Fotoluminestsentsi kustutamine

Fotoluminestsentsi kustutamine ehk fotoluminestsentsi summutamine on nähtus, mille tulemusena väheneb valguse kiirgumine (emissioon) fluorestseeruvast või fosforestseeruvast molekulist või kristallist. Elektroonsel tasandil tähendab see, et molekul ei ergastu või siis hajub ergastatud oleku energia ilma nähtava ala footoni kiirgumiseta (näiteks soojusena või energiaülekande tõttu naabruses paiknevale ergastuvale molekulile). Fotoluminestsentsi kustutamist võib esile kutsuda nii keskkonna temperatuur (kõrgemal temperatuuril on molekuli soojusliikumine intensiivsem ning mittekiirgusliku ülemineku tõenäosus tõuseb) kui teised molekulid (nt hapnik) või ioonid (nt halogeniidioon). Teiste molekulide vahendatud fotoluminestsentsi kustutamise puhul eristatakse staatilist ja dünaamilist kustutamist. Fotoluminestsentsi kustutamine võib olla ebasoovitud kõrvalnähuks fluorestseeruvate materjalide arendamisel, kuid seda saab ka kasutada nii praktilistes rakendustes (nt hapnikusensorites või reaalaja PCR jälgimiseks) kui fundamentaalteaduses (näiteks uurides valkude konformatsioonilisi üleminekuid ja vastastikmõjusid teiste molekulidega). Staatilise kustutamise puhul tekib kompleks kustutava molekuli ja fotoluminestsentsi „potentsiaali“ omava molekuli vahel. Seejuures tekivad moodustunud kompleksis elektronide sellised energeetilised tasemed, mis ei võimalda kompleksil ergastuda samades tingimustes, mille juures saaks toimuda fotoluminestsentsi potentsiaali omava molekuli ergastumine ilma kustutajata. Staatilist kustutamist võib tingida ka fluorestseeruvate molekulide omavaheliste agregaatide teke, nt planaarsete hüdrofoobsete fluorofooride korral vesilahuses. Staatilist kustutamist kirjeldab nn Weberi võrrand: I f 0 I f = 1 + K A ⋅ [ Q ] , {\displaystyle {\frac {I_{f}^{0}}{I_{f}}}=1+K_{A}\cdot [\mathrm {Q} ]{\text{,}}} kus If0 ja If on fotoluminestseeruva molekuli emiteeritud kiirguse intensiivsus vastavalt ilma staatilise kustutajata ja kustutaja juuresolekul, [Q] on kustutaja molaarne kontsentratsioon ning KA on tekkiva kompleksi tasakaaluline assotsiatsioonikonstant. Dünaamilise kustutamise korral fotoluminestseeruv molekul küll ergastub, kuid ergastatud oleku energia hajub põrgete tulemusena, milles osalevad enamasti väikesed molekulid või ioonid. Dünaamilise kustutamise lihtsamaid erijuhtusid (nt fluorestseiini fluorestsentsi kustutamine iodiidiga) kirjeldab nn Stern-Volmeri võrrand: I f 0 I f = 1 + k q τ 0 ⋅ [ Q ] , {\displaystyle {\frac {I_{f}^{0}}{I_{f}}}=1+k_{q}\tau _{0}\cdot [\mathrm {Q} ]{\text{,}}} kus If0 ja If on fotoluminestseeruva molekuli emiteeritud kiirguse intensiivsus vastavalt ilma dünaamilise kustutajata ja kustutaja juuresolekul, [Q] on kustutaja molaarne kontsentratsioon, kq on kustutamise kiiruskonstant (seotud nii fotoluminestseeruva molekuli kui kustutaja difusioonikoefitsientide väärtustega) ning τ0 on aeg, mille jooksul fotoluminestseeruv molekuli viibib ergastatud olekus, kui kustutajat ei ole. Reaalsetes süsteemides võib fotoluminestsentsi kustutamine kulgeda ka mitme erineva mehhanismi kaudu. Fotoluminestsentsi kustutamisega on mehhanismi poolest sarnane fotosünteesivates organismides esinev mittefotokeemiline kustutamine, kus neeldunud päikesekiirguse energia kasutamise asemel fotosünteesi läbiviimiseks toimub liigintensiivse valgustatuse tingimustes neeldunud energia hajumine soojusena. Samsonova, Elena (10. august 2015). Energy transfer probe as a tool to study morphological and structural origins of fluorescence quenching in rare-earth doped nanophosphors (inglise). ISBN 978-9949-32-895-6. "Laserivalgus kustutab fosforestsentsi". opik.fyysika.ee. Vaadatud 25. novembril 2023. Institute Nazionale per lo Studio e la Cura dei Tumori (22.12.2003). "Patent EE-EP 1 576 187 B1" (PDF). Eesti Vabariik, Patendiamet. Vaadatud 24.11.2023. Lakowicz, J. R.; Weber, G. (9. oktoober 1973). "Quenching of fluorescence by oxygen. A probe for structural fluctuations in macromolecules". Biochemistry. 12 (21): 4161–4170. DOI:10.1021/bi00745a020. ISSN 0006-2960. PMC 6959846. PMID 4795686. Xiao, Xinzhe; Zhang, Yumin; Zhou, Lei; Li, Bin; Gu, Lin (17. juuli 2022). "Photoluminescence and Fluorescence Quenching of Graphene Oxide: A Review". Nanomaterials (Basel, Switzerland). 12 (14): 2444. DOI:10.3390/nano12142444. ISSN 2079-4991. PMC 9319665. PMID 35889668. Savchenko, S. S.; Vokhmintsev, A. S.; Weinstein, I. A. (1. veebruar 2022). "Activation energy distribution in thermal quenching of exciton and defect-related photoluminescence of InP/ZnS quantum dots". Journal of Luminescence. 242: 118550. DOI:10.1016/j.jlumin.2021.118550. ISSN 0022-2313. Lauerhaas, Jeffrey M.; Sailor, Michael J. (17. september 1993). "Chemical Modification of the Photoluminescence Quenching of Porous Silicon". Science (inglise). 261 (5128): 1567–1568. DOI:10.1126/science.261.5128.1567. ISSN 0036-8075. Sepman, Helen (2019), Orgaaniliste kolmetsükliliste bensotienopürimidiini tüüpi ühendite kõrgtemperatuursete fosforestsents-omaduste kirjeldamine, vaadatud 25. novembril 2023 Er, Zhixuan; Gong, Ping; Zhou, Jian; Wang, Yiming; Jiang, Xiaokang; Xie, Liang (1. juuni 2022). "Dissolved oxygen sensor based on the fluorescence quenching method with optimal modulation frequency". Applied Optics (inglise). 61 (16): 4865–4873. DOI:10.1364/AO.457805. ISSN 2155-3165. Ryazantsev, Dmitry Y.; Tsybulsky, Dmitry A.; Prokhorenko, Igor A.; Kvach, Maksim V.; Martynenko, Yury V.; Philipchenko, Pavel M.; Shmanai, Vadim V.; Korshun, Vladimir A.; Zavriev, Sergey K. (2012). "Two-dye and one- or two-quencher DNA probes for real-time PCR assay: synthesis and comparison with a TaqMan™ probe". Analytical and Bioanalytical Chemistry. 404 (1): 59–68. DOI:10.1007/s00216-012-6114-4. ISSN 1618-2650. PMID 22710565. Mátyus, László; Szöllősi, János; Jenei, Attila (1. juuni 2006). "Steady-state fluorescence quenching applications for studying protein structure and dynamics". Journal of Photochemistry and Photobiology B: Biology. 83 (3): 223–236. DOI:10.1016/j.jphotobiol.2005.12.017. ISSN 1011-1344. Yammine, Anthony; Gao, Jinlong; Kwan, Ann H. (5. juuni 2019). "Tryptophan Fluorescence Quenching Assays for Measuring Protein-ligand Binding Affinities: Principles and a Practical Guide". Bio-Protocol. 9 (11): e3253. DOI:10.21769/BioProtoc.3253. ISSN 2331-8325. PMC 7854220. PMID 33654778. Fraiji, Lee K.; Hayes, David M.; Werner, T. C. (1992). "Static and dynamic fluorescence quenching experiments for the physical chemistry laboratory". Journal of Chemical Education (inglise). 69 (5): 424. DOI:10.1021/ed069p424. ISSN 0021-9584. Andreiuk, Bohdan; Reisch, Andreas; Bernhardt, Eduard; Klymchenko, Andrey S. (15. märts 2019). "Fighting Aggregation‐Caused Quenching and Leakage of Dyes in Fluorescent Polymer Nanoparticles: Universal Role of Counterion". Chemistry – An Asian Journal (inglise). 14 (6): 836–846. DOI:10.1002/asia.201801592. ISSN 1861-4728. Weber, G. (1. jaanuar 1948). "The quenching of fluorescence in liquids by complex formation. Determination of the mean life of the complex". Transactions of the Faraday Society (inglise). 44 (0): 185–189. DOI:10.1039/TF9484400185. ISSN 0014-7672. Mueller, Joachim (2006). "Quenching and FRET" (PDF). University of Minnesota. Vaadatud 25.11.2023. "Fluorescence Lifetimes and Dynamic Quenching". Chemistry LibreTexts (inglise). 31. detsember 2017. Vaadatud 25. novembril 2023. Vill. "Publikationen von Max Volmer (1885-1965) bis 1922". www.chemie.uni-hamburg.de (saksa). Vaadatud 25. novembril 2023. Pulk, Maikel (2014), Trüptofaani ja ARC-LUM(-) sondi vahelise energiaülekande uurimine, vaadatud 25. novembril 2023 Tanwar, Arvin Sain; Parui, Retwik; Garai, Rabindranath; Chanu, Moirangthem Anita; Iyer, Parameswar Krishnan (16. veebruar 2022). "Dual "Static and Dynamic" Fluorescence Quenching Mechanisms Based Detection of TNT via a Cationic Conjugated Polymer". ACS Measurement Science Au (inglise). 2 (1): 23–30. DOI:10.1021/acsmeasuresciau.1c00023. ISSN 2694-250X. PMC 9838727. PMID 36785591.{{ajakirjaviide}}: CS1 hooldus: PMC vormistus (link) Algar, W. Russ; Massey, Melissa (2. august 2019). "Key Errors to Avoid in the Consideration of Fluorescence Quenching Data". Spectroscopy. Special Issues-08-02-2019 (inglise). 34 (8): 12–14. Müller, P.; Li, X. P.; Niyogi, K. K. (2001). "Non-photochemical quenching. A response to excess light energy". Plant Physiology. 125 (4): 1558–1566. DOI:10.1104/pp.125.4.1558. ISSN 0032-0889. PMC 1539381. PMID 11299337.