熒光的猝滅解析課件

溶液熒光的猝滅1溶液熒光的猝滅1熒光猝滅，廣義地說包括了任何可使熒光強(qiáng)度降低的作用。狹義的僅僅指那些由于熒光物質(zhì)分子與溶劑或溶質(zhì)分子之間所發(fā)生的導(dǎo)致熒光強(qiáng)度下降的物理或化學(xué)作用過程。相互作用所引起的熒光降低的現(xiàn)象，這些會(huì)引起熒光的猝滅的物質(zhì)稱為熒光猝滅劑。猝滅過程實(shí)際上是與發(fā)光過程相互競(jìng)爭(zhēng)從而縮短發(fā)光分子激發(fā)態(tài)壽命的過程。動(dòng)態(tài)猝滅：猝滅劑與熒光物質(zhì)的激發(fā)態(tài)分子之間的相互作用靜態(tài)猝滅：猝滅劑與熒光物質(zhì)的基態(tài)分子之間的相互作用2熒光猝滅，廣義地說包括了任何可使熒光強(qiáng)度降低的§4.1動(dòng)態(tài)猝滅在動(dòng)態(tài)猝滅過程中，熒光物質(zhì)的激發(fā)態(tài)分子通過與猝滅劑分子的碰撞作用，以能量轉(zhuǎn)移的機(jī)制或電荷轉(zhuǎn)移的機(jī)制喪失其激發(fā)能而返回基態(tài)。3§4.1動(dòng)態(tài)猝滅在動(dòng)態(tài)猝滅過程中，熒光物質(zhì)的

溶液中熒光物質(zhì)分子M和猝滅劑Q相碰撞而引起熒光熄滅。比較速率M＋hυ→M*(吸光)1

M*M＋hυ

(發(fā)生熒光)kf[M*]M*+QM+Q+熱(猝滅過程）kq[M*][Q]

44根據(jù)恒定態(tài)的假設(shè)，在連續(xù)的照射下，激發(fā)態(tài)熒光體1M*會(huì)達(dá)到一個(gè)恒定值，即其生成速率與衰變速率相等，1M*濃度保持不變，即：在沒有猝滅劑的情況下：1M*表示為：[1M*]0，根據(jù)以上反應(yīng)式可得：5根據(jù)恒定態(tài)的假設(shè)，在連續(xù)的照射下，激發(fā)態(tài)熒光體在猝滅劑存在的情況下：1M*表示為：[1M*]，同理可得：式中kq為雙分子猝滅過程的速率常數(shù)。6在猝滅劑存在的情況下：1M*表示為：[1M*]，同理可得：在猝滅劑不存在和存在的情況下，熒光量子產(chǎn)率分別為：7在猝滅劑不存在和存在的情況下，熒光量子產(chǎn)率分于是，沒有猝滅劑存在時(shí)熒光強(qiáng)度F0與存在猝滅劑時(shí)的熒光強(qiáng)度F的比值為：該式為Stern－Volmmer方程。t0為沒有猝滅劑時(shí)測(cè)得的熒光壽命；Ksv為Stern－Volmer猝滅常數(shù)，是雙分子猝滅速率常數(shù)與單分子衰變速率常數(shù)的比值。8于是，沒有猝滅劑存在時(shí)熒光強(qiáng)度F0與存在猝滅根據(jù)沒有猝滅劑與存在猝滅劑時(shí)熒光壽命的不同，可得Stern－Volmer方程式的另一種表示形式：式中：t為猝滅劑存在時(shí)測(cè)得的熒光壽命。由上所述，若以F0/F對(duì)[Q]作圖得一直線，斜率為Ksv。直觀的看，1/Ksv的數(shù)值等于50％的熒光強(qiáng)度被猝滅時(shí)猝滅劑的濃度。假如測(cè)定了猝滅劑不存在時(shí)的熒光壽命t0，便可根據(jù)kqt0=Ksv的關(guān)系求得雙分子猝滅過程的速率常數(shù)kq。*對(duì)有效的猝滅劑，KSV≈102－103L/mol.9根據(jù)沒有猝滅劑與存在猝滅劑時(shí)熒光壽命的不同，可得

某些熒光物質(zhì)溶液在加入一些猝滅劑之后，溶液的熒光強(qiáng)度顯著降低，溶液的吸收光譜有了明顯的變化;其熒光強(qiáng)度隨著溫度的升高而增強(qiáng)。這種現(xiàn)象可能是由于熒光分子和猝滅劑之間形成不發(fā)光的基態(tài)配合物的結(jié)果。這種現(xiàn)象稱為靜態(tài)猝滅。§4.2靜態(tài)猝滅10某些熒光物質(zhì)溶液在加入一些猝滅劑之后熒光分子和猝滅劑之間形成的不發(fā)光的基態(tài)配合物，可表示為：配合物的形成常數(shù)為：11熒光分子和猝滅劑之間形成的不發(fā)光的基態(tài)配合物，熒光強(qiáng)度和猝滅劑濃度之間的關(guān)系，可推倒如下：上式中[M]0為熒光分子的總濃度；F0與F分別為猝滅劑加入之前和加入之后所測(cè)得的熒光強(qiáng)度。12熒光強(qiáng)度和猝滅劑濃度之間的關(guān)系，可推倒如下：上式區(qū)分動(dòng)態(tài)猝滅與靜態(tài)猝滅：（1）最確切的方法是測(cè)量熒光體壽命；對(duì)靜態(tài)猝滅，猝滅劑的存在并沒有改變熒光分子激發(fā)態(tài)的壽命，因此t0/t=1;對(duì)動(dòng)態(tài)猝滅，猝滅劑的使熒光分子壽命縮短，t0/t=F0/F（2）動(dòng)態(tài)猝滅由于與擴(kuò)散有關(guān)，而溫度升高時(shí)溶液的粘度下降，同時(shí)雙分子的運(yùn)動(dòng)加速，其結(jié)果使擴(kuò)散系數(shù)增大，從而增大雙分子猝滅常數(shù)。反之，溫度升高可能引起配合物的穩(wěn)定度下降，從而減小靜態(tài)猝滅的常數(shù)。（3）此外，由于碰撞猝滅只影響到熒光分子的激發(fā)態(tài)，因而并不改變熒光分子的吸收光譜。相反，基態(tài)配合物的生成往往引起熒光分子吸收光譜的改變。13區(qū)分動(dòng)態(tài)猝滅與靜態(tài)猝滅：（1）最確切的方法是測(cè)量熒光體壽命；結(jié)合常數(shù):7.9×106Chem.Commun.,2005,3189–3191.Cu2+14結(jié)合常數(shù):7.9×106Chem.Commun.,24?！?.3電荷轉(zhuǎn)移猝滅某些猝滅劑與熒光物質(zhì)分子相互作用時(shí)，發(fā)生了電荷轉(zhuǎn)移反應(yīng)，即氧化還原反應(yīng)，即引起熒光的熄滅。由于激發(fā)態(tài)分子往往比基態(tài)分子具有更強(qiáng)的氧化還原能力，也就是說，激發(fā)態(tài)分子是比基態(tài)分子更強(qiáng)的電子給體和電子受體，因此激發(fā)態(tài)分子更容易發(fā)生與其他物質(zhì)的分子發(fā)生電荷轉(zhuǎn)移作用。某些強(qiáng)的電子受體的物質(zhì)，往往是有效的熒光猝滅劑。154。§4.3電荷轉(zhuǎn)移猝滅某些猝滅劑與熒光物質(zhì)在電荷轉(zhuǎn)移猝滅中，熒光物質(zhì)的激發(fā)態(tài)分子與猝滅劑分子相互碰撞時(shí)，最初形成了“遭遇配合物”，而后成為實(shí)際的激態(tài)電荷轉(zhuǎn)移配合物：M＋Q＋KT在介電常數(shù)小于10的非極性溶劑中，可觀察到有激發(fā)態(tài)轉(zhuǎn)移配合物所產(chǎn)生的熒光。但其熒光與1M*的相比，光譜處于更長(zhǎng)的波長(zhǎng)范圍，且無精細(xì)結(jié)構(gòu)。16在電荷轉(zhuǎn)移猝滅中，熒光物質(zhì)的激發(fā)態(tài)分子與猝滅劑在極性溶劑中，1M*的熒光被猝滅劑猝滅時(shí)，通常并不伴隨由基態(tài)電荷轉(zhuǎn)移配合物所產(chǎn)生的熒光，代之而發(fā)生的是遭遇配合物形成離子對(duì)，再經(jīng)溶劑化作用轉(zhuǎn)變?yōu)橛坞x的溶劑化離子。17在極性溶劑中，1M*的熒光被猝滅劑猝滅時(shí)，通常具有重原子的猝滅劑分子，它們與熒光物質(zhì)的激發(fā)態(tài)分子所形成的電荷轉(zhuǎn)移配合物，有利于電子自旋的改變，以致發(fā)生電荷轉(zhuǎn)移配合物的離解并伴隨著經(jīng)由三重態(tài)的能量降低：18具有重原子的猝滅劑分子，它們與熒光物質(zhì)的激發(fā)態(tài)例：甲基藍(lán)熒光溶液被Fe2+離子熄滅D+hυ→D*D*→D+hυ＇D*+Fe2+→D－+Fe3+D－+H→DH（半醌）2DH→D+DH2（無色染料）某些染料如甲基藍(lán)的熒光可被Fe2＋猝滅，這是由于甲基藍(lán)的激發(fā)態(tài)分子與Fe2＋發(fā)生氧化還原反應(yīng)：19例：甲基藍(lán)熒光溶液被Fe2+離子熄滅某些染料如甲

發(fā)生電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)的猝滅劑并不限于金屬離子，I-，Br-，CNS-，S2O32-等易于給出電子的陰離子對(duì)奎寧，羅丹明及熒光素鈉等有機(jī)熒光物質(zhì)也會(huì)發(fā)生猝滅作用。I->CNS->Br->Cl->C2O42->SO42->NO3->F-這一順序與電力勢(shì)的增大相關(guān)聯(lián)，表明這些離子對(duì)染料熒光的猝滅效率與它們給出電子的難易程度有關(guān)。20發(fā)生電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)的猝滅劑并不限于金屬離子，I-，光誘導(dǎo)電荷轉(zhuǎn)移（photo-inducedchargetransfer)Excitationofafluorophoreinducesthemotionofanelectronfromoneorbitaltoanother.Iftheinitialandfinalorbitalsareseparatedinspace,theelectronictransitionisaccompaniedbyanalmostinstantaneouschangeinthedipolemomentofthefluorophore.Whenthelatterpossessesanelectron-donatinggroup(e.g.-NH2,-NMe2,-CH3O)conjugatedtoanelectron-withdrawinggroup(e.g.-C=O,-CN),theincreaseindipolemomentcanbequitelarge.Consequently,theexcitedstatereacheduponexcitation(calledtheFranck–Condonstateorlocallyexcitedstate,LE)isnotinequilibriumwiththesurroundingsolventmoleculesifthelatterarepolar.Inamediumthatissufficientlyfluid,thesolventmoleculesrotateduringthelifetimeoftheexcitedstateuntilthesolvationshellisinthermodynamicequilibriumwiththefluorophore.Arelaxedintramolecularchargetransfer(ICT)stateisthenreached.21光誘導(dǎo)電荷轉(zhuǎn)移（photo-inducedchargeInlow-polaritysolventsFPPemitsatshortwavelengthsfromtheLEstate(toptwopanels).Asthesolventpolarityincreasesanewlongerwavelengthemissionappears.Thislonger-wavelengthemission(lowerpanel)isduetoaninternalcharge-transfer(ICT)state,whichformsrapidlyfollowingexcitation.Inthiscasethetwoendsofthefluorophoreareheldrigidlybythemethylenebridge,sothatformationoftheICTstatedoesnotdependonthetwisting.例1.22Inlow-polaritysolveFigure.EmissionspectraofFPPinseveralsolvents.23Figure.EmissionspectraofFP例2.Figure.EmissionspectraofLaurdaninethanolat–50°C(1),–60°C(2),–70°C(3),–80°C(4),–85°C(5),–90°C(6),–100°C(7),–110°C(8),and–190°C(9).24例2.Figure.Emissionspectra例3.dimethylamino-substitutedBodipyfluorophore25例3.dimethylamino-substitutedFigure.Emissionspectraofadimethylamino-substitutedBodipyindifferentsolvents.26Figure.Emissionspectraofa27272828Anal.Chim.Acta2008,627,254–257.Aselectivecolorimetricchemosensorforthiolsbasedonintramolecularchargetransfermechanism例4:29Anal.Chim.Acta2008,627,23030例5:ARatiometricFluorescentProbeforCysteineandHomocysteineDisplayingaLargeEmissionShiftOrg.Lett.，2008，10，5577-5580.31例5:ARatiometricFluorescentFig.1.Absorptionandfluorescencespectralchangesofprobe1uponadditionofincreasingconcentrationCys.32Fig.1.Absorptionandfluoresc例6：33例6：33FluorescentspectraofPBI(a）and4（b)b34FluorescentspectraofPBI(Fig.Absorption(left)andfluorescentemissionspectra(right)of4towarddifferentconcentrationsofbisulfite35Fig.Absorption(left)andflu§4.4能量轉(zhuǎn)移猝滅根據(jù)能量轉(zhuǎn)移過程中作用機(jī)理的不同，能量轉(zhuǎn)移可分為輻射能量轉(zhuǎn)移和非輻射能量轉(zhuǎn)移兩種。其中非輻射能量轉(zhuǎn)移又有兩種不同的機(jī)理假設(shè)，即通過偶極－偶極耦合作用的共振能量轉(zhuǎn)移和通過電子交換作用的交換能量轉(zhuǎn)移。36§4.4能量轉(zhuǎn)移猝滅根據(jù)能量轉(zhuǎn)移過程中作用機(jī)1.輻射能量轉(zhuǎn)移猝滅這種能量轉(zhuǎn)移過程實(shí)質(zhì)上是熒光的再吸收。即熒光分子（能量供體）所發(fā)射的熒光為猝滅劑（能量受體）所吸收，從而導(dǎo)致后者被激發(fā)。這種能量轉(zhuǎn)移過程僅僅是供體發(fā)射的熒光按照比爾定律為受體所吸收。這種能量轉(zhuǎn)移過程的地效率決定于供體的發(fā)射光譜和受體的吸收光譜兩者的重疊程度。重疊程度越大，能量轉(zhuǎn)移的效率越高。371.輻射能量轉(zhuǎn)移猝滅這種能量轉(zhuǎn)移過程實(shí)質(zhì)上Non-radiativetransferofexcitationenergyrequiressomeinteractionbetweenadonormoleculeandanacceptormolecule,anditcanoccuriftheemissionspectrumofthedonoroverlapstheabsorptionspectrumoftheacceptor,sothatseveralvibronictransitionsinthedonorhavepracticallythesameenergyasthecorrespondingtransitionsintheacceptor.Suchtransitionsarecoupled。2.非輻射躍遷能量轉(zhuǎn)移：38Non-radiativetransferof非輻射躍遷的形式：庫侖相互作用39非輻射躍遷的形式：庫侖相互作用3940403.共振能量轉(zhuǎn)移當(dāng)供體分子和受體分子相隔的距離大于供體－受體的碰撞直徑時(shí)，只要供體分子的基態(tài)和第一激發(fā)態(tài)兩者的振動(dòng)能及間的能量差相當(dāng)于受體分子的基態(tài)和第一激發(fā)態(tài)兩者的振動(dòng)能及間的能量差，這種情況下，仍然可發(fā)生從供體到受體的非輻射能量轉(zhuǎn)移（長(zhǎng)距離能量轉(zhuǎn)移）。413.共振能量轉(zhuǎn)移當(dāng)供體分子和受體分子相隔的距這種能量轉(zhuǎn)移過程，是通過偶極－偶極耦合作用的共振能量轉(zhuǎn)移過程。分子具有特征的振動(dòng)能層，因而可提供許多近似的共振途徑，這種共振途徑越多，共振能量轉(zhuǎn)移的概率越大。42這種能量轉(zhuǎn)移過程，是通過偶極－偶極耦合作用的共振A,B,C和A‘，B’，C’所表示的躍遷是耦合的躍遷，當(dāng)激發(fā)態(tài)的供體分子和基態(tài)的受體分子相距某一適當(dāng)?shù)木嚯x時(shí)，供體分子躍遷衰變到基態(tài)時(shí)，同時(shí)誘發(fā)了受體分子通過A‘，B’，C’躍遷而被激發(fā)到激發(fā)態(tài)。43A,B,C和A‘，B’，C’所表示的躍遷是耦對(duì)于以固定距離r相隔的某個(gè)供體－受體對(duì)而言，其共振能量轉(zhuǎn)移的速率可表示如下：式中：φD為沒有受體存在的情況下供體的發(fā)射量子產(chǎn)率；n為介質(zhì)的折射率；N為阿佛加德羅常數(shù)；r為供體偶極中心到受體偶極中心的平均距離；tD為沒有受體存在下供體的輻射壽命；FD（v）為供體在v至v＋dv波數(shù)間隔內(nèi)的校正熒光強(qiáng)度，εA為受體在波數(shù)v的摩爾吸光系數(shù)；φD/tD為供體的發(fā)射速率；K2為定向系數(shù)。44對(duì)于以固定距離r相隔的某個(gè)供體－受體對(duì)而言，其共由上式可知，共振能量轉(zhuǎn)移的速率與供體－受體兩者的距離、供體發(fā)射與受體吸收之間的光譜重疊程度以及它們的躍遷概率、供體發(fā)射的量子產(chǎn)率以及供體激發(fā)態(tài)的壽命等因素有關(guān)。45由上式可知，共振能量轉(zhuǎn)移的速率與供體－受體兩者的上式中的常數(shù)項(xiàng)通常合并在一起并定義為Forster距離（供體－受體對(duì)的臨界轉(zhuǎn)移距離）R0，在這一距離下，能量轉(zhuǎn)移速率KT等于沒有受體存在的情況下供體的衰變速率，由上述方程和KT＝tD-1，可得到：由以上兩個(gè)方程聯(lián)立后得：46上式中的常數(shù)項(xiàng)通常合并在一起并定義為Forster距離由上式可知，當(dāng)R0>r時(shí)，能量轉(zhuǎn)移的概率比供體分子衰變的概率大；當(dāng)R0<r時(shí)，大多數(shù)的激發(fā)態(tài)供體分子將衰變到基態(tài)，而能量轉(zhuǎn)移概率較小。能量轉(zhuǎn)移的效率（E）可表示為：當(dāng)r＝R0時(shí)，能量轉(zhuǎn)移與供體的衰變概率相等。47由上式可知，當(dāng)R0>r時(shí)，能量轉(zhuǎn)移的概率比供體Fig.Dependenceoftheenergytransfer(E)ondistance,R0istheForsterdistance.48Fig.Dependenceoftheenergy供體和受體的濃度越大，r值便越小，共振轉(zhuǎn)移的效率將越大。因此，共振轉(zhuǎn)移現(xiàn)象與濃度有關(guān)。當(dāng)受體處于比供體更低的能極時(shí)，才可能發(fā)生有效的能量轉(zhuǎn)移。不同類分子之間的能量轉(zhuǎn)移，比同類分子之間的能量轉(zhuǎn)移更為有效。49供體和受體的濃度越大，r值便越小，共振轉(zhuǎn)移的效率將越大一般最可能的共振能量轉(zhuǎn)移過程是單重態(tài)－單重態(tài)和三重態(tài)-單重態(tài)能量轉(zhuǎn)移過程，如下所示：50一般最可能的共振能量轉(zhuǎn)移過程是單重態(tài)－單重態(tài)和三重態(tài)-單重態(tài)由于D*（S1）--D（S0）和A(S0)—*A(S1)兩個(gè)躍遷的概率都高，因此單重態(tài)－單重態(tài)共振能量轉(zhuǎn)移過程可發(fā)生在比較大的臨界距離內(nèi)，并且速率常數(shù)也比較高。單重態(tài)－單重態(tài)共振能量轉(zhuǎn)移51由于D*（S1）--D（S0）和A(S0)—*A三重態(tài)－單重態(tài)共振能量轉(zhuǎn)移過程，雖然因?yàn)楣w分子的躍遷是自旋禁阻的，躍遷概率較小，但因?yàn)楣w分子的激發(fā)三重態(tài)壽命較長(zhǎng)，因此這種能量轉(zhuǎn)移過程雖然速率比較慢，但仍可有效發(fā)生?？砂l(fā)生在比較大的臨界距離內(nèi)，并且速率常數(shù)也比較高。三重態(tài)－單重態(tài)共振能量轉(zhuǎn)移52三重態(tài)－單重態(tài)共振能量轉(zhuǎn)移過程，雖然因?yàn)楣w分子共振能量轉(zhuǎn)移過程的兩個(gè)最重要的判斷標(biāo)準(zhǔn)是：（1）能量轉(zhuǎn)移應(yīng)當(dāng)發(fā)生在遠(yuǎn)大于碰撞半徑的距離上發(fā)生；（2）能量轉(zhuǎn)移效率與介質(zhì)的粘度變化無關(guān)。53共振能量轉(zhuǎn)移過程的兩個(gè)最重要的判斷標(biāo)準(zhǔn)是：5354545555RET的應(yīng)用（2）－－分子構(gòu)象變化的探測(cè)基于E和r的關(guān)系，利用R0和實(shí)驗(yàn)測(cè)得的E，可求得供體和受體之間的距離，該方法對(duì)于研究分子內(nèi)和分子間的構(gòu)象變化非常有用。其方法是在一個(gè)生物大分子或兩個(gè)相互作用的分子上分別標(biāo)記兩個(gè)能發(fā)生RET的熒光團(tuán)，通過測(cè)量E，就可確定兩點(diǎn)間的距離。由于相對(duì)取向和光譜重疊積分的不確定因素，該方法不能準(zhǔn)確測(cè)定絕對(duì)距離，但可通過監(jiān)測(cè)供體－受體的相對(duì)距離變化，結(jié)合時(shí)間變化，可以推測(cè)出大分子在生命活動(dòng)中的構(gòu)象變化。56RET的應(yīng)用（2）－－分子構(gòu)象變化的探測(cè)基于E和r的5757ANovelHg2+SelectiveRatiometricFluorescentChemodosimeterBasedonanIntramolecularFRETMechanismJFluoresc2008，18，1187例1.58ANovelHg2+SelectiveRatiomeANovelDesignMethodofRatiometricFluorescentProbesBasedonFluorescenceResonanceEnergyTransferSwitchingbySpectralOverlapIntegral例2.Chem.Eur.J.2003,9,1479.59ANovelDesignMethodofRatio吸收光譜變化熒光光譜變化60吸收光譜變化熒光光譜變化603.交換能量轉(zhuǎn)移猝滅交換能量轉(zhuǎn)移是發(fā)生在比共振能量轉(zhuǎn)移更短的距離內(nèi)的能量轉(zhuǎn)移現(xiàn)象，這種能量轉(zhuǎn)移也稱為短距離能量轉(zhuǎn)移。其特征是：（1）只有當(dāng)供體分子和受體分子兩者的電子云相互接觸時(shí)，這種能量轉(zhuǎn)移的形式才是重要的。在這種情況下，供體分子和受體分子之間能量最高的電子可能相互交換位置，也就是說，激發(fā)態(tài)供體分子的光電子可能改變位置成為原先處于基態(tài)的受體分子的電子結(jié)構(gòu)部分，而供體分子又從基態(tài)受體分子那里交換取得一個(gè)電子從而返回到基態(tài)。交換能量轉(zhuǎn)移的速率是擴(kuò)散控制的，因而其速率與介質(zhì)的粘度有關(guān)。（2）交換作用的大小與供體及受體的躍遷概率無關(guān)。對(duì)于如單重態(tài)－三重態(tài)這樣的禁阻躍遷來說，在短距離的間隔內(nèi)，交換能量轉(zhuǎn)移過程將占支配的地位。613.交換能量轉(zhuǎn)移猝滅交換能量轉(zhuǎn)移是發(fā)生在比共振能量交換能量轉(zhuǎn)移過程中，必須遵守Wigner的自旋保守規(guī)則，即始態(tài)和終態(tài)的總自旋保持不變。因此，最重要的交換能量過程有如下兩種形式：62交換能量轉(zhuǎn)移過程中，必須遵守Wigner的自旋保4.分子內(nèi)能量轉(zhuǎn)移能量轉(zhuǎn)移不僅能夠發(fā)生在兩個(gè)分子之間，也可能發(fā)生在同一分子中的兩個(gè)發(fā)色團(tuán)之間。634.分子內(nèi)能量轉(zhuǎn)移能量轉(zhuǎn)移不僅能夠發(fā)生在兩個(gè)分64646565（photo-inducedelectrontransfer,PET)在光的作用下，激發(fā)的電子給體（或受體）可以與電子受體（或給體）間發(fā)生電子轉(zhuǎn)移，分別形成陽離子自由基和陰離子自由基，再進(jìn)而發(fā)生相關(guān)的后續(xù)反應(yīng)?！?.5光誘導(dǎo)電子轉(zhuǎn)移發(fā)生電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)的基本條件是該過程必須在熱力學(xué)上是可行的，并在電子轉(zhuǎn)移發(fā)生后可分別得到陽離子自由基和陰離子自由基。有關(guān)這些電荷分離產(chǎn)物的進(jìn)一步變化，將依賴于體系的狀況。它們可以發(fā)生正、負(fù)離子間的重合，使體系回復(fù)到原來的狀態(tài)，也可發(fā)生進(jìn)一步的反應(yīng)，從而形成其他產(chǎn)物。光誘導(dǎo)反應(yīng)可以是分子內(nèi)的，也可以是分子間的。66（photo-inducedelectrontransf還原型光誘導(dǎo)電子轉(zhuǎn)移67還原型光誘導(dǎo)電子轉(zhuǎn)移67氧化型光誘導(dǎo)電子轉(zhuǎn)移68氧化型光誘導(dǎo)電子轉(zhuǎn)移686969Rehm-Weller方程E（D/D+)為電子給體的氧化電位；E（A/A-)為電子受體的還原電位；ΔG為過程中自由能的變化，如ΔG為為負(fù)值，則過程可自發(fā)進(jìn)行。ΔG0,0為光的參與使化合物分子被激發(fā)至激發(fā)態(tài)所提供的基態(tài)－激發(fā)態(tài)0，0能及間的激發(fā)能量；最后一項(xiàng)為溶液中的離子對(duì)在介電常數(shù)為ε的溶劑中被驅(qū)引至相距為d時(shí)所需要的能量（通常很小為0.0Xev）。70Rehm-Weller方程E（D/D+)為電E（D/D+),E（A/A-)可通過電化學(xué)測(cè)量或理論計(jì)算LUMO和HOMO軌道能量的方法得到。該公式是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)公式，它是在大量基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)上建立起來的。有關(guān)從理論上對(duì)電子轉(zhuǎn)移過程的研究是由Marcus所完成的。Marcus提出的電子轉(zhuǎn)移模型認(rèn)為，電子轉(zhuǎn)移的速率決定于電子給體與受體間的距離，反應(yīng)自由能的變化以及反應(yīng)物與周圍溶劑重組能的大小等。71E（D/D+),E（A/A-)可通過電化學(xué)測(cè)量或Marcus推導(dǎo)出一個(gè)簡(jiǎn)單的公式來聯(lián)系電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)活化能的變化ΔG≠反應(yīng)過程的自由能變化ΔG0以及反應(yīng)中總的重組能λ間的關(guān)系，如下式所示：Fig.VariationsoftherateconstantforelectrontransferversusΔG0accordingtotheMarcustheory.KET=Zexp（-ΔG*/RT）72Marcus推導(dǎo)出一個(gè)簡(jiǎn)單的公式來聯(lián)系電子轉(zhuǎn)移反它預(yù)示電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)的速率隨ΔG0變得越來越負(fù),而出現(xiàn)一個(gè)先增大后降低的情況。即在電子轉(zhuǎn)移過程會(huì)出現(xiàn)一個(gè)所謂的“反轉(zhuǎn)區(qū)”。對(duì)于這一結(jié)論，在若干年后得到了很好的證實(shí)。Marcus因此獲得1992年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。73它預(yù)示電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)的速率隨ΔG0變得越來越負(fù),而出現(xiàn)一個(gè)先增74747575當(dāng)對(duì)苯甲酸部分通過化學(xué)修飾，如引入給電子基團(tuán)或分子時(shí)，降低了苯甲酸部分的氧化電位，因而相應(yīng)升高了該部分HOMO(highestoccupiedmolecularorbital)的能量，當(dāng)苯甲酸部分的HOMO能量高到一定程度時(shí)，從苯甲酸部分的HOMO到氧雜蒽環(huán)部分的HOMO光誘導(dǎo)電子轉(zhuǎn)移可有效的進(jìn)行，此時(shí)該探針的分子開關(guān)關(guān)閉，整個(gè)分子呈弱熒光。在這一過程中，苯甲酸部分作為電子的給體，氧雜蒽（熒光團(tuán)）部分為電子的受體。相對(duì)熒光團(tuán)而言，這一過程為可稱為還原型的光誘導(dǎo)電子轉(zhuǎn)移。當(dāng)通過分子識(shí)別反應(yīng)升高苯甲酸部分的氧化電位，從而降低了該部分HOMO的能量，當(dāng)電子給體的HOMO能量低于受體的HOMO能量時(shí)，光誘導(dǎo)電子轉(zhuǎn)移不能進(jìn)行，探針的分子開關(guān)打開，整個(gè)分子呈強(qiáng)熒光。還原型的光誘導(dǎo)電子轉(zhuǎn)移76當(dāng)對(duì)苯甲酸部分通過化學(xué)修飾，如引入給電子基團(tuán)或分如果通過化學(xué)修飾升高苯甲酸部分的還原電位到一定程度時(shí)，這時(shí)光誘導(dǎo)電子轉(zhuǎn)移將反向進(jìn)行，即從激發(fā)單重態(tài)的氧雜蒽部分的LUMO(lowestunoccupiedmolecularorbital)到苯甲酸部分的LUMO，這使熒光體激發(fā)單重態(tài)的能量消失，此時(shí)該探針的分子開關(guān)關(guān)閉，整個(gè)分子呈弱熒光。在該過程中，氧雜蒽環(huán)為電子的給體，苯甲酸部分作為電子的受體。相對(duì)熒光團(tuán)而言，這一過程為可稱為氧化型的光誘導(dǎo)電子轉(zhuǎn)移。當(dāng)通過分子識(shí)別反應(yīng)降低苯甲酸部分的還原電位，從而升高了該部分LUMO的能量時(shí)，光誘導(dǎo)電子轉(zhuǎn)移將不能進(jìn)行，該探針的分子開關(guān)打開，整個(gè)分子呈強(qiáng)熒光。氧化型的光誘導(dǎo)電子轉(zhuǎn)移77如果通過化學(xué)修飾升高苯甲酸部分的還原電位到一定程度7878還原型的光誘導(dǎo)電子轉(zhuǎn)移79還原型的光誘導(dǎo)電子轉(zhuǎn)移79氧化型的光誘導(dǎo)電子轉(zhuǎn)移80氧化型的光誘導(dǎo)電子轉(zhuǎn)移80818182828383848485858686測(cè)定H+及金屬離子的PET原理87測(cè)定H+及金屬離子的PET原理87基于PET原理測(cè)定焦磷酸的熒光傳感器分子88基于PET原理測(cè)定焦磷酸的熒光傳感器分子88PET-1,Itsfluorescencequantumyieldincreasesfrom0.003to0.14uponbindingofK+inmethanol.89PET-1,ItsfluorescencequantPET-2,containingawater-solublepolyazamacrocycle,wasdesignedfortherecognitionofsoftmetalionslikeZnII.ThiscompoundissensitivetopHbecauseoftheprotonabilityofthealiphaticnitrogenatoms.AtpH10,thefluorescenceintensityofthiscompoundincreases14-folduponadditionofZnII.90PET-2,containingawater-solu測(cè)定Zn2+91測(cè)定Zn2+91inPET-3aandPET-3b,thepKaisloweredandtheintensitychangesarecomparableatpH10andpH7.TheZn2+complexesarethusfluorescentatphysiologicalpH.Moreover,thePET-3aandPET-3b(containingfluoresceinanddichlorofluoresceinmoieties)areexcitableinthevisibleandarethusmoreappropriateforbiologicalapplications.92inPET-3aandPET-3b,thepKa93939494ThissensorisalsobasedonthePETprinciple,butinadifferentwaytocompoundsPET-1andPET-2.QuenchingoffluorescenceuponCu2+bindingarisesfromaphotoinducedelectrontransferfromthefluorophoretothemetalcenterandinvolvestheCu2+/Cu+couple.ThecrowncanalsoefficientlybindAg+,butcomplexationisnotsignaledbyachangeinfluorescenceintensitybecausethepoorredoxactivityofthisnon-transitioncationprecludeselectrontransfer.95Thissensorisalsobased§4.6.光誘導(dǎo)質(zhì)子轉(zhuǎn)移（photo-inducedprotontransfer)在適當(dāng)?shù)沫h(huán)境中，一個(gè)激發(fā)分子所含不穩(wěn)定質(zhì)子的酸度變化和相應(yīng)基態(tài)分子相比較，可有6個(gè)數(shù)量級(jí)的變化。這種明顯的pKa值的差異，為在激發(fā)態(tài)時(shí)的質(zhì)子轉(zhuǎn)移反應(yīng)提供了驅(qū)動(dòng)力。質(zhì)子轉(zhuǎn)移是一種重要的轉(zhuǎn)移過程，它是由光的刺激而引起分子內(nèi)核的運(yùn)動(dòng)是一種重要的光物理現(xiàn)象。它在生化過程中有著重大的意義。96§4.6.光誘導(dǎo)質(zhì)子轉(zhuǎn)移（photo-inducedpr97979898例1.Itisknownthattheexcited-stateintramolecularprotontransfer(ESIPT),from8-OHtothequinolinoNatom,makes8-HQ，weaklyfluorescentandmetalbindingto8-HQblockstheESIPTchannel,therebyrestoringthefluorescence.Org.Lett.，2005，7，4217-4220.99例1.Itisknowntha由于存在對(duì)氧化還原行為負(fù)責(zé)的激發(fā)態(tài)分子中電子密度的重組，所產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力也可對(duì)酸度帶來影響。這種因光激發(fā)而引起的分子內(nèi)電子密度的重新分布，可導(dǎo)致對(duì)作用分子發(fā)生自發(fā)的質(zhì)子化或去質(zhì)子化。例2.100由于存在對(duì)氧化還原行為負(fù)責(zé)的激發(fā)態(tài)分子中電子該分子內(nèi)的質(zhì)子轉(zhuǎn)移的速率很快。它可在皮秒的時(shí)間尺度內(nèi)發(fā)生。并導(dǎo)致激發(fā)態(tài)的平衡。101該分子內(nèi)的質(zhì)子轉(zhuǎn)移的速率很快。它可在皮秒的時(shí)間尺度基于2-(2-羥基苯基)苯并咪唑的比率型熒光探針分子102基于2-(2-羥基苯基)苯并咪唑的比率型熒光探針分子102103103(1)測(cè)定F-離子的比率型熒光探針104(1)測(cè)定F-離子的比率型熒光探針104105105Scheme1.

Designconceptofratiometricfluorescentprobe1forfluoride.106Scheme1.DesignconceptofraFig.1.Absorption(left)andfluorescence(right)spectraofHPBI,PBIand1.107Fig.1.Absorption(left)andfFig.Absorptionandfluorescencespectraof1afterincubationwithincreasingconcentrationsoffluorideion.108Fig.AbsorptionandfluorescenFig.3.Fluorescentemissionchanges(λex=310nm)of1uponadditionofvariousanions(4.0μM)109Fig.3.Fluorescentemissionch(2)測(cè)定ALP的比率型熒光探針110(2)測(cè)定ALP的比率型熒光探針110Exicted－StateIntramolecularProtonTransfer111Exicted－StateIntramolecularP當(dāng)熒光物質(zhì)的濃度超過1g/L時(shí)，常發(fā)生熒光的自猝滅現(xiàn)象。包括如下幾種：（1）熒光輻射的自吸收假如熒光物質(zhì)的吸收光譜和發(fā)射光譜有較大的重疊，由熒光物質(zhì)發(fā)射的熒光，有一部分可能被自身的基態(tài)分子所吸收。隨熒光物質(zhì)濃度的增加，自吸收的現(xiàn)象會(huì)加劇。這種現(xiàn)象，實(shí)際上也是輻射能量轉(zhuǎn)移過程，只不過能量的給體與供體為統(tǒng)一分子?！?.7自猝滅112當(dāng)熒光物質(zhì)的濃度超過1g/L時(shí)，常發(fā)生熒光的自猝滅(2)形成激發(fā)態(tài)二聚體（Excimer）熒光物質(zhì)的激發(fā)態(tài)分子1M*與基態(tài)分子M形成激發(fā)態(tài)二聚體1（M*M）有的激發(fā)態(tài)二聚體并不發(fā)熒光，有的雖發(fā)熒光，但其發(fā)光特性（如光譜范圍、熒光峰位置、熒光量子產(chǎn)率和熒光壽命等）與單體的發(fā)射特性不同，這就引起原來熒光物質(zhì)的熒光猝滅。113(2)形成激發(fā)態(tài)二聚體（Excimer）熒光Excimersaredimersintheexcitedstate(thetermexcimerresultsfromthecontractionof‘exciteddimer’).Theyareformedbycollisionbetweenanexcitedmoleculeandanidenticalunexcitedmolecule:1M*+1M-----1(MM)*Manyaromatichydrocarbonssuchasnaphthaleneorpyrenecanformexcimers.Thefluorescencebandcorrespondingtoanexcimerislocatedatwavelengthshigherthanthatofthemonomeranddoesnotshowvibronicbands:114ExcimersaredimersintFig.Excimerformationwiththecorrespondingmomomerandexcimerbands.115Fig.ExcimerformationwiththFig.Fluorescencespectraofpyreneatvariousconcentrationsincyclohexane.A:10-2;B:7.75×10-3;C:5.5×10-3;D:3.25×10-3;E:10-3;G:10-4molL-1107.755.53.2510.1芘濃度（mmolL-1）116Fig.Fluorescencespectraofp例1.Asensitiveandselective“turnon”fluorescentchemosensorforHg(II)ionbasedonanewpyrene–thyminedyadAnal.Chim.Acta2005,549,10–13.117例1.AsensitiveandselectiveHg2+Fig.Fluorescencespectraofasolutionofdyad1inH2O/CH3CN(20:1,v/v)atpH7withtheadditionofHg(ClO4)118Hg2+Fig.Fluorescencespectra例2.NucleicAcid-InducedAggregationandPyreneExcimerFormationOrg.Lett.,2009,11(19),4302.119例2.NucleicAcid-InducedAggrFig2.UV-visabsorptionandfluorescenceemissionspectraof180μMofcompound1aloneandfollowingitsbindingto7.2μMofsimpleoligonucleotiderepeatsinanaqueousbuffersolution(MOPS,pH7.5).120Fig2.UV-visabsorptionandf(3)形成激基締合物（Exciplexes）Exciplexesareexcited-statecomplexes(thetermexciplexcomesfrom‘excitedcomplex’).Theyareformedbycollisionofanexcitedmolecule(electrondonororacceptor)withanunlikeunexcitedmolecule(electronacceptorordonor):1D*+A-----1(DA)*1A*+D-----1(DA)*121(3)形成激基締合物（Exciplexes）Fig.4.9.Fluorescencespectraofanthracene(0.3mmolL-1)inthepresenceofdiethylaniline(二乙苯胺）atvariousconcentrationsintoluene.1:0;2.5×10-3;3:2.5×10-2;4:0.10molL-250.00250二乙苯胺122Fig.4.9.Fluorescencespectra(4)基態(tài)的熒光物質(zhì)分子的締合具有可形成氫鍵的官能團(tuán)的分子，它們?cè)诜菢O性和非氫鍵的溶劑中，在高濃度時(shí)很容易形成二聚體，甚至多聚體。這種二聚體與單體具有不同的吸收光譜，它們的生成可由吸收光譜辨認(rèn)。所生成的二聚體或多聚體，往往不發(fā)熒光或所發(fā)射的熒光比單體弱，因此它們的生成能引起溶液的熒光強(qiáng)度的下降。123(4)基態(tài)的熒光物質(zhì)分子的締合具有可形成氫鍵的例1.自猝滅熒光探針法測(cè)定DNA

高等學(xué)?；瘜W(xué)學(xué)報(bào),1997,18,1456.124例1.自猝滅熒光探針法測(cè)定DNA124125125(5)轉(zhuǎn)入三重態(tài)的猝滅溴化物及碘化物通常是高效率的猝滅劑。如在熒光物質(zhì)的分子中引入Br或I原子，其熒光量子產(chǎn)率會(huì)下降。含溴或碘的化合物，由于溴或碘原子的重原子效應(yīng)，增強(qiáng)了自旋－軌函的耦合作用，從而大大增加激發(fā)態(tài)分子的S1－－T1間的系間竄躍效率，使得熒光的量子產(chǎn)率減小，磷光的量子產(chǎn)率增大。126(5)轉(zhuǎn)入三重態(tài)的猝滅溴化物及碘化物通常是高效率(6)氧的猝滅氧分子是最普遍存在的熒光和磷光猝滅劑。在溶液中，氧分子是十分有效的磷光猝滅劑。而對(duì)溶液的熒光而言，不同的熒光分子對(duì)氧的敏感性不同。氧分子對(duì)溶液溶液熒光產(chǎn)生猝滅作用的原因比較復(fù)雜，激發(fā)單重態(tài)受氧猝滅的機(jī)理有如下幾種：127(6)氧的猝滅氧分子是最普遍存在的熒光和磷光（1）激發(fā)單重態(tài)的氧化作用（2）能量從1M*轉(zhuǎn)移到O2（3）增強(qiáng)在1M*中的體系間竄躍（4）增強(qiáng)在1M*中的內(nèi)轉(zhuǎn)化（5）O2和基態(tài)分子M形成配合物1M*+O2A++O2-1M*+3O2

3M*+1O2*1M*+3O2M+1O2*1M*+3O2

3M*+3O21M*+3O2M+3O2128（1）激發(fā)單重態(tài)的氧化作用（2）能量從1M*轉(zhuǎn)移到O2（3）(7)內(nèi)濾效應(yīng)(innerfiltereffect)內(nèi)濾作用：當(dāng)溶液中存在能吸收熒光物質(zhì)的激發(fā)光或發(fā)射光的物質(zhì)時(shí)，也會(huì)使體系的熒光減弱，這種現(xiàn)象稱為內(nèi)濾作用。129(7)內(nèi)濾效應(yīng)(innerfiltereffect)130130

圖.

絡(luò)合物Ⅱ紫外可見吸收與羅丹明B熒光光譜

131圖.絡(luò)合物Ⅱ紫外可見吸收與羅丹明B熒光光譜1圖a.加入不同濃度半胱氨酸時(shí)Ⅰ－Cu(Ⅱ)體系的紫外可見吸收光譜圖圖b.加入不同濃度半胱氨酸時(shí)Ⅰ－Cu(Ⅱ)－rhodamineB體系的同步熒光光譜132圖a.加入不同濃度半胱氨酸時(shí)Ⅰ－Cu(Ⅱ)體系的紫外可見熒光猝滅過程總結(jié):動(dòng)態(tài)猝滅靜態(tài)猝滅光誘導(dǎo)電子轉(zhuǎn)移(photo-inducedelectrontrnsfer)能量轉(zhuǎn)移(共振能量電子轉(zhuǎn)移，Resonanceenergytransfer)光誘導(dǎo)電荷轉(zhuǎn)移(photo-inducedchargetransfer)光誘導(dǎo)質(zhì)子轉(zhuǎn)移(photoinducedprotontransfer)激發(fā)態(tài)二聚體（Excimer）激基締合物(Exciplex)內(nèi)濾效應(yīng)(innerfiltereffect)133熒光猝滅過程總結(jié):動(dòng)態(tài)猝滅133

溶液熒光的猝滅134溶液熒光的猝滅1熒光猝滅，廣義地說包括了任何可使熒光強(qiáng)度降低的作用。狹義的僅僅指那些由于熒光物質(zhì)分子與溶劑或溶質(zhì)分子之間所發(fā)生的導(dǎo)致熒光強(qiáng)度下降的物理或化學(xué)作用過程。相互作用所引起的熒光降低的現(xiàn)象，這些會(huì)引起熒光的猝滅的物質(zhì)稱為熒光猝滅劑。猝滅過程實(shí)際上是與發(fā)光過程相互競(jìng)爭(zhēng)從而縮短發(fā)光分子激發(fā)態(tài)壽命的過程。動(dòng)態(tài)猝滅：猝滅劑與熒光物質(zhì)的激發(fā)態(tài)分子之間的相互作用靜態(tài)猝滅：猝滅劑與熒光物質(zhì)的基態(tài)分子之間的相互作用135熒光猝滅，廣義地說包括了任何可使熒光強(qiáng)度降低的§4.1動(dòng)態(tài)猝滅在動(dòng)態(tài)猝滅過程中，熒光物質(zhì)的激發(fā)態(tài)分子通過與猝滅劑分子的碰撞作用，以能量轉(zhuǎn)移的機(jī)制或電荷轉(zhuǎn)移的機(jī)制喪失其激發(fā)能而返回基態(tài)。136§4.1動(dòng)態(tài)猝滅在動(dòng)態(tài)猝滅過程中，熒光物質(zhì)的

溶液中熒光物質(zhì)分子M和猝滅劑Q相碰撞而引起熒光熄滅。比較速率M＋hυ→M*(吸光)1

M*M＋hυ

(發(fā)生熒光)kf[M*]M*+QM+Q+熱(猝滅過程）kq[M*][Q]

1374根據(jù)恒定態(tài)的假設(shè)，在連續(xù)的照射下，激發(fā)態(tài)熒光體1M*會(huì)達(dá)到一個(gè)恒定值，即其生成速率與衰變速率相等，1M*濃度保持不變，即：在沒有猝滅劑的情況下：1M*表示為：[1M*]0，根據(jù)以上反應(yīng)式可得：138根據(jù)恒定態(tài)的假設(shè)，在連續(xù)的照射下，激發(fā)態(tài)熒光體在猝滅劑存在的情況下：1M*表示為：[1M*]，同理可得：式中kq為雙分子猝滅過程的速率常數(shù)。139在猝滅劑存在的情況下：1M*表示為：[1M*]，同理可得：在猝滅劑不存在和存在的情況下，熒光量子產(chǎn)率分別為：140在猝滅劑不存在和存在的情況下，熒光量子產(chǎn)率分于是，沒有猝滅劑存在時(shí)熒光強(qiáng)度F0與存在猝滅劑時(shí)的熒光強(qiáng)度F的比值為：該式為Stern－Volmmer方程。t0為沒有猝滅劑時(shí)測(cè)得的熒光壽命；Ksv為Stern－Volmer猝滅常數(shù)，是雙分子猝滅速率常數(shù)與單分子衰變速率常數(shù)的比值。141于是，沒有猝滅劑存在時(shí)熒光強(qiáng)度F0與存在猝滅根據(jù)沒有猝滅劑與存在猝滅劑時(shí)熒光壽命的不同，可得Stern－Volmer方程式的另一種表示形式：式中：t為猝滅劑存在時(shí)測(cè)得的熒光壽命。由上所述，若以F0/F對(duì)[Q]作圖得一直線，斜率為Ksv。直觀的看，1/Ksv的數(shù)值等于50％的熒光強(qiáng)度被猝滅時(shí)猝滅劑的濃度。假如測(cè)定了猝滅劑不存在時(shí)的熒光壽命t0，便可根據(jù)kqt0=Ksv的關(guān)系求得雙分子猝滅過程的速率常數(shù)kq。*對(duì)有效的猝滅劑，KSV≈102－103L/mol.142根據(jù)沒有猝滅劑與存在猝滅劑時(shí)熒光壽命的不同，可得

某些熒光物質(zhì)溶液在加入一些猝滅劑之后，溶液的熒光強(qiáng)度顯著降低，溶液的吸收光譜有了明顯的變化;其熒光強(qiáng)度隨著溫度的升高而增強(qiáng)。這種現(xiàn)象可能是由于熒光分子和猝滅劑之間形成不發(fā)光的基態(tài)配合物的結(jié)果。這種現(xiàn)象稱為靜態(tài)猝滅?！?.2靜態(tài)猝滅143某些熒光物質(zhì)溶液在加入一些猝滅劑之后熒光分子和猝滅劑之間形成的不發(fā)光的基態(tài)配合物，可表示為：配合物的形成常數(shù)為：144熒光分子和猝滅劑之間形成的不發(fā)光的基態(tài)配合物，熒光強(qiáng)度和猝滅劑濃度之間的關(guān)系，可推倒如下：上式中[M]0為熒光分子的總濃度；F0與F分別為猝滅劑加入之前和加入之后所測(cè)得的熒光強(qiáng)度。145熒光強(qiáng)度和猝滅劑濃度之間的關(guān)系，可推倒如下：上式區(qū)分動(dòng)態(tài)猝滅與靜態(tài)猝滅：（1）最確切的方法是測(cè)量熒光體壽命；對(duì)靜態(tài)猝滅，猝滅劑的存在并沒有改變熒光分子激發(fā)態(tài)的壽命，因此t0/t=1;對(duì)動(dòng)態(tài)猝滅，猝滅劑的使熒光分子壽命縮短，t0/t=F0/F（2）動(dòng)態(tài)猝滅由于與擴(kuò)散有關(guān)，而溫度升高時(shí)溶液的粘度下降，同時(shí)雙分子的運(yùn)動(dòng)加速，其結(jié)果使擴(kuò)散系數(shù)增大，從而增大雙分子猝滅常數(shù)。反之，溫度升高可能引起配合物的穩(wěn)定度下降，從而減小靜態(tài)猝滅的常數(shù)。（3）此外，由于碰撞猝滅只影響到熒光分子的激發(fā)態(tài)，因而并不改變熒光分子的吸收光譜。相反，基態(tài)配合物的生成往往引起熒光分子吸收光譜的改變。146區(qū)分動(dòng)態(tài)猝滅與靜態(tài)猝滅：（1）最確切的方法是測(cè)量熒光體壽命；結(jié)合常數(shù):7.9×106Chem.Commun.,2005,3189–3191.Cu2+147結(jié)合常數(shù):7.9×106Chem.Commun.,24?！?.3電荷轉(zhuǎn)移猝滅某些猝滅劑與熒光物質(zhì)分子相互作用時(shí)，發(fā)生了電荷轉(zhuǎn)移反應(yīng)，即氧化還原反應(yīng)，即引起熒光的熄滅。由于激發(fā)態(tài)分子往往比基態(tài)分子具有更強(qiáng)的氧化還原能力，也就是說，激發(fā)態(tài)分子是比基態(tài)分子更強(qiáng)的電子給體和電子受體，因此激發(fā)態(tài)分子更容易發(fā)生與其他物質(zhì)的分子發(fā)生電荷轉(zhuǎn)移作用。某些強(qiáng)的電子受體的物質(zhì)，往往是有效的熒光猝滅劑。1484?！?.3電荷轉(zhuǎn)移猝滅某些猝滅劑與熒光物質(zhì)在電荷轉(zhuǎn)移猝滅中，熒光物質(zhì)的激發(fā)態(tài)分子與猝滅劑分子相互碰撞時(shí)，最初形成了“遭遇配合物”，而后成為實(shí)際的激態(tài)電荷轉(zhuǎn)移配合物：M＋Q＋KT在介電常數(shù)小于10的非極性溶劑中，可觀察到有激發(fā)態(tài)轉(zhuǎn)移配合物所產(chǎn)生的熒光。但其熒光與1M*的相比，光譜處于更長(zhǎng)的波長(zhǎng)范圍，且無精細(xì)結(jié)構(gòu)。149在電荷轉(zhuǎn)移猝滅中，熒光物質(zhì)的激發(fā)態(tài)分子與猝滅劑在極性溶劑中，1M*的熒光被猝滅劑猝滅時(shí)，通常并不伴隨由基態(tài)電荷轉(zhuǎn)移配合物所產(chǎn)生的熒光，代之而發(fā)生的是遭遇配合物形成離子對(duì)，再經(jīng)溶劑化作用轉(zhuǎn)變?yōu)橛坞x的溶劑化離子。150在極性溶劑中，1M*的熒光被猝滅劑猝滅時(shí)，通常具有重原子的猝滅劑分子，它們與熒光物質(zhì)的激發(fā)態(tài)分子所形成的電荷轉(zhuǎn)移配合物，有利于電子自旋的改變，以致發(fā)生電荷轉(zhuǎn)移配合物的離解并伴隨著經(jīng)由三重態(tài)的能量降低：151具有重原子的猝滅劑分子，它們與熒光物質(zhì)的激發(fā)態(tài)例：甲基藍(lán)熒光溶液被Fe2+離子熄滅D+hυ→D*D*→D+hυ＇D*+Fe2+→D－+Fe3+D－+H→DH（半醌）2DH→D+DH2（無色染料）某些染料如甲基藍(lán)的熒光可被Fe2＋猝滅，這是由于甲基藍(lán)的激發(fā)態(tài)分子與Fe2＋發(fā)生氧化還原反應(yīng)：152例：甲基藍(lán)熒光溶液被Fe2+離子熄滅某些染料如甲

發(fā)生電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)的猝滅劑并不限于金屬離子，I-，Br-，CNS-，S2O32-等易于給出電子的陰離子對(duì)奎寧，羅丹明及熒光素鈉等有機(jī)熒光物質(zhì)也會(huì)發(fā)生猝滅作用。I->CNS->Br->Cl->C2O42->SO42->NO3->F-這一順序與電力勢(shì)的增大相關(guān)聯(lián)，表明這些離子對(duì)染料熒光的猝滅效率與它們給出電子的難易程度有關(guān)。153發(fā)生電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)的猝滅劑并不限于金屬離子，I-，光誘導(dǎo)電荷轉(zhuǎn)移（photo-inducedchargetransfer)Excitationofafluorophoreinducesthemotionofanelectronfromoneorbitaltoanother.Iftheinitialandfinalorbitalsareseparatedinspace,theelectronictransitionisaccompaniedbyanalmostinstantaneouschangeinthedipolemomentofthefluorophore.Whenthelatterpossessesanelectron-donatinggroup(e.g.-NH2,-NMe2,-CH3O)conjugatedtoanelectron-withdrawinggroup(e.g.-C=O,-CN),theincreaseindipolemomentcanbequitelarge.Consequently,theexcitedstatereacheduponexcitation(calledtheFranck–Condonstateorlocallyexcitedstate,LE)isnotinequilibriumwiththesurroundingsolventmoleculesifthelatterarepolar.Inamediumthatissufficientlyfluid,thesolventmoleculesrotateduringthelifetimeoftheexcitedstateuntilthesolvationshellisinthermodynamicequilibriumwiththefluorophore.Arelaxedintramolecularchargetransfer(ICT)stateisthenreached.154光誘導(dǎo)電荷轉(zhuǎn)移（photo-inducedchargeInlow-polaritysolventsFPPemitsatshortwavelengthsfromtheLEstate(toptwopanels).Asthesolventpolarityincreasesanewlongerwavelengthemissionappears.Thislonger-wavelengthemission(lowerpanel)isduetoaninternalcharge-transfer(ICT)state,whichformsrapidlyfollowingexcitation.Inthiscasethetwoendsofthefluorophoreareheldrigidlybythemethylenebridge,sothatformationoftheICTstatedoesnotdependonthetwisting.例1.155Inlow-polaritysolveFigure.EmissionspectraofFPPinseveralsolvents.156Figure.EmissionspectraofFP例2.Figure.EmissionspectraofLaurdaninethanolat–50°C(1),–60°C(2),–70°C(3),–80°C(4),–85°C(5),–90°C(6),–100°C(7),–110°C(8),and–190°C(9).157例2.Figure.Emissionspectra例3.dimethylamino-substitutedBodipyfluorophore158例3.dimethylamino-substitutedFigure.Emissionspectraofadimethylamino-substitutedBodipyindifferentsolvents.159Figure.Emissionspectraofa1602716128Anal.Chim.Acta2008,627,254–257.Aselectivecolorimetricchemosensorforthiolsbasedonintramolecularchargetransfermechanism例4:162Anal.Chim.Acta2008,627,216330例5:ARatiometricFluorescentProbeforCysteineandHomocysteineDisplayingaLargeEmissionShiftOrg.Lett.，2008，10，5577-5580.164例5:ARatiometricFluorescentFig.1.Absorptionandfluorescencespectralchangesofprobe1uponadditionofincreasingconcentrationCys.165Fig.1.Absorptionandfluoresc例6：166例6：33FluorescentspectraofPBI(a）and4（b)b167FluorescentspectraofPBI(Fig.Absorption(left)andfluorescentemissionspectra(right)of4towarddifferentconcentrationsofbisulfite168Fig.Absorption(left)andflu§4.4能量轉(zhuǎn)移猝滅根據(jù)能量轉(zhuǎn)移過程中作用機(jī)理的不同，能量轉(zhuǎn)移可分為輻射能量轉(zhuǎn)移和非輻射能量轉(zhuǎn)移兩種。其中非輻射能量轉(zhuǎn)移又有兩種不同的機(jī)理假設(shè)，即通過偶極－偶極耦合作用的共振能量轉(zhuǎn)移和通過電子交換作用的交換能量轉(zhuǎn)移。169§4.4能量轉(zhuǎn)移猝滅根據(jù)能量轉(zhuǎn)移過程中作用機(jī)1.輻射能量轉(zhuǎn)移猝滅這種能量轉(zhuǎn)移過程實(shí)質(zhì)上是熒光的再吸收。即熒光分子（能量供體）所發(fā)射的熒光為猝滅劑（能量受體）所吸收，從而導(dǎo)致后者被激發(fā)。這種能量轉(zhuǎn)移過程僅僅是供體發(fā)射的熒光按照比爾定律為受體所吸收。這種能量轉(zhuǎn)移過程的地效率決定于供體的發(fā)射光譜和受體的吸收光譜兩者的重疊程度。重疊程度越大，能量轉(zhuǎn)移的效率越高。1701.輻射能量轉(zhuǎn)移猝滅這種能量轉(zhuǎn)移過程實(shí)質(zhì)上Non-radiativetransferofexcitationenergyrequiressomeinteractionbetweenadonormoleculeandanacceptormolecule,anditcanoccuriftheemissionspectrumofthedonoroverlapstheabsorptionspectrumoftheacceptor,sothatseveralvibronictransitionsinthedonorhavepracticallythesameenergyasthecorrespondingtransitionsintheacceptor.Suchtransitionsarecoupled。2.非輻射躍遷能量轉(zhuǎn)移：171Non-radiativetransferof非輻射躍遷的形式：庫侖相互作用172非輻射躍遷的形式：庫侖相互作用39173403.共振能量轉(zhuǎn)移當(dāng)供體分子和受體分子相隔的距離大于供體－受體的碰撞直徑時(shí)，只要供體分子的基態(tài)和第一激發(fā)態(tài)兩者的振動(dòng)能及間的能量差相當(dāng)于受體分子的基態(tài)和第一激發(fā)態(tài)兩者的振動(dòng)能及間的能量差，這種情況下，仍然可發(fā)生從供體到受體的非輻射能量轉(zhuǎn)移（長(zhǎng)距離能量轉(zhuǎn)移）。1743.共振能量轉(zhuǎn)移當(dāng)供體分子和受體分子相隔的距這種能量轉(zhuǎn)移過程，是通過偶極－偶極耦合作用的共振能量轉(zhuǎn)移過程。分子具有特征的振動(dòng)能層，因而可提供許多近似的共振途徑，這種共振途徑越多，共振能量轉(zhuǎn)移的概率越大。175這種能量轉(zhuǎn)移過程，是通過偶極－偶極耦合作用的共振A,B,C和A‘，B’，C’所表示的躍遷是耦合的躍遷，當(dāng)激發(fā)態(tài)的供體分子和基態(tài)的受體分子相距某一適當(dāng)?shù)木嚯x時(shí)，供體分子躍遷衰變到基態(tài)時(shí)，同時(shí)誘發(fā)了受體分子通過A‘，B’，C’躍遷而被激發(fā)到激發(fā)態(tài)。176A,B,C和A‘，B’，C’所表示的躍遷是耦對(duì)于以固定距離r相隔的某個(gè)供體－受體對(duì)而言，其共振能量轉(zhuǎn)移的速率可表示如下：式中：φD為沒有受體存在的情況下供體的發(fā)射量子產(chǎn)率；n為介質(zhì)的折射率；N為阿佛加德羅常數(shù)；r為供體偶極中心到受體偶極中心的平均距離；tD為沒有受體存在下供體的輻射壽命；FD（v）為供體在v至v＋dv波數(shù)間隔內(nèi)的校正熒光強(qiáng)度，εA為受體在波數(shù)