C.P Cantor & P.R. Schimmel, BIOPHYSICAL CHEMISTRY, Part II. Techniques for the study of biological structure and function. Page 433-465.
十二月 24, 2023
荧光光谱, 是指某些物质经某波长入射光照射后, 分子从能级sa被激发至能级sb, 并在很短时间内去激发从sb返回sa, 发出波长长于入射光的荧光, 目录, 原理, 斯托克斯位移, 荧光强度, 内部滤光效应, 外环境影响, 荧光共振能量迁移, 参考文献原理, 编辑设分子能级为基态sa, 激发态sb, 分子在能级sa和sb上的分布按照波尔兹曼分布规律, displaystyle, nbsp, 基态上分子数目变化速率为, displaystyle, frac, nbsp, 平衡时, 稳定态, 上式为0, 又有, 迁移几率. 荧光光谱是指某些物质经某波长入射光照射后 分子从能级Sa被激发至能级Sb 并在很短时间内去激发从Sb返回Sa 发出波长长于入射光的荧光 目录 1 荧光光谱原理 2 斯托克斯位移 3 荧光强度 4 内部滤光效应 5 外环境影响 6 荧光共振能量迁移 7 参考文献荧光光谱原理 编辑设分子能级为基态Sa 激发态Sb 分子在能级Sa和Sb上的分布按照波尔兹曼分布规律 n b n a e E b E a e h n k T displaystyle n b n a e E b E a e h nu kT nbsp 基态上分子数目变化速率为 d n a d t I n n a B a b I n n b B b a n b A b a displaystyle frac dn a dt I nu n a B ab I nu n b B ba n b A ba nbsp 平衡时 稳定态 上式为0 又有 迁移几率 爱因斯坦系数 B a b B b a 2 p 3 ℏ 2 D a b displaystyle B ab B ba frac 2 pi 3 hbar 2 D ab nbsp 偶极强度 D a b lt ps b m ps a gt displaystyle D ab mid lt psi b mid underline mu mid psi a gt mid nbsp 频率n处的入射光强 I n 8 p h n 3 c 3 e h n k T 1 displaystyle I nu frac 8 pi h nu 3 c 3 e h nu kT 1 nbsp 推导出 Sb通过发射光子从回到Sa的几率 即衰减常数l A b a 32 p 3 n 3 3 c 3 ℏ lt ps b m ps a gt displaystyle A ba frac 32 pi 3 nu 3 3c 3 hbar mid lt psi b mid underline mu mid psi a gt mid nbsp Sb上的分子去激发速率 d n b d t A b a n b displaystyle frac dn b dt A ba n b nbsp 上式的一个解为 n b t n b 0 e A b a t displaystyle n b t n b 0 e A ba t nbsp 可见激发态上的分子数目以指数形式衰减 衰减常数为Aba Sb的辐射寿命为 此处参考指数衰减 t R 1 A b a displaystyle tau R frac 1 A ba nbsp 此仅当吸收的光子和随后发射的光子相同时候有效 即全部吸收的光能量通过辐射过程全部发出光子消耗掉 而实测时激发态寿命很少和上述寿命一致 因为激发态除了直接发射光子外有很多其他途径失去能量 Sb通过发出荧光回到Sa的过程的反应速率 即固有荧光速率常数 kF k F A b a 1 t R displaystyle k F A ba frac 1 tau R nbsp Sb回到Sa的其他非辐射途径包括内转变 系统间转变 猝熄作用 其速率常数分别为kIC kIS kQ Q 则Sb总的去激化 熄灭 常数为kF kIC kIS kQ Q 荧光量子产率 ϕ F k F k F k I C k I S k Q Q displaystyle phi F frac k F k F k I C k I S k Q Q nbsp 也可以写作发射光子数 吸收光子数 即发射的荧光光子数 入射光照射时的吸收量因为大量的非辐射过程的存在 所以激发态实际衰减时间远小于理想的辐射寿命tR 描述此动力学过程 d S b d t k F k I C k I S k Q Q S b displaystyle frac d S b dt k F k I C k I S k Q Q S b nbsp 此方程的一个解为 S b t S b 0 e t t F displaystyle S b t S b 0 e t tau F nbsp Sb是激发态上的分子数斯托克斯位移 编辑主条目 斯托克斯位移 吸收曲线的0 0跃迁与发射曲线的0 0跃迁不重合 之间有一位移 荧光光谱较相应的吸收光谱红移 原因是分子在处于激发态期间进行了重定向 重排布 消耗了能量 故荧光光谱的0 0峰向低能量 高波长 方向平移 荧光强度 编辑A ϵ c l l g I 0 I displaystyle A epsilon cl lg frac I 0 I nbsp 得到 I I 0 e 2 303 ϵ c l displaystyle I I 0 e 2 303 epsilon cl nbsp 观测发射强度为 F l 2 303 ϵ c l I 0 ϕ F f l d ϵ ϕ F f l c I 0 k displaystyle F lambda 2 303 epsilon clI 0 phi F f lambda d epsilon phi F f lambda cI 0 k nbsp k 2 303ld给一束脉冲入射光后 发射光在脉冲后的时间t时的强度I t 与激发态的衰减率dSb dt及激发态通过荧光衰减的比率fF 量子产率 成比例 I t d S b d t ϕ F S b 0 ϕ F t F e t t F k F S b 0 e t t F displaystyle I t frac dS b dt phi F S b 0 frac phi F tau F e t tau F k F S b 0 e t tau F nbsp 随时间表现为指数衰减系统内有一种荧光物质时 E m t A e t t F displaystyle E m t Ae t tau F nbsp 系统中有两种荧光物质时 E m t A 1 e t t 1 F A 2 e t t 2 F displaystyle E m t A 1 e t tau 1F A 2 e t tau 2F nbsp Em是荧光强度 上述公式为荧光衰减 decay 公式内部滤光效应 编辑对高浓度溶液而言 荧光的再吸收不能忽略 大部分入射光在系统前半部分被吸收 发射的荧光被再吸收 只有少量的荧光通过狭缝入射到荧光探测器上 使得探测到的荧光强度减少 外环境影响 编辑去激发同样可能由于碰撞或和溶剂分子的混合导致 以速率kQ Q 发生 和其他过程不同 考虑碰撞时此猝熄是一个双分子过程 Sb Q Sa Q kQ Q 因为Q通常浓度远大于Sb 此过程被视为一个伪一级反应 kQ Q 的值可通过变化猝熄剂Q的浓度 观察对fF的影响测得 芳香类发色基的辐射寿命通常为1 10 9到100 10 9秒 因此 相比较而言 猝熄过程是相当有效率的 普遍的猝熄剂如O2和I 离子 每和激发态分子碰撞一次就会使其去激发一次 此反应速率仅被扩散限制 在微摩尔浓度猝熄剂下 碰撞发生速率为108每秒 因此可以观察到明显的猝熄 F 0 F ϕ 0 ϕ k F k I C k I S k Q Q k F k I C k I S 1 k Q Q displaystyle frac F 0 F frac phi 0 phi frac k F k I C k I S k Q Q k F k I C k I S 1 k Q Q nbsp t0可测 以F0 F对 Q 作图求得kQ荧光共振能量迁移 编辑简称FRET 此过程适用与计算两端带发色基的高分子长度 存在供体D和受体A 当光入射时 激发基态供体Da Db Db又去激发 通过共振将能量传递给Aa 使得Aa Ab 定义迁移效率 E 是Db去激发传递能量到Aa占总Db去激发的比例 E k T k T k F D lt k I C D lt k I S D displaystyle E frac k T k T k F D lt k I C D lt k I S D nbsp 通过一系列复杂的计算和变化 此处省略 得 k T 1 t 0 R 0 R displaystyle k T frac 1 tau 0 frac R 0 R nbsp R 0 9 7 10 3 J k 2 n 4 ϕ D 1 6 c m displaystyle R 0 9 7 10 3 J kappa 2 n 4 phi D frac 1 6 cm nbsp J ϵ n f D n n 4 d n displaystyle J int epsilon nu f D nu nu 4 d nu nbsp 推导出 E R 0 6 R 0 6 R 6 displaystyle E frac R 0 6 R 0 6 R 6 nbsp 这里R0对一个固定的化学系统而言是常数 R是供体和受体之间的距离 R越接近R0 测计算越精确 此外计算E的方法有 ϕ D A ϕ D 1 E displaystyle frac phi D A phi D 1 E nbsp F D A F A 1 ϵ D c D ϵ A c A E displaystyle frac F D A F A 1 frac epsilon D c D epsilon A c A E nbsp t D A t D 1 E displaystyle frac tau D A tau D 1 E nbsp 参考文献 编辑C P Cantor amp P R Schimmel BIOPHYSICAL CHEMISTRY Part II Techniques for the study of biological structure and function Page 433 465 取自 https zh wikipedia org w index php title 荧光光谱 amp oldid 57113279, 维基百科,wiki,书籍,书籍,图书馆,