Physique chimie,la fluorescence au service du diagnostic médical. E3C : enseignement de spécialité première générale.

I. Origine physique du phénomène de fluorescence.
On donne le diagramme simplifié de la voie de désexcitation d'une molécule fluorescente après absorption d'un photon du niveau fondamental au deuxième niveau d'énergie électronique. La désecitation comporte deux phases :
processus de conversion interne : la molécule passe d'un niveau excité supérieur à in niveau excité intermédiaire inférieur. Il n'y a pas d'émission de photons ; il peut y avoir des transferts thermiques.
La fluorescence, retour à l'état fondamental avec émission de photon.

1 et 2 Quelle est l'origine de la couleur bleue fluorescente de la solution de quinine ?
La solution absorbe de la lumière dans l'ultraviolet. La longueur d'onde de la lumière émise par cette solution est supérieure à celle du rayonnement incident, cause de cette émission ( "loi de Stokes").
3. Proposer une explication, s'appuyant sur des calculs, permettant de justifier que les transitions représentées sur le diagramme sont en accord avec la "loi de Stokes".
Longueur d'onde de la lumière incidente : h c / DE avec DE = 7,5-1,2 = 6,3 eV soit 6,3 x1,6 10^-19 =1,008 10^-18 J.
l = 6,63 10^-34 x 3 10⁸ / (1,008 10^-18) =1,97 10^-7 m = 197 nm ( U.V)
Longueur d'onde de la lumière émise par fluorescence : h c / DE avec DE = 7,5-4,7 = 2,8 eV soit 2,8 x1,6 10^-19 =4,48 10^-19 J.
l = 6,63 10^-34 x 3 10⁸ / (4,48 10^-19) =4,44 10^-7 m = 444 nm ( bleu, domaine visible)

II. Principe de la photographie réalisée lors de l'angiographie rétinienne.
L’appareil photographique utilisé pour l’angiographie peut être modélisé par :
une lentille convergente de centre O, correspondant à l’objectif. Sa distance focale image est égale à O´F’ = f ’ = 60 mm ;
- un écran correspondant au capteur numérique de l’appareil photographique.

On suppose par la suite que l’objectif de l’appareil photographique est proche de l’oeil au cours de cette analyse médicale.
4. La tâche blanche présente sur la rétine est représentée par le segment AB. Son image sur l’écran est notée A’B’. Sachant que le grandissement de l’objectif de l’appareil photographique utilisé vaut g =A'B' / A'B= -1, donner les caractéristiques de l’image de
la tâche blanche formée sur le capteur numérique dans l’hypothèse où A´B > 0.
L'image est réelle, inversée par rapport à l'objet.
5. Exprimer, en fonction de f ‘ et g , la distance O´A' pour laquelle l’image de la tâche blanche est
nette sur le capteur de l’appareil photographique. Donner la valeur de la distance D et commenter la valeur obtenue.

D = 0,12 m .
III. Analyse de la solution de fluorescéine utilisée pour l’angiographie.
La solution de fluorescéine utilisée lors de l’angiographie rétinienne doit avoir les caractéristiques suivantes :
- fluorescéine sodique : 10,00 g pour 100 mL de solution injectable ;
- une ampoule de 5 mL contient 0,5 g de fluorescéine sodique.
http://agence-prd.ansm.sante.fr/php/ecodex/rcp/R0287916.htm
On souhaite vérifier la concentration en fluorescéine d’une solution commerciale afin de s’assurer qu’elle puisse être utilisée lors d’une angiographie rétinienne.
Données :
- Formule brute de la fluorescéine : C₂₀H₁₂0₅ ;
- Spectres d’absorption et de fluorescence de la fluorescéine :

6. Les spectres d’absorption et de fluorescence de la fluorescéine sont- ils en accords avec la loi de Stokes ? Justifier votre réponse.
Oui : la longueur d'onde de la lumière émise par cette solution est supérieure à celle du rayonnement incident, cause de cette émission ( "loi de Stokes").