क्वांटम लब्धि

विकिरण-प्रेरित प्रक्रिया की क्वांटम उपज (Φ) प्रणाली द्वारा अवशोषित प्रति फोटॉन की एक विशिष्ट घटना होने की संख्या है।

$\Phi (\lambda )={\frac {\text{ number of events }}{\text{ number of photons absorbed }}}$

अनुप्रयोग

प्रतिदीप्ति स्पेक्ट्रोस्कोपी

प्रतिदीप्ति क्वांटम उपज को अवशोषित फोटॉनों की संख्या के उत्सर्जित फोटॉनों की संख्या के अनुपात के रूप में परिभाषित किया गया है।

$\Phi ={\frac {\rm {N_{(}photons\ emitted)}}{\rm {N_{(}photons\ absorbed)}}}$

प्रतिदीप्ति क्वांटम उपज को 0 से 1.0 के पैमाने पर मापा जाता है, लेकिन अक्सर इसे प्रतिशत के रूप में दर्शाया जाता है। 1.0 (100%) की एक क्वांटम उपज एक ऐसी प्रक्रिया का वर्णन करती है जहां प्रत्येक फोटॉन अवशोषित होने के परिणामस्वरूप एक फोटॉन उत्सर्जित होता है। सबसे बड़ी क्वांटम पैदावार वाले पदार्थ, जैसे कि रोडामाइन, सबसे चमकदार उत्सर्जन प्रदर्शित करते हैं; हालाँकि, 0.10 की क्वांटम पैदावार वाले यौगिकों को अभी भी काफी फ्लोरोसेंट माना जाता है।

क्वांटम उपज उत्तेजित राज्य फ्लोरोफोरे स के अंश द्वारा परिभाषित की जाती है जो फ्लोरोसेंस के माध्यम से क्षय होती है:

$\Phi _{f}={\frac {k_{f}}{k_{f}+\sum k_{nr}}}$

कहाँ $\Phi _{f}$ प्रतिदीप्ति क्वांटम उपज है, $k_{f}$ विकिरण विश्राम (प्रतिदीप्ति) के लिए स्थिर दर है, $k_{nr}$ सभी गैर-विकिरणात्मक विश्राम प्रक्रियाओं के लिए दर स्थिर है। गैर-विकिरण प्रक्रियाएं फोटॉन उत्सर्जन के अलावा उत्साहित राज्य क्षय तंत्र हैं, जिनमें शामिल हैं: अनुनाद ऊर्जा हस्तांतरण|फोरस्टर अनुनाद ऊर्जा हस्तांतरण, आंतरिक रूपांतरण (रसायन विज्ञान), बाहरी रूपांतरण, और इंटरसिस्टम क्रॉसिंग। इस प्रकार, प्रतिदीप्ति क्वांटम उपज प्रभावित होती है यदि किसी गैर-विकिरण पथ की दर में परिवर्तन होता है। क्वांटम उपज एकता के करीब हो सकती है यदि गैर-विकिरण संबंधी क्षय दर विकिरण क्षय की दर से बहुत कम है, अर्थात $k_{f}>k_{nr}$.

प्रतिदीप्ति क्वांटम पैदावार को ज्ञात क्वांटम उपज के मानक की तुलना में मापा जाता है।सल्फ्यूरिक एसिड के घोल में कुनैन नमक कुनैन सल्फेट को सबसे आम प्रतिदीप्ति मानक माना जाता था, हालाँकि, एक हालिया अध्ययन से पता चला है कि इस घोल की प्रतिदीप्ति क्वांटम उपज तापमान से बहुत प्रभावित होती है, और इसे अब मानक समाधान के रूप में उपयोग नहीं किया जाना चाहिए। 0.1M पर्क्लोरिक एसिड में कुनैन ($\Phi$= 0.60) 45 डिग्री सेल्सियस तक कोई तापमान निर्भरता नहीं दिखाता है, इसलिए इसे एक विश्वसनीय मानक समाधान माना जा सकता है।

Fluorescence quantum yield standards

Compound	Solvent	$\lambda _{\mathrm {ex} }(\mathrm {nm} )$	$\Phi$
Quinine	0.1 M ${\ce {HClO4}}$	347.5	0.60 ± 0.02
Fluorescein	0.1 M ${\ce {NaOH}}$	496	0.95 ± 0.03
Tryptophan	Water	280	0.13 ± 0.01
Rhodamine 6G	Ethanol	488	0.94

प्रायोगिक रूप से, संबंधित पदार्थ के रूप में एक ही प्रायोगिक मापदंडों (उत्तेजना तरंग दैर्ध्य, भट्ठा चौड़ाई, फोटोमल्टीप्लायर वोल्टेज आदि) के साथ ज्ञात क्वांटम उपज के फ्लोरोफोर के प्रतिदीप्ति को मापकर सापेक्ष प्रतिदीप्ति क्वांटम पैदावार निर्धारित की जा सकती है। क्वांटम उपज की गणना तब की जाती है:

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

कहाँ $\Phi$ क्वांटम उपज है, इंट उत्सर्जन शिखर (तरंग दैर्ध्य पैमाने पर) के तहत क्षेत्र है, उत्तेजना तरंगदैर्ध्य पर ए अवशोषण (जिसे ऑप्टिकल घनत्व भी कहा जाता है) है, और एन विलायक का अपवर्तक सूचकांक है। सबस्क्रिप्ट आर संदर्भ पदार्थ के संबंधित मूल्यों को दर्शाता है। बिखरने वाले मीडिया में प्रतिदीप्ति क्वांटम पैदावार के निर्धारण के लिए अतिरिक्त विचार और सुधार की आवश्यकता होती है।

झल्लाहट दक्षता

अनुनाद ऊर्जा हस्तांतरण|फोरस्टर अनुनाद ऊर्जा हस्तांतरण दक्षता ($E$) ऊर्जा-हस्तांतरण संक्रमण की क्वांटम उपज है, यानी प्रति दाता उत्तेजना घटना होने वाली ऊर्जा-स्थानांतरण घटना की संभावना:

$E=\Phi _{FRET}={\frac {k_{ET}}{k_{ET}+k_{f}+\sum k_{nr}}}$

कहाँ $k_{ET}$ ऊर्जा हस्तांतरण की दर है, $k_{f}$ दाता की विकिरण क्षय दर (प्रतिदीप्ति), और $k_{nr}$ गैर-विकिरणात्मक विश्राम दर हैं (उदाहरण के लिए, आंतरिक रूपांतरण, इंटरसिस्टम क्रॉसिंग, बाहरी रूपांतरण आदि)।

विलायक और पर्यावरणीय प्रभाव

एक फ्लोरोफोर का वातावरण क्वांटम उपज को प्रभावित कर सकता है, जो आमतौर पर गैर-विकिरण संबंधी क्षय की दरों में परिवर्तन के परिणामस्वरूप होता है। मैक्रोमोलेक्युलस को लेबल करने के लिए उपयोग किए जाने वाले कई फ्लोरोफोरस विलायक ध्रुवीयता के प्रति संवेदनशील होते हैं। 8-अनिलिनोनाफथालीन-1-सल्फोनिक एसिड | 8-अनिलिनोनाफथलीन-1-सल्फोनिक एसिड (एएनएस) जांच अणु की कक्षा जलीय घोल में अनिवार्य रूप से गैर-फ्लोरोसेंट होती है, लेकिन गैर-ध्रुवीय सॉल्वैंट्स में या प्रोटीन और झिल्ली से बंधे होने पर अत्यधिक फ्लोरोसेंट हो जाती है। ANS की क्वांटम उपज जलीय घोल बफर में ~ 0.002 है, लेकिन सीरम एल्बुमिन से बंधे होने पर 0.4 के करीब है।

फोटोकैमिकल प्रतिक्रियाएं

फोटोकैमिकल रिएक्शन की क्वांटम यील्ड प्रति अवशोषित फोटॉन में फोटोकैमिकल घटना से गुजरने वाले अणुओं की संख्या का वर्णन करती है:

$\Phi ={\frac {\text{ number of molecules undergoing the reaction of interest }}{\text{ number of photons absorbed by the photoreactive substance }}}$

एक रासायनिक photodegradation प्रक्रिया में, जब एक प्रकाश मात्रा को अवशोषित करने के बाद एक अणु अलग हो जाता है, तो क्वांटम उपज प्रणाली द्वारा अवशोषित फोटोन की संख्या से विभाजित नष्ट अणुओं की संख्या होती है। चूंकि सभी फोटोन उत्पादक रूप से अवशोषित नहीं होते हैं, विशिष्ट क्वांटम उपज 1 से कम होगी।

$\Phi ={\frac {\rm {\#\ molecules\ decomposed}}{\rm {\#\ photons\ absorbed}}}$

फोटो-प्रेरित या विकिरण-प्रेरित श्रृंखला अभिक्रिया # केमिकल चेन रिएक्शन के लिए 1 से अधिक क्वांटम पैदावार संभव है, जिसमें एक फोटॉन एक लंबी चेन रिएक्शन को ट्रिगर कर सकता है। एक उदाहरण क्लोरीन के साथ हाइड्रोजन की प्रतिक्रिया है, जिसमें 10⁶ नीले प्रकाश के अवशोषित होने की मात्रा के अनुसार हाइड्रोजन क्लोराइड के अणु बन सकते हैं। फोटोकैमिकल प्रतिक्रियाओं की क्वांटम उपज प्रतिक्रियाशील क्रोमोफोरस की संरचना, निकटता और एकाग्रता, विलायक पर्यावरण के प्रकार के साथ-साथ घटना प्रकाश की तरंग दैर्ध्य पर अत्यधिक निर्भर हो सकती है। इस तरह के प्रभावों का तरंग दैर्ध्य-ट्यून करने योग्य लेसरों के साथ अध्ययन किया जा सकता है और परिणामी क्वांटम उपज डेटा फोटोकैमिकल प्रतिक्रियाओं के रूपांतरण और चयनात्मकता की भविष्यवाणी करने में मदद कर सकता है। ऑप्टिकल स्पेक्ट्रोस्कोपी में, क्वांटम यील्ड संभावना है कि दी गई क्वांटम स्थिति किसी अन्य क्वांटम अवस्था में शुरू में तैयार की गई प्रणाली से बनती है। उदाहरण के लिए, एक एनएमआर स्पेक्ट्रोस्कोपी से स्पिन ट्रिपलेट ट्रांज़िशन क्वांटम यील्ड अणुओं का वह अंश है, जो एकल अवस्था में photoexcited होने के बाद, ट्रिपलेट अवस्था को पार कर जाता है।

प्रकाश संश्लेषण

प्रकाश संश्लेषण मॉडलिंग में क्वांटम उपज का उपयोग किया जाता है:

$\Phi ={\frac {\rm {\mu mol\ CO_{2}\ fixed}}{\rm {\mu mol\ photons\ absorbed}}}$

यह भी देखें

• क्वांटम डॉट
• क्वांटम दक्षता