양자수율

방사선 유도 공정의 양자 수율(TEN)은 시스템에 흡수된 광자당 특정 사건이 발생하는 횟수를 말한다.^[1]

적용들

형광 분광학

형광 양자 수율은 흡수된 광자 수에 대한 방출 광자 수의 비율로 정의된다.^[2]

형광 양자 수율은 0에서 1.0까지의 척도로 측정되지만 종종 백분율로 표현된다. 양자 수율 1.0(100%)은 각 광자가 흡수된 광자가 방출되는 광자를 생성하는 과정을 설명한다. 로다민과 같이 양자 수율이 가장 큰 물질은 가장 밝은 방출량을 나타내지만 양자 수율이 0.10인 화합물은 여전히 꽤 형광물질로 간주된다.

양자 수율은 형광을 통해 부패하는 흥분 상태의 불소수체 분율로 정의된다.

여기서 $\phi {\displaystyle {\mathrm{}}_{}}$ ${\displaystyle f_{}}$ ${\$는 형광 양자수율이고, $k{\displaystyle {}_{}}$ ${\displaystyle f_{}}$ ${\$는 복사 이완(불투명)에 대한 비율 상수이며, ${\displaystyle k_{}}$ n ${\displaystyle r_{}}${\$displaysty k_{nr}$은 모든 비방사성 이완 과정에 대한 비율 상수율 상수율이다$$. 비방사성 프로세스는 광자 방출 이외의 흥분 상태 붕괴 메커니즘이며, 여기에는 다음이 포함된다. Förster 공명 에너지 전달, 내부 변환, 외부 변환, 시스템 간 교차. 따라서 비방사성 경로의 비율이 변경될 경우 형광 양자 수율에 영향을 미친다. 비방사성 붕괴율이 복사 붕괴율보다 훨씬 작은 경우 즉 f > > k r {\displaystyle $k_{f}$ >$k_{nr$^[2]

형광 양자 수율은 알려진 양자 수율의 표준과 비교하여 측정된다.^[2] 황산용액에 함유된 퀴닌염 퀴닌황산염은 가장 일반적인 형광기준으로 여겨졌으나,^[3] 최근 연구에서는 이 용액의 형광 양자수확률이 온도에 의해 강한 영향을 받고 있으므로 더 이상 표준용액으로 사용되어서는 안 된다는 것이 밝혀졌다. 0.1M percloric acid( ${\displaystyle \mathrm{}}$ ${\displaystyle \Phi }$=0.60)의 퀴닌은 45℃까지 온도 의존성이 없으므로 신뢰할 수 있는 표준용액으로 간주할 수 있다.^[4]

형광 양자 항복 표준

화합물	용제	${\displaystyle \lambda _{\mathrm {ex} }(\mathrm {nm} )}$	$\displaystyle \Phi }$
퀴닌	0.1 M ${\displaystyle {HClO\mathrm{}}_{}^{}}$ 4 $displaystyle {\ce {HClO4}}$	347.5	0.60 ± 0.02
플루오레스체인	0.1 M ${\displaystyle \text{NaOH}}$ ${\$}$오}}$	496	0.95 ± 0.03
트립토판	물	280	0.13 ± 0.01
로다민 6G	에탄올	488	0.94

실험적으로 상대 형광 양자 수율은 해당 물질과 동일한 실험 매개변수(배출 파장, 슬릿 폭, 광전자 증배전압 등)로 알려진 양자 수율의 불소 형광을 측정하여 결정할 수 있다. 양자 수율은 다음으로 계산된다.

${\displaystyle \Phi =\Phi _{\mathrm {R} }\times {\frac {\mathit {Int}}{{\mathit {Int}}_{\mathrm {R} }}}{\frac {1-10^{-A_{\mathrm {R} }}}{1-10^{-A}}}{\frac {{n}^{2}}{{n_{\mathrm {R} }}^{2}}}}$

여기서 $\phi {\displaystyle \mathrm{}}$ ${\displaystyle \Phi }$은 양자 수율이고, Int는 방출 피크 아래의 영역(파장 척도), A는 호기 파장에서 흡광도("광학 밀도"라고도 하며, n은 용제의 굴절률이다. 첨자 R은 기준 물질의 각각의 값을 나타낸다.^[5][6] 산란 매체에서 형광 양자 수율을 결정하기 위해서는 추가적인 고려사항과 보정이 필요하다.^[7]

FEAT 효율

Förster 공진 에너지 전달(${\displaystyle }$ ${\displaystyle E$ )은 에너지 전달 전환의 양자 산출량이다. 즉, 기증자 흥분 이벤트당 에너지 전달 사건이 발생할 확률:

$여기$서 k ${\displaystyle E_{}}$ ${\displaystyle T_{}}$ ${\$$ET}}$은 에너지 전달 속도, $k{\displaystyle {}_{}}$ ${\displaystyle f_{}}$ ${\$ 공여자의 복사$$ 붕괴율(불화율)이며 ${\displaystyle {\mathrm{kn}}_{}}$ ${\displaystyle r_{}}$ ${\$은 비방사성 완화율(예: 내부 변환, 시스템 간 교차, 외부 변환 등)이다$$.^[8][9]

용매 및 환경 효과

플루오포어의 환경은 양자 수율에 영향을 줄 수 있으며, 대개 비방사성 붕괴율의 변화로 인해 발생한다.^[2] 고분자 표시에 사용되는 많은 불소포체는 용제 극성에 민감하다. 8-아닐로나프탈렌-1-술폰산(ANS) 프로브 분자의 등급은 수용액에 있을 때는 본질적으로 비형광성이지만, 비극성 용매에 있거나 단백질과 막에 묶여 있을 때는 형광성이 강하다. ANS의 양자 수율은 수성 버퍼에서 ~0.002이지만 혈청 알부민에 바인딩되었을 때는 0.4에 가깝다.

광화학 반응

광화학 반응의 양자 수율은 흡수된 광자당 광화학 사건을 겪는 분자의 수를 설명한다.^[1]

화학적 광분해 공정에서 분자가 가벼운 양자 흡수 후 분리될 때, 양자 산출량은 파괴된 분자의 수를 시스템에 흡수된 광자의 수로 나눈 값이다. 모든 광자가 생산적으로 흡수되는 것은 아니기 때문에 일반적인 양자 수율은 1보다 작을 것이다.

광 유도 또는 방사선에 의한 연쇄 반응에 대해 1보다 큰 양자 수율이 가능하며, 이 경우 단일 광자가 긴 변환 체인을 트리거할 수 있다. 한 예는 염소와 수소의 반응인데, 염화수소는 흡수된 청색 빛의 양자당 10개 정도의⁶ 분자가 형성될 수 있다.^[10]

광학 분광학에서, 양자 수율은 주어진 양자 상태가 처음에 어떤 다른 양자 상태에서 준비된 시스템에서 형성되는 확률이다. 예를 들어, 삼단 변환 양자 수율은 광상생성 상태에서 삼단 전환된 후 삼단 상태로 건너가는 분자의 분자다.

광합성

양자 수율은 광합성을 모델링하는 데 사용된다.^[11]

참고 항목

• 양자점
• 양자 효율

참조