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1、第30卷 第2期陕西师范大学学报(自然科学版)Vol.30No.22002年6月JournalofShaanxiNormalUniversity(NaturalScienceEdition)Jun.2002文章编号:100123857(2002)02200622043化学研究中的光物理技术房 喻(陕西师范大学化学与材料科学学院,陕西西安710062)摘 要:概述了各种用于化学科学研究的光物理技术,并对用途极为广泛、公众了解较少的时间分辨荧光各向异性技术的基本测定原理和应用做了较为详细的论述.指出了光物理技术的最新发
2、展以及国内光物理技术在化学科学研究中的应用现状.建议国家自然科学基金委员会发挥协调作用,促使合肥同步辐射国家实验室尽快建立时间分辨荧光各向异性测定的实验条件.关键词:光物理技术;时间分辨荧光各向异性测定;化学研究;荧光中图分类号:O631.2 文献标识码:A随着生命科学、材料科学和信息科学的迅速发展,基于分子间弱相互作用的超分子和超分子体系研究愈来愈受到化学工作者的重视,化学科学研究的重心也由分子内原子间的强相互[1]作用研究逐渐转向分子以上层次的弱相互作用研究.1987年诺贝尔化学奖授予Pedersen、Cran
3、和Lehn等三位超分子科学工作者,标志着一门新的化学科学分支———超分子化学的诞生.不同于传统化学科学分支,超分子化学空前的将物理化学、无机化学、有机化学、分析化学和高分子化学与物理贯通起来,使化学科学发展到了一个崭新的阶段.当今超分子化学研究的一个重要方面就是设计和构筑具有特定功能的超分子或超分子体系.这些工作的开展需要深刻认识超分子和超分子体系的平衡态结构和形成动态过程等基本物理化学问题,这就要求充分发展各种各样微观尺度上的显微技术和分子、原子操纵技术,同时也要发展具有广泛用途的特种光谱技术.1 光物理技术及应
4、用光物理技术是通过研究具有荧光(或磷光)活性的探针(Probes)或标记物(Labels)小分子[2～4]光物理性质随环境因素的变化而研究体系物理化学性质的一类方法.这类方法具有灵敏度高、选择性好、针对性强、方法多样、适用面广等优点,因此近年来在超分子和超分子体系的物理化学问题研究中得到了越来越广泛的应用.光物理技术可分为静态光物理技术(Steady2StatePhotophysicalTechniques)和分时光物理3本文是作者在2001年9月由国家自然科学基金委员会化学科学部在大连召开的“全国物理化学学科发展
5、战略研讨会”和10月北京“超分子化学香山会议”上的发言整理而成.收稿日期:2001210210基金项目:国家自然科学基金资助项目(29973024;20173035)作者简介:房喻(1956—),男,陕西西安人,陕西师范大学教授,博士研究生导师,英国Lancaster大学博士©1995-2004TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved. 第2期房喻:化学研究中的光物理技术63技术(Time2ResolvedPhotophysicalTechnique
6、s)两大类.因选用光物理参量的不同或实验方法的不同,静态光物理技术又可分为:激发光谱和发射光谱测量(光谱形状和位移、Stokes位移、激发态缔合物(Excimer或Exciplex)形成、荧光或磷光量子产率等),荧光猝灭(Fluorescence图1 偏振光吸收和偏振光发射Quenching),非辐射能量转移(Non2RadiativeEnergyFig.1PolarizedabsorptionandTransfer),荧光各向异性或荧光偏振(FluorescenceluminescenceemissionAnis
7、otropyorFluorescencePolarization)等.与之相应,分时光物理技术也可以分为时间分辨荧光光谱(Time2ResolvedEmissionSpectroscopy,TRES),时间分辨非辐射能量转移,以及时间分辨荧光各向异性测量(Time2Resolved(Fluorescence)AnisotropyMeasurements,TRAMS)等.由于TRAMS用途广泛,且又不为国内大多数化学工作者所熟悉,因此有必要对TRAMS技术做简要介绍.要了解TRAMS的测定原理,需要首先了解荧光偏振现
8、象.任何荧光分子都可用其“吸收跃迁矩”MA和“发射跃迁矩”ME来描述,对于给定分子,其MA和ME分别有固定的取向.具体来讲,分子的MA和ME取向仅决定于分子内的电子跃迁本质,也就是说取决于分子的结构.分子对面偏振光的吸收概率正比于其吸收跃迁矩MA与偏振光取向(P)间夹角α的余弦2平方(cosα).类似地,荧光强度正比于发射跃迁矩ME与检偏器取向(A)夹角β的
