Klorofyll-lysabsorbsjon

Klorofyll som absorberer lys blir eksitert. Eksitert klorofyll blir deeksitert når det inngår i fotokjemi i fotosyntesen. Deeksiteringen kan også skje ved utsendelse av rødt lys som fluorescens eller i form av varme (ikke-fotokjemisk quenching). I noen tilfeller kan eksitert klorofyll danne eksitert triplett klorofyll som deltar i dannelsen av skadelig singlett oksygen.

Klorofyll-lysabsorbsjon - Klorofyll er et singlett molekyl i grunntilstanden. Når et foton absorberes av et klorofyllmolekyl blir et delokalisert p-elektron eksitert til et p*-orbital (pi-antibindende orbital). Klorofyll har to hovedtyper av eksiterte tilstander som er forskjellige i energinivå. En av disse eksiterte tilstandene, første singlett, kan nås ved absorbsjon av rødt lys. Den andre tilstanden, andre singlett, kan nås ved absorbsjon av blått lys. Energi fra eksitert singlett klorofyll kan overføres til et reaksjonssenterklorofyll og delta i fotosyntesens lysavhengige prosesser. Energiforskjellen mellom 2. singlett og 1. singlett forsvinner som varme. Sannsynligheten for at et klorofyllmolekyl skal nå et metastabilt eksitert triplettstadium ved spin-reversering er bare ca. 10-5 ganger så sannsynlig som å nå et singlettstadium. Det trengs mindre energi for å eksitere et klorofyllmolekyl i et miljø av vann enn i et organisk løsningsmiddel f.eks. aceton. Det trengs noe tid for å få til en eksitasjon av et molekyl, ca. den tiden det tar for en syklus av lysbølgen å passere et elektron, og er omtrent lik frekvensen til lyset. En oscillasjon av den elektriske vektoren til lyset kan få elektronet først til gå i en retning og så i motsatt retning, noe som gir en form for resonans i elektronet. Dette skjer i løpet av 10-15s. Tiden for deksitasjon angir levetid. Levetid er tiden som trengs for at antall molekyler i en gitt tilstand skal minske med 1/e-del, eller 37 % av utgangsantallet. Levetid er praktisk for å beskrive første ordens reaksjoner. Halveringstiden er tiden som trengs for at antall molekyler/atomer i en gitt tilstand skal minske med 50 %. En halvpart er ln2 dvs. 0.693 ganger størrelsen på levetiden.

En av måtene som deeksitasjon kan skje på er via fluorescens. Fluorescens er elektromagnetisk stråling som sendes ut fra et molekyl som går fra en eksitert singlett tilstand til en singlett grunntilstand. Dette skjer i løpet av 10-6 til 10-9 sekund. Deeksitasjon fra en eksitert tilstand kan også skje uten utsendelse av stråling, strålingsløs utsendelse, hvor eksitasjonsenergien omdannes til varme (termisk dissipering) via kollisjoner med molekyler som ligger omkring. Slik strålingsløs overføring av energi er ekstremt rask, i løpet av ca. 10-12 s. Eksitert triplett nivå av klorofyll nås ved strålingsløs utsendelse av energi fra en eksitert singlett-tilstand med høyere energi. Angis ofte som en krøllete pil. Deeksitasjon fra eksitert triplett klorofyll kan skje som strålingsløs utsendelse eller som elektromagnetisk stråling i form av fosforescens. Bølgelengden for fluorescenslyset er lenger enn for eksitasjonslyset (Stokes skift). Levetiden for fosforscens er i størrelsesorden fra 10-3 til 10 s. Deeksitasjonen kan også i mindre omfang skje som forsinket fluorescens. Det er en liten mulighet for at et langlevet eksitert triplettstadium av klorofyll kan motta nok termisk energi via kollisjoner med andre molekyler slik at det blir brakt tilbake til et eksitert singlettstadium. Dette siste stadiet kan så gå tilbake til grunntilstanden ved utsendelse av fluorescens.

Absorbsjonsspekteret for klorofyll har absorbsjonsbånd i rødt og blått og har derfor grønn farge. Eksitasjonsenergi i et klorofyllmolekyl kan overføres til et annet klorofyllmolekyl via induktiv resonansoverføring. Klorofyllmolekylene ligger så nær hverandre (ca. 2 nm) at resonansoverføringen av eksitasjonsenergien skjer effektivt, men elektronene overføres ikke, bare deres energi. Dessuten overlapper fluorescensspekteret til donorklorofyll med absorbsjonsspekteret til mottakerklorofyll, men energioverføringen skjer ikke som resultat av utsendelse og reabsorbsjon av lys i dette tilfelle.

Fotodynamisk produksjon av singlett oksygen

Publisert 4. feb. 2011 10:29 - Sist endret 6. okt. 2017 15:27