Fluorescence

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Fluorescence

La fluorescence est une émission lumineuse provoquée par l'excitation d'une molécule (généralement par absorption d'un photon) immédiatement suivie d'une émission spontanée. Ce processus est différent de la phosphorescence. La fluorescence peut entre autres servir à caractériser un matériau.

Sommaire

Différences entre fluorescence et phosphorescence

Schéma fluorescence vs phosphorescence

Une mol√©cule fluorescente (fluorophore ou fluorochrome) poss√®de la propri√©t√© d'absorber de l'√©nergie lumineuse (lumi√®re d'excitation) et de la restituer rapidement sous forme de lumi√®re fluorescente (lumi√®re d'√©mission). Une fois l'√©nergie du photon absorb√©e, la mol√©cule se trouve alors g√©n√©ralement dans un √©tat √©lectroniquement excit√©, souvent un √©tat singulet, que l'on note S0*. Le retour √† l'√©tat fondamental peut alors se faire de diff√©rentes mani√®res : soit par fluorescence, soit par phosphorescence.

La fluorescence est caract√©ris√©e par l'√©mission d'un photon de mani√®re tr√®s rapide. Cette rapidit√© s'explique par le fait que l'√©mission respecte une des r√®gles de s√©lection de l'√©mission de photons de la m√©canique quantique qui est őĒS=0, ce qui signifie que la mol√©cule reste dans un √©tat singulet.

La phosphorescence quant à elle est caractérisée par une transition d'un état S=0 vers un état S=1 (état triplet), qui n'est pas permise par le modèle quantique, mais qui est rendue possible par le couplage spin-orbite. Cependant, la transition est plus lente à s'effectuer. Suit alors une émission de photon pour retourner à l'état fondamental.

Généralités

La lumière ré-émise par la molécule excitée lors de la fluorescence peut être de même longueur d'onde (fluorescence de résonance) ou de longueur d'onde plus grande ou plus petite. Dans les milieux liquides en particulier, le fait que la longueur d'onde d'émission après excitation soit plus grande provient du fait que la molécule retourne à l'état fondamental à partir du niveau de vibration le plus bas de l'état excité (règle de Kasha). Cette différence est appelée déplacement de Stokes.

Ce déplacement du spectre d'émission vers des longueurs d'onde plus élevées, décrit par le déplacement de Stokes, facilite grandement la séparation et la détection de la lumière de fluorescence, signal spécifique délivré par le fluorophore.

Il existe un grand choix de fluorochromes, chacun pouvant être caractérisé par ses spectres d'excitation et d'émission.

Le principe de fluorescence est utilisé, entre autres, dans les microscopes confocaux à balayage laser, les microscopes à fluorescence et les spectrofluoromètres.

Le phénomène de fluorescence ne se limite pas à l'émission dans le spectre visible, mais concerne toute la gamme du spectre électromagnétique, notammment l'émission de rayons X (fluorescence X).

Historique de la fluorescence

  • Aux environs de l'an 1000 existait chez l'empereur de Chine, un tableau magique sur lequel un bŇďuf apparaissait chaque soir. Ce fut le premier exemple, dans l'histoire, d'un mat√©riau fabriqu√© par l'Homme, capable d'√©mettre de la lumi√®re luminescente.
  • Ce proc√©d√© fut retrouv√© involontairement par un cordonnier √† la fin du XVIe si√®cle.
  • Le terme d√©rive du min√©ral fluorite qui a la particularit√© de pr√©senter tr√®s fr√©quemment une fluorescence, mais aussi une triboluminescence, voire une thermoluminescence, sans √™tre phosphorescente.

Minéraux pouvant présenter une fluorescence

adamite, albite, allophane ,alunite, amblygonite, analcime, andalousite, angl√©site, anhydrite, ank√©rite, anthophyllite, aragonite,autunite, b√©nito√Įte, berlinite, calcite, c√©lestine, c√©rusite, chamosite, charlesite, charo√Įte, col√©manite, corindon, cristobalite, cryolite, danburite, datolite, diaspore, diopside, disth√®ne, dolomite, √©pidote, √©rythrite, fluorite, fluorapatite, gypse, halite, ha√ľyne, h√©mimorphite, heulandite, jad√©ite, laumontite, lussatite, manganaxinite, magn√©sio-axinite, magn√©site, m√©lanophlogite, mellite, microcline natrolite, ok√©nite, oligoclase, opale, pectolite, p√©riclase, phlogopite, phosgenite, prehnite,quartz, rhodonite, scheelite, scol√©cite, smithsonite, sodalite, sphal√©rite, spinelle, spodum√®ne, strontianite, th√©nardite, topaze, torbernite, tr√©molite, tridymite, Uvarovite, variscite, wollastonite, wulf√©nite, zo√Įsite.

Fluorescence dans le monde vivant

On trouve de nombreux cas de fluorescence dans la nature, généralement visibles sous lumière UV. On compte parmi elles des champignons, des végétaux comme ceux contenant de la quinine comme Cinchona officinalis, des arthropodes comme les scorpions, des mammifères comme les Didelphidae [1]...

Caractéristiques des fluorophores

Les diff√©rentes caract√©ristiques des fluorophores sont :

  • Longueurs d'onde : celles qui correspondent aux pics des spectres d'excitation et d'√©mission,
  • Coefficient d'extinction (ou absorption molaire) : il relie la quantit√© de lumi√®re absorb√©e, pour une longueur d'onde donn√©e, √† la concentration du fluorophore en solution (M-1 cm-1)
  • Rendement quantique : efficacit√© relative de la fluorescence compar√©e aux autres voies de d√©sexcitation (= nombre de photons √©mis / nombre de photons absorb√©s)
  • Dur√©e de vie √† l'√©tat excit√© : c'est la dur√©e caract√©ristique pendant laquelle la mol√©cule reste √† l'√©tat excit√© avant de retourner √† son √©tat basal (psec). Cette dur√©e est assimilable √† la demi-vie de l'√©tat excit√©.
  • Photoblanchiment (photobleaching) : lorsque la mol√©cule est √† l'√©tat excit√©, il existe une certaine probabilit√© pour qu'elle participe √† des r√©actions chimiques (on parle alors de r√©actions photochimiques), en particulier avec l'oxyg√®ne sous forme de radicaux libres. Le fluorochrome perd alors ses propri√©t√©s de fluorescence. Autrement dit, quand on excite une solution de mol√©cules fluorescentes, une certaine proportion d'entre elles est d√©truite √† chaque instant et par cons√©quent l'intensit√© de fluorescence d√©cro√ģt au cours du temps. Ce ph√©nom√®ne peut √™tre g√™nant, notamment en microscopie de fluorescence, mais il peut √©galement √™tre mis √† profit pour mesurer la mobilit√© mol√©culaire par la m√©thode de redistribution de fluorescence apr√®s photoblanchiment (FRAP) ou de FLIP (Perte de fluorescence au cours d'un photoblanchiment local).

Applications quotidiennes

Applications diverses

Beaux-arts : lumi√®re noire et substances fluorescentes.

Du fait que la fluorescence se traduit généralement par l'émission de lumière visible à partir d'une source d'énergie invisible (ultraviolets), les objets fluorescents paraissent plus lumineux que des objets de même teinte, mais non fluorescents. Cette propriété est utilisée par les peintures anti-collision de couleur orange dont on peint, par exemple, certaines parties des avions, mais aussi dans un simple but esthétique (vêtements, etc.)

La fluorescence est également utilisée dans le cas de la lumière noire, source lumineuse composée essentiellement de proches ultra-violets, qui fait ressortir les blancs et les objets fluorescents lorsqu'elle est émise dans la pénombre, afin de créer une ambiance spéciale.

La fluorescence est aussi utilis√©e en imagerie par rayons X car elle permet de convertir les rayons X en lumi√®re visible pour l'Ňďil ou un capteur CCD.

Les surligneurs déposent sur le papier une encre fluorescente visible et résistante à la lumière sans pour autant masquer le texte lui-même.

La technique de détection du Mercure ou du Plomb par des fluoroionophores sélectifs est aussi une application de la fluorescence.

Tube fluorescent

Le tube fluorescent (nom officiel: tube luminescent) est une autre application bien connue. Ces tubes servent surtout √† l'√©clairage industriel et parfois domestique (appel√©s ¬ę n√©ons ¬Ľ par erreur: car le gaz n√©on √©met une lumi√®re rouge). Ils contiennent des gaz, le plus souvent des vapeurs de mercure √† basse pression ou de l'argon, qui √©mettent une lumi√®re ultraviolette invisible lorsqu'ils sont ionis√©s. La paroi int√©rieure est recouverte d'un m√©lange de poudres fluorescentes, qui transforme cette lumi√®re dans le domaine visible en s'approchant du blanc. Ces tubes offrent un bien meilleur rendement √©lectrique qu'une lampe √† incandescence classique, c'est-√†-dire qu'ils √©mettent plus de lumens par watt consomm√© et, donc chauffent beaucoup moins. Aujourd'hui, la forme peut changer et l'√©lectronique qui les contr√īle permet un rendement encore am√©lior√©. On trouve ainsi des lampes dites √† √©conomie d'√©nergie rempla√ßant avantageusement les lampes √† incandescence classiques (toutefois leur recyclage en fin de vie est complexe et co√Ľteux).

Utilisation

La chlorophylle a (comme tous les pigments) est fluorescente. La mesure de la fluorescence de la chlorophylle a (émise par une plante ou un organisme photosynthétique en général) est un puissant outil pour mesurer l'absorption de la lumière et le fonctionnement de la photosynthèse.

Articles connexes

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Notes et références

  1. ‚ÜĎ Gerald H. Jacobs, Gary A. Williams, Cone pigments in a North American marsupial, the opossum (Didelphis virginiana), J Comp Physiol A Neuroethol Sens Neural Behav Physiol. 2010 May; 196(5): 379‚Äď384.

Liens externes


Wikimedia Foundation. 2010.

Contenu soumis à la licence CC-BY-SA. Source : Article Fluorescence de Wikipédia en français (auteurs)

Regardez d'autres dictionnaires:

  • fluorescence ‚ÄĒ [ fly…Ēres…ĎŐÉs ] n. f. ‚ÄĘ 1856; mot angl. (1852), de fluor, d apr. phosphorescence ‚ô¶ Phys. Luminescence d une substance (solide, liquide ou gaz) due √† une transition spontan√©e des mol√©cules, d un √©tat excit√© vers l √©tat fondamental. Fluorescence… ‚Ķ   Encyclop√©die Universelle

  • Fluorescence ‚ÄĒ Flu o*res cence, n. [From {Fluor}.] (Chemistry, Optics) A luminescence emitted by certain substances due to the absorption of radiation at one wavelength, and the almost instantaneous re emission of radiation at another, usually longer wavelength ‚Ķ   The Collaborative International Dictionary of English

  • fluorescence ‚ÄĒ 1852, glowing in ultraviolet light, coined by English mathematician and physicist Sir George G. Stokes (1819 1903) from fluorspar (see FLUORINE (Cf. fluorine)), because in it he first noticed the phenomenon, + ESCENCE (Cf. escence), on analogy of ‚Ķ   Etymology dictionary

  • fluorescence ‚ÄĒ ¬†Fluorescence ¬†–§–Ľ—É–ĺ—Ä–Ķ—Ā—Ü–Ķ–Ĺ—Ü–ł—Ź ¬† –ö—Ä–į—ā–ļ–ĺ–≤—Ä–Ķ–ľ–Ķ–Ĺ–Ĺ–į—Ź –Ľ—é–ľ–ł–Ĺ–Ķ—Ā—Ü–Ķ–Ĺ—Ü–ł—Ź. –ė–∑–Ľ—É—á–į—ā–Ķ–Ľ—Ć–Ĺ—č–Ļ –Ņ–Ķ—Ä–Ķ—Ö–ĺ–ī –ľ–Ķ–∂–ī—É –ī–≤—É–ľ—Ź —Ā–ĺ—Ā—ā–ĺ—Ź–Ĺ–ł—Ź–ľ–ł –ĺ–ī–ł–Ĺ–į–ļ–ĺ–≤–ĺ–Ļ –ľ—É–Ľ—Ć—ā–ł–Ņ–Ľ–Ķ—ā–Ĺ–ĺ—Ā—ā–ł (—Ā–ł–Ĺ–≥–Ľ–Ķ—ā–Ĺ—č–ľ–ł –ł–Ľ–ł —ā—Ä–ł–Ņ–Ľ–Ķ—ā–Ĺ—č–ľ–ł —É—Ä–ĺ–≤–Ĺ—Ź–ľ–ł). –§–Ľ—É–ĺ—Ä–Ķ—Ā—Ü–Ķ–Ĺ—Ü–ł—Ź –Ĺ–į–Ī–Ľ—é–ī–į–Ķ—ā—Ā—Ź –≤ –∂–ł–ī–ļ–ĺ–Ļ, —ā–≤–Ķ—Ä–ī–ĺ–Ļ –ł –≥–į–∑–ĺ–≤–ĺ–Ļ —Ą–į–∑–į—Ö. –ü—Ä–ł… ‚Ķ   –Ę–ĺ–Ľ–ļ–ĺ–≤—č–Ļ –į–Ĺ–≥–Ľ–ĺ-—Ä—É—Ā—Ā–ļ–ł–Ļ —Ā–Ľ–ĺ–≤–į—Ä—Ć –Ņ–ĺ –Ĺ–į–Ĺ–ĺ—ā–Ķ—Ö–Ĺ–ĺ–Ľ–ĺ–≥–ł–ł. - –ú.

  • fluorescence ‚ÄĒ ‚Ėļ NOUN 1) light emitted by a substance when it is exposed to radiation such as ultraviolet light or X rays. 2) the property of emitting light in this way. ORIGIN from FLUORSPAR(Cf. ‚ÜĎF) (which fluoresces), on the pattern of opalescence ‚Ķ   English terms dictionary

  • fluorescence ‚ÄĒ [floÕěoőĄ…ô res‚Ä≤…ôns] n. [< FLUOR(SPAR) + ESCENCE] 1. the property of a substance, such as fluorite, of producing light while it is being acted upon by ultraviolet rays, X rays, or other forms of radiant energy 2. the production of such light 3.… ‚Ķ   English World dictionary

  • Fluorescence ‚ÄĒ Fluorescent minerals emit visible light when exposed to ultraviolet light Fluorescence is the emission of light by a substance that has absorbed light or other electromagnetic radiation of a different wavelength.[1] It is a form of luminescence.… ‚Ķ   Wikipedia

  • Fluorescence X ‚ÄĒ Spectrom√©trie de fluorescence X Pour les articles homonymes, voir SFX, FX et XRF. Un spectrom√®tre de fluorescence X Philips PW1606 avec manutention automatiq ‚Ķ   Wikip√©dia en Fran√ßais

  • fluorescence ‚ÄĒ /floo res euhns, flaw , floh /, n. Physics, Chem. 1. the emission of radiation, esp. of visible light, by a substance during exposure to external radiation, as light or x rays. Cf. phosphorescence (def. 1). 2. the property possessed by a… ‚Ķ   Universalium

  • fluorescence ‚ÄĒ (flu o r√® ssan s ) s. f. Terme de physique. √Čclairement particulier que pr√©sentent certaines substances lorsqu elles sont expos√©es √† l action des parties les plus r√©frangibles de la radiation lumineuse, c est √† dire √† l action des rayons… ‚Ķ   Dictionnaire de la Langue Fran√ßaise d'√Čmile Littr√©


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