מעבדה מתקדמת בכימיה פיזיקלית - ניסוי 2

(Time Correlated Single Photon Counting (TCSPC
מדידת זמני דעיכה של פלואורסצנציה בפאזה מעובה באמצעות ספירת פוטונים

הקדמה:

בניסוי זה אנו רואים שינוי משמעותי בתכונות כימיות באמצעות עירור מולקולה ממצב יסוד אלקטרוני למצב מעורר. השינוי שאנו רואים הינו שינוי בערך ה- pKa, כלומר שינוי במידת חומציות המולקולה. מולקולות בהם מתרחש אפקט שכזה נקראות פוטו-חומצות. בניסוי זה אנו נלמד על העקרונות של ספקטרוסקופיה אופטית, בדגש על ספקטרום בליעה אופטית ופלורסנציה. נלמד למדוד זמני דעיכה פלורסנטיים בשיטת Time-correlated single photon counting (TCSPC) . בניסיון אנו מקשרים את תוצאות המדידה בטכניקת TCSPC ובספקטרום הפלורסנציה לשינוי בערך ה- pKa של המולקולה 8-Hydroxypyrene-1,3,6-trisulfonic acid, שהיא פוטו חומצה נפוצה.

חומר קריאה למפגש ראשון (קבצים מצורפים):

1. יסודות הספקטרוסקופיה האופטית
   M. Sauer, J. Hofkens, and J. Enderlein:
   Handbook of Fluorescence Spectroscopy and Imaging.
   Basic Principles of Fluorescence Spectroscopy – p.1-p.
    
2. כימיה של פוטו-חומצות
   . F. Ireland and P. A. H. Wyatt:
   Acid-Base Properties of' Electronically Excited States of Organic Molecules- p.131- p.159
    
3. אופטיקה ומכשור ניסיוני
   Ocean Optics – USB2000 Fiber Optic Spectrometer,
   Deuterium Tungsten-Halogen Calibration Light Source.

מונחים שצריך להכיר לקראת הניסוי:

העברת יחידות אנרגיה eV, Joule, wavenumber

Vibronic states

• The Born-Oppenhimer approximation
• Transition moments
• Oscillator strength
• The Franck-Condon principle
• Absorption spectra
• Vibrationall relaxation

Fluorescence

• Fluorescence spectrum
• The mirror symmetry relation
• The radiative lifetime

Radiationless transitions

• Singlet-singlet internal conversion
• Intersystem crossing
• Triplet states
• Energy gap

חומר קריאה נוסף:

Spectroscopy in general

1. Birks, “Photophysics of Aromatic Molecules”.
2. P. Atkins, “Physical Chemistry” CH 13-14: "Molecular spectroscopy 1,2"
3. (Schulman, “Fluorescence and Phosphorescence Spectroscopy”, pp 1-60 (library position: 541.224 Sch.
4. (J.M. Hollas, “Modern Spectroscopy”, John Willey and Sons (1998.
5. Beer-Lambert Law 

Single photon counting technique

1. Shaver and Love, in “Progress in Analytical Chemistry”, Vol. 8, p.249.
2. (Love and Shaver, in “Analytical Chemistry”, Vol. 48, pp 364 A (1976.

ניסיון א' – ספקטרום בליעה של HPTS כפונקציה של pH

מטרת הניסוי:

מציאת ערך ה- pKa של HPTS בעזרת ספקטרומטר בליעה, לפי יחסי פסי הבליעה של החומצה והבסיס המצומד.

רקע קצר:

אנו עוסקים בהליך שיווי המשקל של פוטו-חומצה בשם8-Hydroxypyrene-1,3,6-trisulfonic acid (HPTS) ובהליך הפוטו-פרוטוליטי של פוטו-חומצות: