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1、http:PPchina.chemistrymag.org 化学通报 2001年第10期·631·荧光寿命测定的现代方法与应用房 喻 王 辉(陕西师范大学化学系 西安 710062)摘 要 介绍了时间相关单光子计数、相调制和频闪等三种现代荧光寿命测定方法的工作原理,指出了各种方法的优点和局限性;介绍了时间相关单光子计数实验数据的处理方法;概述了时间分辨荧光技术在化学和生命科学中的应用。关键词 荧光寿命 单光子计数 相调制法 频闪技术AbstractTheprinciplesandcharacteristicsofsomeoft
2、hemoderntechniques,includingtime2correlatedsingle2photoncounting(TCSPC),phasemodulationandstrobetechniques,forfluorescencelifetimemeasurementshavebeenbrieflyintroduced.Theadvantagesanddisadvantagesofeachmethodhavealsobeenpointedout.Thecommonmethodusedfortheanalysisofthef
3、luorescencedecay,takingTCSPCasanexample,hasbeendiscussedindetail.Onthebasisoftheseintroductions,theapplicationsoftime2resolvedfluorescencetechniquesinchemicalandbiologicalre2searchhavebeenoverviewed.KeywordsFluorescencelifetime,Time2correlatedsinglephotoncounting,Phasemo
4、dulationmethods,Strobetechniques荧光是分子吸收能量后其基态电子被激发到单线激发态后由第一单线激发态回到基态时所发生的,而荧光寿命是指分子在单线激发态所平均停留的时间。荧光物质的荧光寿命不仅与自身的结构而且与其所处微环境的极性、粘度等条件有关,因此通过荧光寿命测定可以直接了解所研究体系发生的变化。荧光现象多发生在纳秒级,这正好是分子运动所发生的时间尺度,因此利用荧光技[1]术可以“看”到许多复杂的分子间作用过程,例如超分子体系中分子间的簇集、固液界面上吸附态[2][3]高分子的构象重排、蛋白质高级结构的变化
5、等。除了直接应用之外,荧光寿命测定还是其它时间分辨荧光技术的基础。例如基于荧光寿命测定的荧光猝灭技术可以研究猝灭剂与荧光标记物或探针相互靠近的难易,从而对所研究体系中探针或标记物所处微环境的性质作出判断。基于荧光寿命测定的时间分辨荧光光谱可以用来研究激发态发生的分子内或分子间作用以及作用发生的快慢。另外,非辐射能量转移、时间分辨荧光各向异性等主要荧光技术都离不开荧光寿命测定。因此本文拟对荧光寿命测定的主要方法、各种方法的原理、特点以及荧光寿命测定的主要应用进行介绍。1 荧光寿命测定荧光寿命测定的现代方法主要有三种,即时间相关单光子记数法
6、(Time2CorrelatedSingle2PhotonCounting,TCSPC)、相调制法(PhaseModulationMethods)和频闪技术(StrobeTechniques)。在这些方法出现之前,人们也曾通过测定荧光物种在溶液中的荧光偏振(P)、溶液粘度(η)以及估算荧光物种房 喻 男,44岁,博士,教授,主要从事光物理应用和高分子胶体与界面研究。E2mail:yfang@snnu.edu.cn国家自然科学基金资助项目(29973024)和教育部中青年骨干教师基金资助项目(3006)2001201231收稿,20012
7、02225修回©1995-2004TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.·632·化学通报 2001年第10期 http:PPwww.chemistrymag.org[4]的分子体积(V0),根据Perrin方程来计算荧光寿命,虽然这种方法所用仪器比较简单,但测定过程烦琐,而且不管荧光衰减机理,都只给出平均寿命,因此实际应用意义有限。1111RTτ-≡-1+(1)P3P03ηV0[4,5]111 时间相关单光子记数法TCSPC是目前主要应用的荧光寿命测定技术,1
8、975年由PTI(PhotonTechnologyInternational)公司首先商品化。此外,EdinburghInstruments、IBH、HORIBA等公司也在生产基于TCSPC的时间分辨荧光光
