आणविक प्रतिदीप्ति स्पेक्ट्रोस्कोपी

आणविक प्रतिदीप्ति स्पेक्ट्रोस्कोपी अणुओं द्वारा विकिरण अवशोषित करने के बाद उत्सर्जित प्रकाश को मापती है, जो अत्यधिक संवेदनशील और चयनात्मक मात्रा निर्धारण प्रदान करती है।

Definition

आणविक प्रतिदीप्ति स्पेक्ट्रोस्कोपी एक संदीप्ति-आधारित विश्लेषणात्मक विधि है जो उत्तेजित इलेक्ट्रॉनिक अवस्था से मूल अवस्था में लौटने पर अणुओं द्वारा उत्सर्जित प्रकाश की तीव्रता से विश्लेष्यों (analytes) का मात्रा निर्धारण करती है।

Scope

यह विषय विश्लेषण में उपयोग की जाने वाली प्रकाश-संदीप्ति विधियों को शामिल करता है—मुख्य रूप से प्रतिदीप्ति (fluorescence), संबंधित स्फुरदीप्ति (phosphorescence) और रसायन-संदीप्ति (chemiluminescence) के साथ। यह उत्तेजना और उत्सर्जन प्रक्रिया, स्पेक्ट्रोफ्लोरोमीटर के उपकरण, जिसमें इसके अलग-अलग उत्तेजना और उत्सर्जन तरंगदैर्ध्य चयनकर्ता होते हैं, प्रतिदीप्ति तीव्रता और क्वांटम उपज को नियंत्रित करने वाले कारक, और शमन (quenching) तथा आंतरिक-फ़िल्टर (inner-filter) प्रभावों का वर्णन करता है जो मात्रा निर्धारण को जटिल बनाते हैं।

Core questions

• अवशोषण और उत्सर्जन मिलकर प्रतिदीप्ति संकेत कैसे उत्पन्न करते हैं, और यह इतना संवेदनशील क्यों है?
• कौन सी आणविक विशेषताएँ एक यौगिक को दृढ़ता से प्रतिदीप्तिशील बनाती हैं?
• शमन और आंतरिक-फ़िल्टर प्रभाव प्रतिदीप्ति मापन को कैसे विकृत करते हैं?
• ट्रेस विश्लेषण के लिए अवशोषण की तुलना में प्रतिदीप्ति कब बेहतर है?

Key theories

स्टोक्स शिफ्ट (Stokes shift) के साथ उत्तेजना और उत्सर्जन

एक अणु एक फोटॉन को अवशोषित करके एक उत्तेजित एकल अवस्था तक पहुँचता है, निम्नतम कंपन स्तर तक गैर-विकिरणशील रूप से ऊर्जा खोता है, फिर लंबी तरंगदैर्ध्य का एक फोटॉन उत्सर्जित करता है; यह स्टोक्स शिफ्ट उत्सर्जन को उत्तेजना से अलग करता है और प्रतिदीप्ति की संवेदनशीलता और चयनात्मकता का आधार है, जिसे जाब्लोन्स्की आरेख (Jablonski diagram) द्वारा संक्षेप में दर्शाया गया है।

Mechanisms

पराबैंगनी या दृश्य प्रकाश का अवशोषण एक अणु को उत्तेजित एकल अवस्था (excited singlet state) में उठाता है। कंपन विश्राम (vibrational relaxation) इसे निम्नतम उत्तेजित स्तर पर लाता है, जहाँ से यह कम ऊर्जा का एक प्रतिदीप्ति फोटॉन उत्सर्जित कर सकता है। क्योंकि उत्सर्जन को लगभग-अंधेरे पृष्ठभूमि के विरुद्ध मापा जाता है, न कि एक बड़े संचरित संकेत में एक छोटे से परिवर्तन के रूप में, प्रतिदीप्ति अवशोषण की तुलना में कहीं अधिक निम्न पहचान सीमा तक पहुँच सकती है। कम अवशोषण पर तीव्रता सांद्रता के समानुपाती होती है, लेकिन उच्च सांद्रता पर शमन और आंतरिक-फ़िल्टर अवशोषण द्वारा कम हो जाती है।

Clinical relevance

प्रतिदीप्ति विधियाँ जैवविश्लेषण और नैदानिक निदान के लिए केंद्रीय हैं, जिनमें इम्यूनोएसे (immunoassays), न्यूक्लिक-एसिड मात्रा निर्धारण और अनुक्रमण पहचान, प्रवाह साइटोमेट्री (flow cytometry), और पर्यावरणीय ट्रेस विश्लेषण शामिल हैं, जो उनकी उच्च संवेदनशीलता और चयनात्मक प्रतिदीप्ति लेबल (fluorescent labels) की उपलब्धता के कारण हैं।

History

जॉर्ज स्टोक्स ने 19वीं शताब्दी के मध्य में प्रतिदीप्ति का वर्णन और नामकरण किया, जिसमें लंबी तरंगदैर्ध्य की विशेषता शिफ्ट का अवलोकन किया गया। 1930 के दशक में जाब्लोन्स्की (Jabłoński) द्वारा व्यवस्थित ऊर्जा-स्तर चित्र ने प्रतिस्पर्धी विकिरणशील और गैर-विकिरणशील मार्गों को स्पष्ट किया, और संवेदनशील फोटोमल्टीप्लायर-आधारित स्पेक्ट्रोफ्लोरोमीटर के विकास ने प्रतिदीप्ति को एक अग्रणी ट्रेस-विश्लेषण तकनीक के रूप में स्थापित किया।

Key figures

• George Gabriel Stokes
• Aleksander Jabłoński
• Joseph R. Lakowicz

Seminal works

• lakowicz2006
• skoog2017

Frequently asked questions

प्रतिदीप्ति आमतौर पर अवशोषण से अधिक संवेदनशील क्यों होती है?

प्रतिदीप्ति को एक अंधेरी पृष्ठभूमि के विरुद्ध उत्सर्जित प्रकाश के रूप में मापा जाता है, इसलिए एक कमजोर संकेत भी स्पष्ट रूप से दिखाई देता है, जबकि अवशोषण के लिए एक बड़े संचरित बीम में एक छोटी सी कमी का पता लगाने की आवश्यकता होती है, जो यह सीमित करता है कि कितनी कम सांद्रता को मापा जा सकता है।

आंतरिक-फ़िल्टर प्रभाव क्या है?

उच्च विश्लेष्य या मैट्रिक्स अवशोषण पर, कुछ उत्तेजित प्रकाश और कुछ उत्सर्जित प्रकाश डिटेक्टर तक पहुँचने से पहले पुनः अवशोषित हो जाते हैं, इसलिए प्रतिदीप्ति तीव्रता अब सांद्रता के साथ रैखिक रूप से नहीं बढ़ती है और यहाँ तक कि गिर भी सकती है।