В химии гашением называют любой процесс, который уменьшает интенсивность флуоресценции данного вещества. К тушению могут привести различные процессы, такие как реакции возбужденного состояния , передача энергии, образование комплексов и столкновения . Как следствие, закалка часто сильно зависит от давления и температуры . Молекулярный кислород , ионы йода и акриламид [1] являются распространенными химическими тушителями. Хлорид - ион является хорошо известным тушителем флуоресценции хинина . [2] [3] [4] Тушение представляет собой проблему для немгновенных спектроскопических методов, таких как лазерно-индуцированная флуоресценция .
Гашение используется в оптодных датчиках; например, тушащее воздействие кислорода на некоторые комплексы рутения позволяет измерить насыщение кислорода в растворе. Тушение является основой анализа резонансного переноса энергии Фёрстера (FRET). [5] [6] [7] Тушение и гашение при взаимодействии с конкретной молекулярно-биологической мишенью является основой активируемых оптических контрастных веществ для молекулярной визуализации . [8] [9] Многие красители подвергаются самогашению, что может уменьшить яркость конъюгатов белок-краситель для флуоресцентной микроскопии , [10] или может быть использовано в датчиках протеолиза . [11]
Существует несколько различных механизмов, с помощью которых энергия может передаваться безызлучательно (без поглощения или испускания фотонов) между двумя красителями, донором и акцептором. Резонансная передача энергии Фёрстера (FRET или FET) представляет собой механизм динамического гашения, поскольку передача энергии происходит, когда донор находится в возбужденном состоянии. FRET основан на классических диполь-дипольных взаимодействиях между переходными диполями донора и акцептора и чрезвычайно зависит от расстояния донор-акцептор R , уменьшающегося со скоростью 1/ R 6 . FRET также зависит от спектрального перекрытия донора-акцептора (см. рисунок) и взаимной ориентации дипольных моментов донорного и акцепторного перехода. FRET обычно может возникать на расстояниях до 100 Å.
Декстер (также известный как обмен Декстера или перенос энергии столкновений, в просторечии известный как перенос энергии Декстера ) — еще один механизм динамического тушения. [12] Декстеровский перенос электрона - это явление на короткие расстояния, которое экспоненциально падает с расстоянием (пропорционально e - kR , где k - константа, которая зависит от обратной величины радиуса Ван-дер-Ваальса атома [ нужна ссылка ] ) и зависит о пространственном перекрытии донорных и тушительных молекулярных орбиталей. В большинстве ситуаций донор-флуорофор-тушитель-акцептор механизм Фёрстера более важен, чем механизм Декстера. При переносе энергии как по Фёрстеру, так и по Декстеру форма спектров поглощения и флуоресценции красителей не меняется.
Декстерский перенос электронов может иметь важное значение между красителем и растворителем, особенно когда между ними образуются водородные связи.
Образование эксиплекса (комплекса в возбужденном состоянии) является третьим механизмом динамического тушения.
Оставшимся механизмом передачи энергии является статическое закаливание (также называемое контактным закалкой). Статическое тушение может быть доминирующим механизмом для некоторых зондов-репортеров-тушителей. В отличие от динамического тушения статическое тушение происходит тогда, когда молекулы образуют комплекс в основном состоянии, т. е. до возникновения возбуждения. Комплекс обладает своими уникальными свойствами, такими как нефлуоресцентность и уникальный спектр поглощения . Агрегация красителя часто происходит из-за гидрофобного эффекта — молекулы красителя слипаются вместе, чтобы минимизировать контакт с водой. Плоские ароматические красители, подобранные для ассоциации за счет гидрофобных сил, могут усилить статическое гашение. Высокие температуры и добавление поверхностно-активных веществ имеют тенденцию нарушать образование комплекса в основном состоянии.
Столкновительное тушение происходит, когда возбужденный флуорофор испытывает контакт с атомом или молекулой, который может облегчить безызлучательный переход в основное состояние. ... Молекула в возбужденном состоянии сталкивается с молекулой-гасителем и безызлучательно возвращается в основное состояние.