Visible absorption, fluorescence and thermal equilibration of electronic excitation energy in langmuir-blodgett multilayers of chlorophyll a AT 85 AND 300 K

¹ Institute of Physics, M. Curi-Sklodowska University, 20-031 Lublin, Poland.
² Centre de recherche en photobiophysique, Université du Québec à Trois-Rivières, C.P. 500, Trois-Rivières (Québec), G9A 5H7, Canada.

Abstract

Absorption and fluorescence spectra of chlorophyll a in Langmuir-Blodgett films were found to depend on the water content in these samples. Fluorescence maxima of multilayers in water-saturated nitrogen gas are at 740 nm at room temperature and shift to 760 nm on cooling to 85 K, while only a narrowing of the components in absorption spectra, at 678 and 710 nm. is observed at 85 K. The spectra of dried multilayers exhibit maxima at 678 nm in absorption and at 698 nm in fluorescence. Lowering the temperature leads to the decrease of 698 nm component and to the appearance of a long-wavelength component which position depends on temperature. The linearity of plots of the Kennard-Stepanov relation between absorption and fluorescence spectra and calculated effective temperatures reveal full thermal equilibration of electronic excitation energy in these multicomponent systems at 300 K. At 85 K, the Kennard-Stepanov relation is only approximately fulfilled, possibly due to sample imperfections. The thermal equilibration in a system of electronic excited levels is discussed with reference to temperature-induced fluorescence changes in photosynthetic systems.

Résumé

Les spectres d'absorption et de fluorescence de la chlorophylle a en films Langmuir-Blodgett montrent une influence importante de la présence de l'eau dans les échantillons. Les maxima de fluorescence des films exposés à l'azote gazeux saturé d'eau se situent à 740 nm à la température ambiante; ils se déplacent vers 760 nm en refroidissant le film à 85 K. Quant au spectre d'absorption de ces films, à 85 K on note un rétrécissement des deux composantes principales du spectre, soit à 678 et 710 nm. Les spectres des multicouches secs présentent des maxima à 678 nm en absorption et à 698 nm en fluorescence. En abaissant la température, on note la décroissance de la composante à 698 nm et l'apparition d'une composante à de grande longueur d'onde dont la position est fonction de la température sous étude. La linéarité des tracés de la relation de Kennard-Stepanov entre les spectres d'absorption et de fluorescence ainsi que les températures effectives calculées révèlent un équilibrage thermique entier de l'énergie d'excitation électronique pour les systèmes à multicomposantes à 300 K. A la température de 85 K, la relation de Kennard-Stepanov n'est qu'approximativement satisfaite; les imperfections de l'échantillon pourraient expliquer ce résultat. L'équilibrage thermique dans un système de niveaux électroniques excités est discuté en rapport aux changements de fluorescence induite par la température dans les systèmes photosynthétiques.