Deuterium isotope effect in fluorescence of gaseous oxazine dyes
Notice bibliographique
Résumé
The increased utility of fluorescence-based methods in recent years has highlighted the need for brighter, more efficient fluorophores. In order to design these fluorophores, an improved fundamental understanding is necessary of the structural components that intrinsically effect fluorescence efficiency. Here, we characterize the intrinsic effects of deuteration on fluorescence from gaseous oxazine dyes, without the influence of dye-solvent interactions, by making use of an ion trap mass spectrometer that has been altered to enable optical measurements. Comparison of emission spectra of four oxazine dyes: cresyl violet, oxazine 4, oxazine 170, and darrow red, show little change in profile upon deuteration of amine groups. However, deuteration significantly increases the efficiency of fluorescence with an increase in fluorescence lifetime and brightness by 10-23% for the gaseous dyes. This increase is less than half that of the quantum yield increase observed in deuterated solution. This indicates the large fluorescence efficiency changes for the oxazine dyes in deuterated solution result from a combination of both intrinsic effects as well as substantial contribution from altered fluorophore-solvent interactions. The intrinsic effects behind increased lifetime upon deuteration are explored using time-dependent density functional theory (TD-DFT) calculations of potential energy surfaces (PESs) for ground and low lying excited electronic states. In accord with experimental observations, calculated S1-S0 emission spectra show only minor differences between deuterated and non-deuterated forms indicating that the deuteration does not affect the radiative channel appreciably. Relaxed PES scans along the torsional motions of the amino groups reveal that the increase in lifetimes upon deuteration is likely due to quenching of different radiationless changes channels in different oxazine dyes. Calculations suggest that tunneling to access twisted intramolecular charge transfer states in S1 is critical in several of the oxazines. However, in at least one of the dyes examined, the large isotope effect is more likely due to differences in intersystem crossing rates. Overall, this combined experimental and computational investigation elucidates the photophysics of a well-known fluorescent scaffold and provides insight into how small differences can dramatically affect fluorescence outcomes.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
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Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».