क्वांटम लब्धि

विकिरण-प्रेरित प्रक्रिया की क्वांटम लब्धि (quantum yield) (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 स्पेक्ट्रम विज्ञान

प्रतिदीप्ति क्वांटम लब्धि मे अवशोषित फोटॉनों की संख्या के उत्सर्जित फोटॉनों की संख्या को अनुपात के रूप में परिभाषित किया गया है:

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

प्रतिदीप्ति क्वांटम लब्धि को 0 से 1.0 के पैमाने पर मापा जाता है लेकिन प्रायः इसे प्रतिशत के रूप में दर्शाया जाता है। 1.0 (100%) की एक क्वांटम लब्धि एक ऐसी प्रक्रिया का वर्णन करती है जहां प्रत्येक फोटॉन अवशोषित होने के परिणामस्वरूप 1 फोटॉन उत्सर्जित होता है। सबसे बड़ी क्वांटम लब्धि वाले पदार्थ, जैसे कि रोडामाइन सबसे प्रकाशीय उत्सर्जन प्रदर्शित करते हैं हालाँकि 0.10 की क्वांटम लब्धि वाले यौगिकों को अभी भी प्रतिदीप्त माना जाता है।

क्वांटम लब्धि उत्तेजित अवस्था प्रतिदीप्ति के एक भाग द्वारा परिभाषित की जाती है जो प्रतिदीप्ति के माध्यम से क्षय होती है:

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

जहाँ $\Phi _{f}$ प्रतिदीप्ति क्वांटम लब्धि है विकिरण प्रतिदीप्ति के लिए स्थिर दर $k_{f}$ है और सभी गैर-विकिरणात्मक प्रतिदीप्ति प्रक्रियाओं के लिए $k_{nr}$ स्थिर दर है। गैर-विकिरण प्रक्रियाएं फोटॉन उत्सर्जन के अतिरिक्त उत्साहित अवस्था क्षय तंत्र हैं, जिनमें फोर्स्टर अनुनाद ऊर्जा हस्तांतरण, आंतरिक रूपांतरण (रसायन विज्ञान), बाहरी रूपांतरण और अंतरांतत्र पारगमन सम्मिलित हैं इस प्रकार प्रतिदीप्ति क्वांटम लब्धि प्रभावित होती है यदि किसी गैर-विकिरण पथ की दर में परिवर्तन होता है तो वह क्वांटम लब्धि एकता के निकट हो सकती है यदि गैर-विकिरण संबंधी क्षय दर विकिरण क्षय की दर $k_{f}>k_{nr}$ अपेक्षाकृत बहुत कम है।

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

प्रतिदीप्ति क्वांटम लब्धि मानक

यौगिक	विलायक	$\lambda _{\mathrm {ex} }(\mathrm {nm} )$	$\Phi$
क्विनीन	0.1 M ${\ce {HClO4}}$	347.5	0.60 ± 0.02
फ्लोरेसिन	0.1 M ${\ce {NaOH}}$	496	0.95 ± 0.03
ट्रिप्टोफेन	पानी	280	0.13 ± 0.01
रोडैमीन 6 जी	इथेनॉल	488	0.94

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

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

जहाँ $\Phi$ क्वांटम लब्धि है पूर्णांक उत्सर्जन (तरंग दैर्ध्य पैमाने पर) के अंतर्गत उत्तेजित तरंगदैर्ध्य A अवशोषण जिसे प्रकाशीय घनत्व भी कहा जाता है और n विलायक का अपवर्तक सूचकांक है। सबस्क्रिप्ट R संदर्भ पदार्थ के संबंधित मानों को दर्शाता है। प्रसारण वाली मीडिया में प्रतिदीप्ति क्वांटम लब्धि के निर्धारण के लिए अतिरिक्त विचार और सुधार की आवश्यकता होती है।

एफआरईटी दक्षता

फोर्स्टर अनुनाद ऊर्जा हस्तांतरण दक्षता ($E$) ऊर्जा-हस्तांतरण संक्रमण की क्वांटम लब्धि है अर्थात प्रति उत्तेजित घटना मे होने वाली ऊर्जा-स्थानांतरण घटना की प्रायिकता है:

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

जहाँ $k_{ET}$ ऊर्जा हस्तांतरण की दर है विकिरण क्षय दर (प्रतिदीप्ति) $k_{f}$ और गैर-विकिरणात्मक छूट दर $k_{nr}$ हैं जैसे, आंतरिक रूपांतरण, अंतरांतत्र पारगमन, बाहरी रूपांतरण आदि है।

विलायक और पर्यावरणीय प्रभाव

प्रतिदीप्ति वातावरण क्वांटम लब्धि को प्रभावित कर सकता है जो सामान्यतः गैर-विकिरण संबंधी क्षय की दरों में परिवर्तन के परिणामस्वरूप होता है। सूक्ष्म अणु का वर्गीकरण करने के लिए उपयोग किए जाने वाले कई फ्लोरोफोरस विलायक ध्रुवीयता के प्रति संवेदनशील होते हैं। 8-अनिलिनोनाफथालीन-1-सल्फोनिक अम्ल (एएनएस) जांच अणुओं की कक्षा जलीय विलयन में अनिवार्य रूप से गैर-प्रतिदीप्ति होती है लेकिन गैर-ध्रुवीय विलायक में या प्रोटीन और झिल्ली से संबद्ध होने पर अत्यधिक प्रतिदीप्ति हो जाती है। एएनएस की क्वांटम लब्धि जलीय बफर में ~ 0.002 होती है लेकिन सीरम एल्बुमिन से संबद्ध होने पर 0.4 के निकट होती है।

प्रकाश रासायनिक अभिक्रिया

प्रकाश रासायनिक अभिक्रिया की क्वांटम लब्धि प्रति अवशोषित फोटॉन में प्रकाश रासायनिक घटना से गुजरने वाले अणुओं की संख्या का वर्णन करती है:

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

रासायनिक प्रकाश निम्नीकरण प्रक्रिया में, जब एक प्रकाश क्वांटम को अवशोषित करने के बाद एक अणु अलग हो जाता है तो क्वांटम लब्धि 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 लब्धि 1 से कम होती है:

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

फोटो-प्रेरित या विकिरण-प्रेरित श्रृंखला अभिक्रिया के लिए 1 से अधिक क्वांटम लब्धि संभव है जिसमें एक फोटॉन परिवर्तनों की एक लंबी श्रृंखला को निर्धारित कर सकता है। एक उदाहरण क्लोरीन के साथ हाइड्रोजन की प्रतिक्रिया है जिसमें अवशोषित नीले प्रकाश की प्रति मात्रा में हाइड्रोजन क्लोराइड के 106 अणु बन सकते हैं।

प्रकाश रासायनिक प्रतिक्रियाओं की क्वांटम लब्धि प्रतिक्रियाशील वर्णमूलक की संरचना, निकटता और एकाग्रता, विलायक पर्यावरण के प्रकार के साथ-साथ घटना प्रकाश की तरंग दैर्ध्य पर अत्यधिक निर्भर हो सकती है। इस प्रकार के प्रभावों का अध्ययन तरंग दैर्ध्य-ट्यून करने योग्य उत्सर्जन के साथ किया जा सकता है और परिणामी क्वांटम लब्धि आंकड़ा प्रकाश रासायनिक प्रतिक्रियाओं के रूपांतरण और चयनात्मकता की पूर्वानुमान करने में सहायता कर सकता है।

प्रकाशीय स्पेक्ट्रम विज्ञान में, क्वांटम लब्धि मे संभावना है कि दी गई क्वांटम स्थिति किसी अन्य क्वांटम अवस्था में प्रारम्भ में तैयार की गई प्रणाली से बनती है। उदाहरण के लिए, सिंगलेट से ट्रिपलेट रूपांतरण क्वांटम लब्धि अणुओं का भाग है जो सिंगलेट अवस्था में प्रकाशिक उत्तेजन होने के बाद, ट्रिपलेट अवस्था में विनिमय हो जाता है।

प्रकाश संश्लेषण

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

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

यह भी देखें

• क्वांटम बिन्दु
• क्वांटम दक्षता