المردود الكمي

يُعرَّف مردود الكم الفلوري (FQY) بأنه نسبة عدد الفوتونات المنبعثة إلى عدد الفوتونات الممتصة. ^{[ 2 ] [ 3 ]}

$${\displaystyle \Phi ={\frac {\text{عدد الفوتونات المنبعثة}}{\text{عدد الفوتونات الممتصة}}}}$$

يُقاس مردود الكم الفلوري على مقياس من 0 إلى 1.0، ولكنه يُعبَّر عنه غالبًا كنسبة مئوية . يشير مردود الكم 1.0 (100%) إلى عملية ينتج عنها انبعاث فوتون مقابل كل فوتون مُمتص. تُظهر المواد ذات أعلى مردود كمي، مثل الرودامينات ، أشد الانبعاثات سطوعًا؛ ومع ذلك، تُعتبر المركبات ذات مردود كمي 0.10 فلوريةً أيضًا.

يُعرَّف المردود الكمي بأنه نسبة جزيئات الفلوروفور في الحالة المثارة التي تتحلل من خلال الفلورة:

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

أين

• Φ _f هو مردود الكم الفلوري،
• k _f هو ثابت معدل الاسترخاء الإشعاعي (التألق)،
• k _nr هو ثابت المعدل لجميع عمليات الاسترخاء غير الإشعاعية.

العمليات غير الإشعاعية هي آليات اضمحلال الحالة المثارة بخلاف انبعاث الفوتونات، وتشمل: نقل طاقة رنين فورستر ، والتحويل الداخلي ، والتحويل الخارجي، والعبور بين الأنظمة . وبالتالي، يتأثر مردود الكم الفلوري إذا تغير معدل أي مسار غير إشعاعي. يمكن أن يقترب مردود الكم من الواحد إذا كان معدل الاضمحلال غير الإشعاعي أصغر بكثير من معدل الاضمحلال الإشعاعي، أي k _{_f} > k_{_nr} . ^{[ 2 ]}

تُقاس كمية الفلورة عن طريق مقارنتها بمعيار ذي كمية فلورة معروفة. ^{[ 2 ]} كان ملح الكينين ، كبريتات الكينين في محلول حمض الكبريتيك ، يُعتبر المعيار الأكثر شيوعًا للفلورة، ^{[ 4 ]} إلا أن دراسة حديثة كشفت أن كمية الفلورة لهذا المحلول تتأثر بشدة بدرجة الحرارة، ولذا لا يُنصح باستخدامه كمحلول معياري. أما الكينين في حمض البيركلوريك بتركيز 0.1 مولار ( Φ =  0.60) فلا يُظهر أي اعتماد على درجة الحرارة حتى 45  درجة مئوية، وبالتالي يُمكن اعتباره محلولًا معياريًا موثوقًا. ^{[ 5 ]}

معايير مردود الكم الفلوري

مُجَمَّع	مذيب	${\displaystyle \lambda _{\mathrm {ex} }(\mathrm {nm} )}$	${\displaystyle \Phi }$
الكينين	0.1 مولار حمض البيركلوريك	347.5	0.60 ± 0.02
الفلورسين	0.1 مولار من هيدروكسيد الصوديوم	496	0.95 ± 0.03
التربتوفان	ماء	280	0.13 ± 0.01
رودامين 6G	الإيثانول	488	0.94

عمليًا، يمكن تحديد مردود الكم الفلوري النسبي عن طريق قياس فلورة مادة فلورية ذات مردود كمي معروف باستخدام نفس المعايير التجريبية ( طول موجة الإثارة ، وعرض الشق، وجهد المضاعف الضوئي ، إلخ) المستخدمة مع المادة قيد الدراسة. ثم يُحسب مردود الكم وفقًا لما يلي:

$$$$ {{n}^{2}}{{n_{\mathrm {R} }}^{2}}}}$$

أين

• Φ هو المردود الكمي،
• يمثل Int المساحة تحت ذروة الانبعاث (على مقياس الطول الموجي)،
• يمثل A الامتصاص (ويسمى أيضًا "الكثافة الضوئية") عند طول موجة الإثارة،
• n هو معامل انكسار المذيب .

يشير الرمز السفلي R إلى القيم الخاصة بالمادة المرجعية. ^{[ 6 ] [ 7 ]} يتطلب تحديد مردود الكم الفلوري في الأوساط المشتتة اعتبارات وتصحيحات إضافية. ^{[ 8 ]}

يصف المردود الكمي للتفاعل الكيميائي الضوئي عدد الجزيئات التي تخضع لحدث كيميائي ضوئي لكل فوتون ممتص: ^{[ 1 ] [ 11 ]}

$${\displaystyle \Phi ={\frac {\rm {عدد الجزيئات التي تخضع للتفاعل المطلوب}}{\rm {عدد الفوتونات التي تمتصها المادة المتفاعلة ضوئيًا}}}}$$

في عملية التحلل الضوئي الكيميائي ، عندما يتفكك جزيء بعد امتصاصه كمية ضوئية ، فإن المردود الكمي هو عدد الجزيئات المتفككة مقسومًا على عدد الفوتونات التي امتصها النظام. ولأن ليس كل الفوتونات تُمتص بشكل فعال، فإن المردود الكمي النموذجي يكون أقل من 1.

$${\displaystyle \Phi ={\frac {\rm {عدد الجزيئات المتحللة}}{\rm {عدد الفوتونات الممتصة}}}}$$

من الممكن الحصول على مردود كمي أكبر من 1 في التفاعلات المتسلسلة المحفزة ضوئيًا أو إشعاعيًا ، حيث يمكن لفوتون واحد أن يحفز سلسلة طويلة من التحولات . ومن الأمثلة على ذلك تفاعل الهيدروجين مع الكلور ، حيث يمكن تكوين ما يصل إلى 10⁶ ^جزيء من كلوريد الهيدروجين لكل كم من الضوء الأزرق الممتص. ^{[ 12 ]}

تعتمد كمية الناتج الكمي للتفاعلات الكيميائية الضوئية بشكل كبير على بنية الكروموفورات التفاعلية، وقربها، وتركيزها، ونوع المذيب، بالإضافة إلى طول موجة الضوء الساقط. ويمكن دراسة هذه التأثيرات باستخدام ليزرات قابلة لضبط الطول الموجي، وتساعد بيانات كمية الناتج الكمي الناتجة في التنبؤ بتحويل وانتقائية التفاعلات الكيميائية الضوئية. ^{[ 13 ]}

في التحليل الطيفي الضوئي ، يُعرف المردود الكمي بأنه احتمال تكوّن حالة كمومية معينة من نظام مُهيأ مبدئيًا في حالة كمومية أخرى. على سبيل المثال، يُمثل المردود الكمي للانتقال من الحالة المفردة إلى الحالة الثلاثية نسبة الجزيئات التي، بعد إثارتها ضوئيًا إلى الحالة المفردة، تنتقل إلى الحالة الثلاثية.

يُستخدم العائد الكمي في نمذجة عملية التمثيل الضوئي : ^{[ 14 ]}

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