熒光的猝滅ppt課件

1、1,溶液熒光的猝滅,2,熒光猝滅，廣義地說(shuō)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(guò)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(guò)程實(shí)際上是與發(fā)光過(guò)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(guò)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,3,4.1 動(dòng)態(tài)猝滅,在動(dòng)態(tài)猝滅過(guò)程中，熒光物質(zhì)的激發(fā)態(tài)分子通過(guò)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),4,溶液中熒光物質(zhì)分子M和猝

2、滅劑Q相碰撞 而引起熒光熄滅。 比較速率 MhM* (吸光) 1 M* Mh (發(fā)生熒光) kf M* M* +Q M+ Q+ 熱 (猝滅過(guò)程）kq M* Q,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(méi)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,6,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(guò)程的速率常數(shù),7,在猝滅劑不存在和存在的情況下，熒光量子產(chǎn)率分別為,8,于是，沒(méi)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SternVol

3、mmer方程,t0為沒(méi)有猝滅劑時(shí)測(cè)得的熒光壽命； Ksv為SternVolmer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,9,根據(jù)沒(méi)有猝滅劑與存在猝滅劑時(shí)熒光壽命的不同，可得SternVolmer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)kq t0=Ksv的關(guān)系求得雙分子猝滅過(guò)程的速率常數(shù)kq,對(duì)有效的猝滅劑，KSV102 103 L/mol,10,某些熒光物質(zhì)溶液在加入一些猝滅劑之后，溶

4、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,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，可表示為,配合物的形成常數(shù)為,12,熒光強(qiáng)度和猝滅劑濃度之間的關(guān)系，可推倒如下,上式中 M0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,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(méi)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/

5、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,14,結(jié)合常數(shù): 7.9106,Chem. Commun., 2005, 31893191,Cu2,15,4,4.3 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)

6、的氧化還原能力，也就是說(shuō)，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,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(wú)精細(xì)結(jié)構(gòu),17,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

7、作用轉(zhuǎn)變?yōu)橛坞x的溶劑化離子,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)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,19,例：甲基藍(lán)熒光溶液被Fe2+離子熄滅 D + h D* D* D + h D * + Fe2+ D + Fe3+ D + H DH（半醌） 2DH D + DH2 （無(wú)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),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-，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

8、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),21,光誘導(dǎo)電荷轉(zhuǎn)移（photo-induced charge transfer,Excitation of a fluorophore induces the motion of an electron from one orbital to another. If the initial and final orbitals are separated in space, the electronic tr

9、ansition is accompanied by an almost instantaneous change in the dipole moment of the fluorophore. When the latter possesses an electron-donating group (e.g. -NH2, -NMe2, -CH3O) conjugated to an electron-withdrawing group (e.g. -C=O, -CN), the increase in dipole moment can be quite large. Consequent

10、ly, the excited state reached upon excitation (called the FranckCondon state or locally excited state, LE) is not in equilibrium with the surrounding solvent molecules if the latter are polar. In a medium that is sufficiently fluid, the solvent molecules rotate during the lifetime of the excited sta

11、te until the solvation shell is in thermodynamic equilibrium with the fluorophore. A relaxed intramolecular charge transfer (ICT) state is then reached,22,In low-polarity solvents FPP emits at short wavelengths from the LE state (toptwo panels). As the solvent polarity increases a new longer wavelen

12、gth emission appears. This longer-wavelength emission (lower panel) is due to an internal charge-transfer (ICT) state, which forms rapidly following excitation. In this case the two ends of the fluorophore are held rigidly by the methylene bridge, so that formation of the ICT state does not depend o

13、n the twisting,例1,23,Figure. Emission spectra of FPP in several solvents,24,例 2,Figure. Emission spectra of Laurdan in ethanol at 50C (1), 60C (2), 70C (3), 80C (4), 85C (5), 90C (6), 100C (7), 110C (8), and 190C (9,25,例 3,dimethylamino-substituted Bodipy fluorophore,26,Figure. Emission spectra of a

14、 dimethylamino-substituted Bodipy in different solvents,27,28,29,Anal. Chim. Acta 2008, 627, 254257,A selective colorimetric chemosensor for thiols based on intramolecular charge transfer mechanism,例 4,30,例 5,A Ratiometric Fluorescent Probe for Cysteine and Homocysteine Displaying a Large Emission S

15、hift,Org. Lett.，2008， 10， 5577-5580,32,Fig.1. Absorption and fluorescence spectral changes of probe 1 upon addition of increasing concentration Cys,33,例 6,34,Fluorescent spectra of PBI ( a） and 4 （b,b,35,Fig. Absorption (left) and fluorescent emission spectra (right) of 4 toward different concentrat

16、ions of bisulfite,36,4.4 能量轉(zhuǎn)移猝滅,根據(jù)能量轉(zhuǎn)移過(guò)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(guò)偶極偶極耦合作用的共振能量轉(zhuǎn)移和通過(guò)電子交換作用的交換能量轉(zhuǎn)移,37,1. 輻射能量轉(zhuǎn)移猝滅,這種能量轉(zhuǎn)移過(guò)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(guò)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(guò)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,38,Non-rad

17、iative transfer of excitation energy requires some interaction between a donor molecule and an acceptor molecule, and it can occur if the emission spectrum of the donor overlaps the absorption spectrum of the acceptor, so that several vibronic transitions in the donor have practically the same energ

18、y as the corresponding transitions in the acceptor. Such transitions are coupled,2. 非輻射躍遷能量轉(zhuǎn)移,39,非輻射躍遷的形式,庫(kù)侖相互作用,40,41,3. 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,42,這種能量轉(zhuǎn)移過(guò)程，是通過(guò)偶極偶極耦合作用的共振能量轉(zhuǎn)移過(guò)程。分子具有特征的振動(dòng)能層，因而可提供許多近

19、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,43,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(guò)A，B，C躍遷而被激發(fā)到激發(fā)態(tài),44,對(duì)于以固定距離r相隔的某個(gè)供體受體對(duì)而言，其共振能量轉(zhuǎn)移的速率可表示如下,式中：D為沒(méi)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(méi)有受體存在下供體的輻射壽命；FD（v）為供體在v至vdv波數(shù)間隔內(nèi)的校正熒光強(qiáng)度，A為受體在波數(shù)v的摩爾吸光系數(shù)；D/tD為供體的

20、發(fā)射速率；K2為定向系數(shù),45,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),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(méi)有受體 存在的情況下供體的衰變速率，由上述方程和KTtD-1，可得到,由以上兩個(gè)方程聯(lián)立后得,47,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

21、與供體的衰變概率相等,48,Fig. Dependence of the energy transfer(E) on distance, R0 is the Forster distance,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。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,50,一般最可能的共振能量轉(zhuǎn)移過(guò)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(guò)程，如下所示,51,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(guò)程

22、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,52,三重態(tài)單重態(tài)共振能量轉(zhuǎn)移過(guò)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(guò)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,53,共振能量轉(zhuǎn)移過(guò)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(wú)關(guān),54,55,56,RET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

23、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(guò)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(guò)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,57,A Novel Hg2+ Selective Ratiometric Fluorescent Chemodosimeter Based on an Intramolecular FRET Mechanism,J Fluoresc 2008，18，1187,例1,A Novel

24、Design Method of Ratiometric Fluorescent Probes Based on Fluorescence Resonance Energy Transfer Switching by Spectral Overlap Integral,例2,Chem. Eur. J. 2003, 9, 1479,60,吸收光譜變化,熒光光譜變化,3. 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

25、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(shuō)，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(wú)關(guān)。對(duì)于如單重態(tài)三重態(tài)這樣的禁阻躍遷來(lái)說(shuō)，在短距離的間隔內(nèi)，交換能量轉(zhuǎn)移過(guò)程將占支配的地位,62,交換能量轉(zhuǎn)移過(guò)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(guò)程有如下兩種形式,63,4. 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

26、發(fā)生在同一分子中的兩個(gè)發(fā)色團(tuán)之間,64,65,66,photo-induced electron transfer, 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(yáng)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),4.5 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(guò)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(yáng)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(lái)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,

27、67,還原型光誘導(dǎo)電子轉(zhuǎn)移,68,氧化型光誘導(dǎo)電子轉(zhuǎn)移,69,70,Rehm-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； G 為過(guò)程中自由能的變化，如G為為負(fù)值，則過(guò)程可自發(fā)進(jìn)行。G0,0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0.0X ev,71,E（D/D+), E（A/A-)可通過(guò)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(lái)的。有關(guān)從理論上對(duì)電子轉(zhuǎn)移過(guò)程

28、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,72,Marcus推導(dǎo)出一個(gè)簡(jiǎn)單的公式來(lái)聯(lián)系電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)活化能的變化G反應(yīng)過(guò)程的自由能變化G0以及反應(yīng)中總的重組能間的關(guān)系，如下式所示,Fig. Variations of the rate constant for electron transfer versusG0 according to the Marcus theory,KET =Z exp（-G*/RT,73,它預(yù)示電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)的速率隨G0變得越來(lái)越負(fù),而出現(xiàn)一個(gè)先增大

29、后降低的情況。即在電子轉(zhuǎn)移過(guò)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),74,75,當(dāng)對(duì)苯甲酸部分通過(guò)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(highest occupied molecular orbital)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(kāi)關(guān)關(guān)閉，整個(gè)分子呈弱熒光。在這一過(guò)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

30、一過(guò)程為可稱為還原型的光誘導(dǎo)電子轉(zhuǎn)移。 當(dāng)通過(guò)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(kāi)關(guān)打開(kāi)，整個(gè)分子呈強(qiáng)熒光,還原型的光誘導(dǎo)電子轉(zhuǎn)移,77,如果通過(guò)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(lowest unoccupied molecular orbital)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(kāi)關(guān)關(guān)閉，整個(gè)分子呈弱熒光。在該過(guò)程中，氧雜蒽環(huán)為電子的給體，苯甲酸部分作為

31、電子的受體。相對(duì)熒光團(tuán)而言，這一過(guò)程為可稱為氧化型的光誘導(dǎo)電子轉(zhuǎn)移。 當(dāng)通過(guò)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(kāi)關(guān)打開(kāi)，整個(gè)分子呈強(qiáng)熒光,氧化型的光誘導(dǎo)電子轉(zhuǎn)移,78,79,還原型的光誘導(dǎo)電子轉(zhuǎn)移,80,氧化型的光誘導(dǎo)電子轉(zhuǎn)移,81,82,83,84,85,86,87,測(cè)定H+ 及金屬離子的PET原理,88,基于PET原理測(cè)定焦磷酸的熒光傳感器分子,89,PET-1 , Its fluorescence quantum yield increases from 0.003 to 0.14 upon binding of

32、 K+ in methanol,90,PET-2, containing a water-soluble polyazamacrocycle, was designed for the recognition of soft metal ions like ZnII. This compound is sensitive to pH because of the protonability of the aliphatic nitrogen atoms. At pH 10, the fluorescence intensity of this compound increases 14-fol

33、d upon addition of ZnII,91,測(cè)定Zn2,92,in PET-3a and PET-3b, the pKa is lowered and the intensity changes are comparable at pH 10 and pH 7. The Zn2+ complexes are thus fluorescent at physiological pH. Moreover, the PET-3a and PET-3b (containing fluorescein and dichlorofluorescein moieties) are excitabl

34、e in the visible and are thus more appropriate for biological applications,93,94,95,This sensor is also based on the PET principle, but in a different way to compounds PET-1 and PET-2. Quenching of fluorescence upon Cu2+ binding arises from a photoinduced electron transfer from the fluorophore to th

35、e metal center and involves the Cu2+/Cu+ couple. The crown can also efficiently bind Ag+, but complexation is not signaled by a change in fluorescence intensity because the poor redox activity of this non-transition cation precludes electron transfer,96,4.6. 光誘導(dǎo)質(zhì)子轉(zhuǎn)移（photo-induced proton transfer,在適當(dāng)

36、的環(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(guò)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(guò)程中有著重大的意義,97,98,例 1,It is known that the excited-state intramolecular proton transfer (ESIPT), from 8-OH to the quinolino N atom, makes 8-HQ，weakly fluorescent and metal bin

37、ding to 8-HQ blocks the ESIPT channel, thereby restoring the fluorescence,Org. Lett.， 2005，7，4217-4220,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(lái)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 2,101,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)間尺度內(nèi)發(fā)生。并導(dǎo)致激發(fā)態(tài)的平衡,102,基于2-(2-羥基苯基)苯并咪唑的比率型熒光探針?lè)肿?103,104,1) 測(cè)定F-離子的比率型熒光探針,105

38、,106,Scheme 1. Design concept of ratiometric fluorescent probe 1 for fluoride,Fig. 1. Absorption(left) and fluorescence (right)spectra of HPBI, PBI and 1,108,Fig. Absorption and fluorescence spectra of 1 after incubation with increasing concentrations of fluoride ion,Fig.3. Fluorescent emission chan

39、ges (ex = 310 nm) of 1 upon addition of various anions (4.0 M,110,2) 測(cè)定ALP的比率型熒光探針,111,ExictedState Intramolecular Proton Transfer,112,當(dāng)熒光物質(zhì)的濃度超過(guò)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(guò)程，只不過(guò)能量的給體與供體為統(tǒng)一分子,4.7 自猝滅,11

40、3,2) 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(lái)熒光物質(zhì)的熒光猝滅,114,Excimers are dimers in the excited state (the term excimer results from the contraction of excited dimer). They are formed by collision between an excited molecu

41、le and an identical unexcited molecule,1M* + 1M - 1(MM,Many aromatic hydrocarbons such as naphthalene or pyrene can form excimers. The fluorescence band corresponding to an excimer is located at wavelengths higher than that of the monomer and does not show vibronic bands,115,Fig. Excimer formation w

42、ith the corresponding momomer and excimer bands,116,Fig. Fluorescence spectra of pyrene at various concentrations in cyclohexane. A: 10-2; B: 7.7510-3; C: 5.510-3; D: 3.2510-3; E: 10-3; G: 10-4 mol L-1,10 7.75 5.5 3.25 1 0.1,芘濃度（mmol L-1,例 1,A sensitive and selective “turn on” fluorescent chemosenso

43、r for Hg(II) ion based on a new pyrenethymine dyad,Anal. Chim. Acta 2005, 549 , 1013,118,Hg2,Fig. Fluorescence spectra of a solution of dyad 1 in H2O/CH3CN (20:1, v/v) at pH 7 with the addition of Hg(ClO4,119,例 2,Nucleic Acid-Induced Aggregation and Pyrene Excimer Formation,Org. Lett., 2009, 11(19),

44、 4302,120,Fig 2. UV-vis absorption and fluorescence emission spectra of 180 M of compound 1 alone and following its binding to 7.2M of simple oligonucleotide repeats in an aqueous buffer solution(MOPS, pH 7.5,121,3) 形成激基締合物（Exciplexes,Exciplexes are excited-state complexes (the term exciplex comes from exci