Intramolekylrer overf0ring
av eksitasjonsenergi
Liganden eksiteres f!llrst opp til laveste eksiterte
singlettnivå (Figur 3). I konkurranse med kortlivet
(ca.
w-s
sekund) fluorescens fra dette nivået, skjer
en overf!Ziring til et system av triplettnivåer («inter–
system crossing») ved at et av de to uparrede elek–
troner snur sitt spin (Figur 3). Det laveste triplett–
nivå har lang levetid, og eventuell ernisjon av foto–
ner fra dette nivå kalles «fosforescens». Alternativt
kan eksitasjonsenergien avgis til omgivelsene som
varme ved strålingsl!Zis retur til grunntilstanden
(quenching), eller eksitasjonsenergien kan vandre
til en annendelavmolekylet (4).
For å avklare hvilke energinivåer som bestern–
mer om slik overf!Ziring av eksitasjonsenergi fra
tigand til kompleksbundet ion kan finne sted eller
ikke, må man kartlegge ligandens fosforescens
ved lav temperatur i rigidemedia. Ligandens egen
fosforescens kommer frem både når den er ubun–
det, og når den er bundet til Gd
3
+
(3). B-naftoyltri–
fluorodiaceton fosforescerer ved en bplgelengde
som er litt kortere enn 613 nm hvor emisjonslin–
jen fra Eu
3
+
befinner seg. Når denne liganden
kompleksbindes med Eu
3
+,
forsvinner fosfores–
censen fra liganden, mens fluorescensen fra Eu
3
+
kommer til syne. Emisjonsb!Zilgelengdene viserat
triplettnivåer for liganden er litt h!llyere enn eksi–
tasjonsnivået i Eu
3
+
(Figur 3). Energioverforing
fra eksitert tigand til Eu
3
+
er derfor mulig, og
skjer åpenbart så hurtig at det ikke blir tid til noen
fosforescens fra ligandens triplettnivå. Overf!ZI–
ringen fullf!Zires i l!Zipet av et mikrosekund. Eu
3
+
kan, som den eneste av lanthanidene, fluorescere
fra to eksiterte energinivåer (5). De to emisjons–
linjene ligger ved ca. 535 nm og 613 nm. Triplet–
ten av B-naftoyltrifluorodiaceton kan imidlertid
ikke avgi nok energi til at Eu
3
+
kan fluorescere
ved 535 nm, men bare ved 613 nm (5). Dersom
energien hadde blitt overf!Zirt direkte fra ligandens
laveste eksiterte singlettnivå, ville også fluore–
scenslinjen ved 535 nm kommet frem i komplek–
set Erstattes nå uropiummedGd
3
+,
får man igjen
frem fosforescensen fra liganden,men ingen emi–
sjon fra Gd
3
+
(5). Det kommer av at det laveste
eksiterte nivå i gadolinium befinner seg h!llyere på
energiskalaen enn ligandens triplettnivå (Figur 3).
Den intramolekylrere energioverf!Ziring til Eu
3
+
18
gir et uvanlig stort «Stokes'-shift», altså forskjell
i bplgelengde mellom eksitasjonslyset og fluore–
scenslyset, nemlig fra ligandens absorbsjonstopp
nrer 360 nm til emisjonslinjen fra Eu
3
+
ved
613 nm. Stokes '-shiftets st!Zirrelse lar seg forstå
som en sum av energirapene i de prosesser som
starter i ligandens laveste eksiterte singlettilstand
og som via ligandens laveste triplett ender med
eksitasjon av Eu
3
+.
Denne store avstand i b!Z\lge–
lengde mellom eksitasjon og emisjon er en fordel
rent måleteknisk, bl.a. fordi fotoluminescens fra
de fleste forurensninger vil ha noe kortere b!lllge–
lengde (altsåmindre Stokes'-shift) enn europium–
fluorescensen.
Langlivet europiumfluorescens
Eegrepet «delayed fluorescence» refererer til
uvanlig langlivet fluorescens fra eksiterte mole–
kyler, og forekommer da som et tillegg til og ved
samme b!lllgelengde som den vanlige «prompt
fluorescence» med levetid nrer
w-s
sekund. Den
langlivete fluorescens fra ioner som Eu
3
+
kommer
ikke som noe slikt tillegg til en «prompt fluor–
escence». Uttrykket «delayed fluorescence» har
derfor neppe noen berettigelse i en slik sammen–
heng. Lanthanidene har, til metaller å vrere, uvan–
lig lavtliggende eksiterte nivåer. Det henger sam–
menmed de tomme plasser i de syv 4f-orbitaler i
N-skallet. De laveste energioverganger skjer net–
topp mellom disse. Men bare lanthanidene med
atomnummer 62 - 66 er sterkt fluorescerende
(Sm
3
+,
Eu
3
+,
Gd
3
+,
Tb
3
+
og Dy
3
+)
(5). De !Zivrige
har tettliggende energinivåer mellom eksitasjons–
nivået og grunntilstanden. Langs en slik energi–
trapp med lave trinn retumerer det eksiterte ion
meget raskt til grunntilstanden under strålingslps
avgivelse av en stor del av eksitasjonsenergien
som varme (3).
Den lange halveringstiden for fluorescensen fra
Eu
3
+ -
st!Zirresesorden 500mikrosekunder eller 0.5
millisekunder - må henge sammen med at
4f-orbitalene ligger slik til i forhold til hverandre
at elektronoverganger mellom dem er lite sann–
synlig. Dette passer nettopp med at den molare
absorbans for Eu
3
+
i grunntilstanden er så lav at
vanlig direkte eksitasjon av Eu
3
+
er lite effektiv.
Spl/lrsmålet er så hvorfor eksitert Eu
3
+
ikke
påvirkes nevneverdig av quenchere innen fluor-
Klinisk Kjemi
i
Norden 4, 2000
