11 • Fluorimétrie et chimiluminescence
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dans un des états vibrationnels de l’état S 0 initial en émettant des photons. Au cours de la
fluorescence qui accompagne le retour à l’état initial, la molécule peut conserver une partie de l’énergie reçue sous forme d’énergie vibrationnelle. Cet excès d’énergie de vibration
est dissipé par collisions ou autres processus non radiatifs baptisés mécanismes de relaxation vibrationnelle. Il peut se produire également une émission de photons beaucoup moins
énergétiques, à l’origine d’une fluorescence située dans le moyen infrarouge.
absorption
fluorescence
phosphorescence
E
S 0
S 0
T 1
V 1
V 1
V 2
V 2
V 0
V 0
V 3
V 3
V 4
V 4
S 1
désactivation
non radiative
(relaxation
vibrationnelle)
Figure 11.2 Diagramme énergétique comparatif de la fluorescence et de la phosphorescence.
Les flèches courtes correspondent à des mécanismes de conversion interne sans émission de photons. La fluorescence résulte de transferts entre états de même multiplicité
(même état de spin), et la phosphorescence entre états de multiplicités différentes.
L’état T 1 produit un retard dans le retour à l’état fondamental pouvant atteindre plusieurs heures. Le « stokes shift » correspond à l’énergie dissipée sous forme de chaleur
(relaxation vibrationnelle) pendant la durée de vie de l’état excité, donc avant que les
photons soient émis. La situation réelle est plus complexe que ce diagramme un peu
trop simplifié, dit de Jablonski, peut le laisser supposer. À notre échelle, un composé
peut être à la fois fluorescent et phosphorescent car à l’échelle moléculaire les espèces
individuelles qui le composent n’ont pas le même comportement.
La phosphorescence correspond à un mode de désexcitation plus complexe. Après la
phase d’absorption correspondant au transfert d’un électron dans un niveau S 1 (état singulet), on assiste, si la relaxation vibrationnelle est assez lente, au retournement de spin de
l’électron pour conduire à un état T 1 un peu plus stable (état triplet). De ce fait, le retour
ultérieur au niveau fondamental est ralenti puisqu’il implique un nouveau retournement du
spin de cet électron. Les durées de vies peuvent dépasser plusieurs minutes (fig. 11.2).
La sensibilité en fluorimétrie est souvent 1 000 fois supérieure à celle que l’on connaît
en absorption UV/visible. Cependant l’usage correct de ces techniques exige une bonne
connaissance du phénomène afin d’éviter de nombreuses sources d’erreurs.
La fluorescence est souvent le privilège des molécules cycliques, rigides et possédant des
liaisons p. Elle est augmentée par la présence de groupes électro-donneurs et diminuée avec
les groupes électro-attracteurs (fig. 11.3). Elle dépend également du pH et du solvant. Les
molécules non rigides par contre, perdent facilement la totalité de l’énergie absorbée par
© Dunod – La photocopie non autorisée est un délit
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dans un des états vibrationnels de l’état S 0 initial en émettant des photons. Au cours de la
fluorescence qui accompagne le retour à l’état initial, la molécule peut conserver une partie de l’énergie reçue sous forme d’énergie vibrationnelle. Cet excès d’énergie de vibration
est dissipé par collisions ou autres processus non radiatifs baptisés mécanismes de relaxation vibrationnelle. Il peut se produire également une émission de photons beaucoup moins
énergétiques, à l’origine d’une fluorescence située dans le moyen infrarouge.
absorption
fluorescence
phosphorescence
E
S 0
S 0
T 1
V 1
V 1
V 2
V 2
V 0
V 0
V 3
V 3
V 4
V 4
S 1
désactivation
non radiative
(relaxation
vibrationnelle)
Figure 11.2 Diagramme énergétique comparatif de la fluorescence et de la phosphorescence.
Les flèches courtes correspondent à des mécanismes de conversion interne sans émission de photons. La fluorescence résulte de transferts entre états de même multiplicité
(même état de spin), et la phosphorescence entre états de multiplicités différentes.
L’état T 1 produit un retard dans le retour à l’état fondamental pouvant atteindre plusieurs heures. Le « stokes shift » correspond à l’énergie dissipée sous forme de chaleur
(relaxation vibrationnelle) pendant la durée de vie de l’état excité, donc avant que les
photons soient émis. La situation réelle est plus complexe que ce diagramme un peu
trop simplifié, dit de Jablonski, peut le laisser supposer. À notre échelle, un composé
peut être à la fois fluorescent et phosphorescent car à l’échelle moléculaire les espèces
individuelles qui le composent n’ont pas le même comportement.
La phosphorescence correspond à un mode de désexcitation plus complexe. Après la
phase d’absorption correspondant au transfert d’un électron dans un niveau S 1 (état singulet), on assiste, si la relaxation vibrationnelle est assez lente, au retournement de spin de
l’électron pour conduire à un état T 1 un peu plus stable (état triplet). De ce fait, le retour
ultérieur au niveau fondamental est ralenti puisqu’il implique un nouveau retournement du
spin de cet électron. Les durées de vies peuvent dépasser plusieurs minutes (fig. 11.2).
La sensibilité en fluorimétrie est souvent 1 000 fois supérieure à celle que l’on connaît
en absorption UV/visible. Cependant l’usage correct de ces techniques exige une bonne
connaissance du phénomène afin d’éviter de nombreuses sources d’erreurs.
La fluorescence est souvent le privilège des molécules cycliques, rigides et possédant des
liaisons p. Elle est augmentée par la présence de groupes électro-donneurs et diminuée avec
les groupes électro-attracteurs (fig. 11.3). Elle dépend également du pH et du solvant. Les
molécules non rigides par contre, perdent facilement la totalité de l’énergie absorbée par
© Dunod – La photocopie non autorisée est un délit