Fluorescence

Les spectres de fluorescence et les courbes de d´eclin de fluorescence sont r´ealis´es grˆace `a des fluorim`etres (ou spectrom`etres). La figure B.3 sch´ematise le fonctionnement d’un fluorim`etre. L’´echantillon (en orange) est excit´e par une onde monochromatique incidente (en vert). Les photons ´emis (en rouge) par les fluorophores sont collect´es `a 90° pour limiter le signal transmis directement depuis la source. Pour certains objets, la diffusion n’est pas n´egligeable et pour limiter le nombre de photons diffus´es vers le d´etecteur, il est parfois utile de placer un filtre passe-haut (en longueur d’onde) entre l’´echantillon et le d´etecteur. La longueur d’onde de coupure est alors choisie sup´erieure `a la longueur d’onde d’excitation mais inf´erieure au signal `a mesurer.

Il existe deux types de spectres de fluorescence : les spectres d’´emission (PL) et les spectres d’excitation (PLE). Dans le premier cas, les fluorophores sont illumin´es

109 B.1. ABSORBANCE

Figure B.3 – Sch´ema du principe de fonctionnement d’un fluorim`etre.

par une source d’excitation avec une longueur d’onde fixe et on mesure le nombre de photons ´emis pour chaque longueur d’onde avec un photod´etecteur. Dans un spectre d’excitation, on regarde le nombre de photons ´emis par le fluorophore `a une longueur d’onde donn´ee en fonction de la longueur d’onde des photons incidents. Les deux spectres fournissent des informations compl´ementaires : les spectres d’´emission nous renseignent sur le profil d’´emission des fluorophores ´etudi´es (longueur d’onde d’´emission, nombre de photons ´emis) tandis que les spectres d’excitation permettent d’obtenir des informations sur l’absorbance de fluorophores ´emettant `a la longueur d’onde d’´etude. Comme pour les spectres d’absorbance, les spectres de fluorescence sont r´ealis´es sur des solutions plac´ees dans des cuves en quartz. Au LPEM, nous avons deux fluorim`etres qui nous permettent d’obtenir ce type de spectres : un Horiba Jobin Yvon Fluoromax-3 et un Edinburgh Instruments FSP920. Les deux sont ´equip´es d’une lampe blanche continue qui, combin´ee avec un monochromateur de largeur variable, permet de choisir la longueur d’onde d’excitation. Le fluoromax est ´equip´e d’un seul d´etecteur qui permet d’obtenir des spectres sur la gamme spectrale du visible (400-800 nm). Le FSP920 poss`ede quatre d´etecteurs mais nous n’en avons utilis´e que deux : l’un tr`es sensible couvre la gamme du visible (400-800 nm) et l’autre, un peu moins sensible, couvre une gamme spectrale plus large (500-1000 nm). Ce spectrom`etre est ´egalement ´equip´e d’une diode laser puls´ee ´emettant `a 376 nm avec une fr´equence de pulse variable entre 50 ns et 50 µs qui nous permet de r´ealiser des courbes de d´eclin de fluorescence.

Spectre d’´emission

Les spectres d’´emission ont ´et´e r´ealis´e sur le FSP920 qui poss`ede une gamme de d´etection ´etendue au proche infrarouge utile pour un certain nombre de nos ´echantillons. Du fait de la sensibilit´e dans le proche infrarouge, nous avons utilis´e des largeurs de monochromateurs plus larges que pour les fluorophores visibles. Pour les mesures de fluorescence, il est pr´ef´erable de limiter l’ouverture du monochromateur dont on veut tirer des informations. Ainsi pour les spectres d’´emission, on limitera l’ouverture du monochromateur du d´etecteur et on ouvrira le mmonochromateur `a l’excitation pour augmenter le nombre de photons incidents. Pour les spectres d’´emission, nous avons typiquement utilis´e des ouvertures ´equivalentes `a une r´esolution de 5 nm `a l’excitation et 2 nm `a l’´emission.

Spectre d’excitation

Si l’on suppose que le rendement quantique de nos objets ne d´epend pas de la longueur d’onde d’excitation (ce qui est vrai en premi`ere approximation), les spectres d’excitation nous renseigne sur l’absorption des objets qui ´emettent de la lumi`ere puisque l’on ´etudie le nombre de photons ´emis par nos objets en fonction de la longueur d’onde d’excitation. La comparaison des spectres d’absorbance et des spectres d’excitation nous renseignent donc sur la proportion de nos objets qui ´emettent effectivement de la lumi`ere. Ainsi, lors de la croissance d’une coque de ZnS, il est possible de v´erifier que la coque pousse effecti-vement, en comparant la PLE des cœurs et celles des cœurs/coques, et la proportion de nucl´eation secondaire, en comparant l’absorbance et la PLE. Si on observe une augmen-tation de la PLE en-dessous de 350 nm (ce qui correspond `a la largeur de bande interdite du ZnS), cela indique que la section efficace d’absorption de nos objets augmente et que l’on a bien une croissance de coque. En comparant la PLE et l’absorbance, il est possible de d’´evaluer la proportion de nucl´eation secondaire. Si la croissance de coque n’a pas eu lieu et qu’on a de la nucl´eation secondaire, l’absorbance de la solution va augmenter puisque du ZnS sera pr´esent en solution tandis que la PLE ne va pas ´evoluer puisque l’absorbance des objets fluorescents ne va pas ´evoluer. Si la croissance de coque a bien eu lieu, les profils de PLE et d’absorbance seront semblables. La nucl´eation secondaire peut ˆetre ´evalu´ee en comparant l’aire totale correspondant au ZnS (zone hachur´ee sur la figure B.4) et celle correspondant `a la nucl´eation secondaire (zone hachur´ee oblique sur la mˆeme figure).

111 B.1. ABSORBANCE

Figure B.4 – Comparaison des spectres d’excitation des cœurs (○), cœurs/coques (▴) et spectres d’absorbance (◾).

Temps de vie

Sur le spectrom`etre Edinburgh, nous pouvons ´egalement ´etudi´e le d´eclin de fluores-cence. En revanche, la mesure est faite sur le mˆeme type d’´echantillon. L`a encore pour ´eviter la r´eabsorption il est n´ecessaire d’utiliser des solutions dilu´ees. Pour cela, nous n’utilisons plus une source continue mais une diode laser puls´ee. `A chaque pulse, des photons sont ´emis par l’´echantillon et on peut mesurer entre l’impulsion d’excitation et l’arriv´ee du photon sur le d´etecteur. On obtient alors une courbe de l’intensit´e de fluo-rescence en fonction du temps (Fig. B.5). L’ajustement de cette courbe par une courbe multiexponentielle permet de d´eterminer les diff´erents temps de vie radiatifs.