculele suferă rearanjări, fără a emite fotoni, timp în care electronii ajung în starea caracterizată prin numărul de vibraţie V0 a stării electronice următoare, S1. Abia apoi intervin tranziţiile de fluorescenţă (timp de 10-9-10-7s) în urma cărora moleculele revin pe unul din nivelele notate V0, V1, (stări energetice de vibraţie caracterizate fiecare prin numărul de vibraţie respectiv, Vi) - aparţinând nivelului iniţial S0.

Fig. 2. Diagrama energetică a fluorescenţei. Săgeţile scurte simbolizează conversii interne fără emisie de fotoni. S = singlet; T = triplet; V1 V4 = numere cuantice de vibraţie şi totodată notaţii ale stărilor de vibraţie

Fosforescenţa, pe lângă faptul că însoţeşte o reacţie chimică, analog luminescenţei, corespunde şi unui mod diferit de revenire la starea fundamentală. După faza de absorbţie o dată cu transferul unui electron pe nivelul S1 (prima stare electronică excitată după cea fundamentală - o stare de singlet) are loc, dacă relaxarea vibraţională se produce suficient de lent, modificarea spinului electronului la o stare de triplet, notat T1 (fig. 2), ceva mai stabile (metastabilă). Din acest motiv, revenirea la starea fundamentală este încetinită, deoarece implică o nouă modificare de spin a acestui electron. Ca urmare, durata stării excitate în fosforescenţă poate fi de 108 ori mai mare decât în fluorescenţă.

Se cunosc câteva reguli privind legătura dintre structura compuşilor organici şi fluorescenţa acestora:

- Moleculele organice care nu absorb puternic lumina peste 200 nm în general nu sunt fluorescente.

- Moleculele care au banda de absorbţie corespunzătoare tranziţiei: S0→S1 (v. fig. 1), localizată la λ = 250 nm şi pentru care absorbţia luminii se datoreşte unei tranziţii (ππ') sunt fluorescente.