Cos'è la spettroscopia di fluorescenza?

Di Paul Heney | 3 maggio 2023

La spettroscopia di fluorescenza è un metodo per determinare la composizione di un campione. Eccita un campione con una radiazione elettromagnetica, facendolo emettere una radiazione caratteristica. Questo è un metodo non distruttivo per analizzare la composizione del campione. Gli strumenti utilizzati per eseguire la spettroscopia di fluorescenza sono noti come fluorometri. Più comunemente il campione viene eccitato utilizzando la luce ultravioletta e la luce emessa è nello spettro visibile. I fluorimetri a raggi X vengono utilizzati anche per l'analisi elementare. La spettroscopia di fluorescenza viene utilizzata in molti campi, tra cui la biochimica, la medicina e la qualità dell'acqua.

La fluorescenza è un processo mediante il quale le sostanze assorbono e riemettono radiazioni. Le molecole hanno diversi livelli energetici determinati dalla posizione degli elettroni all'interno dei gusci e dagli stati vibrazionali. Quando una molecola viene eccitata assorbendo un fotone di radiazione elettromagnetica, immagazzina momentaneamente questa energia saltando a uno stato energetico più elevato, con un elettrone che si sposta in un guscio più lontano dal nucleo. A causa dell'attrazione elettrica tra l'elettrone e il nucleo, l'elettrone ritorna rapidamente allo stato energetico inferiore e l'energia viene rilasciata sotto forma di fotone. Questi fotoni rilasciati sono la radiazione riemessa e hanno una frequenza caratteristica dello stato vibrazionale unico della molecola.

La spettroscopia di fluorescenza può essere eseguita mediante fluorometri a filtro o spettrofluorometri. I fluorimetri con filtro utilizzano filtri per separare la radiazione di eccitazione dalla luce fluorescente emessa. Gli spettrofluorimetri utilizzano un monocromatore a reticolo di diffrazione per separare l'eccitazione e la luce fluorescente. In entrambi i casi, la sorgente di eccitazione emette radiazioni ad ampio spettro e la banda di frequenza viene poi ristretta da un filtro o monocromatore prima di raggiungere il campione. La frequenza della luce fluorescente viene quindi determinata facendola passare attraverso un altro filtro o monocromatore e fotorivelatore. Il campione emetterà fluorescenza in tutte le direzioni, indipendentemente dall'angolo della radiazione di eccitazione incidente. Il rilevatore è quindi normalmente posizionato perpendicolare al fascio di eccitazione per ridurre al minimo la luce trasmessa o riflessa che raggiunge il rilevatore.

La sorgente luminosa di eccitazione può essere una lampada a vapori di mercurio, un arco di xeno, un LED o un laser. Un vantaggio dell'utilizzo di un laser è che la banda di frequenza molto stretta elimina la necessità di un monocromatore o filtro di eccitazione. Tuttavia, ciò rende la regolazione della frequenza molto più difficile e alquanto limitata. Un monocromatore con un reticolo di diffrazione scansionabile meccanicamente e filtri di polarizzazione può essere regolato per eseguire la scansione su un'ampia gamma di lunghezze d'onda.