分享至
天美講堂丨什么是熒光壽命？
01
熒光壽命是一項非常重要的光物理參數(shù)，能夠提供所研究物質(zhì)的能量馳豫及動力學(xué)信息，例如分子間的能量傳遞、分子轉(zhuǎn)動及動力學(xué)猝滅。
圖1 單分子受激發(fā)和弛豫的雅布隆斯基簡化圖
圖1顯示了單分子吸收光后從基態(tài)電子能級(S0)躍遷到第一激發(fā)態(tài)電子能級(S1)的振動能級（藍(lán)色箭頭）。分子通過振動弛豫(灰色箭頭)快速非輻射弛豫(無光子發(fā)射)到S1的基態(tài)振動能級。分子通過輻射釋放光子(綠色箭頭)或非輻射(虛線箭頭)返回到S0。Kr和∑knr分別是描述分子激發(fā)態(tài)失活的輻射躍遷速率常數(shù)、非輻射躍遷速率常數(shù)之和。
對于圖1中描述的分子，熒光壽命（τ）在數(shù)學(xué)上被定義為：1
在分子水平上，τ對應(yīng)于分子在返回基態(tài)之前處于激發(fā)態(tài)的平均時間1-3。熒光是一個隨機(jī)過程，很少有單個分子會在t=τ時發(fā)出熒光; 但在大量分子中，τ將是平均值。τ可以通過用短的激發(fā)脈沖（例如激光、LED或閃光燈）激發(fā)分子群并記錄熒光強(qiáng)度的衰減來測試確定（圖2a）
圖2 在(a)線性和(b)對數(shù)強(qiáng)度標(biāo)度上，短激發(fā)脈沖后熒光強(qiáng)度衰減
對于具有單一壽命τ的分子群，強(qiáng)度衰減遵循單一指數(shù)衰減模型:
其中t是激發(fā)后的時間，I0是初始強(qiáng)度1。τ是強(qiáng)度下降到其初始值的1/e（=0.368）所需的時間。熒光強(qiáng)度衰減通常在對數(shù)強(qiáng)度標(biāo)尺上繪制為log(I(t))與時間(t)的關(guān)系，如圖2b所示，它是一條單一壽命衰減的直線。
熒光壽命可以用強(qiáng)度下降到1/e所需的時間從測量的衰減中可以計算出來。然而，用一個單指數(shù)衰減模型來擬合強(qiáng)度衰減，用最小二乘法擬合來提取壽命，是比較準(zhǔn)確的。許多樣品的熒光衰減比這個例子更為復(fù)雜，表現(xiàn)出多指數(shù)或非指數(shù)行為，這些必須使用更復(fù)雜的模型進(jìn)行分析。
02
?參考文獻(xiàn)??References?
1. J. R. Lakowicz, Principles of Fluorescence Spectroscopy. 3rd edition, Springer US, 2006. DOI: 10.1007/978-0-387-46312-4.
2. B. Valeur, M. N. Berberan-Santos, Molecular Fluorescence: Principles and Applications. Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, 2012. DOI: 10.1002/9783527650002
3. D. M. Jameson, Introduction to Fluorescence. CRC Press, 2014. DOI: 10.1201/b16502
天美分析更多資訊
