荧光寿命测定方法

二、测定荧光寿命的几种方法
荧光寿命测定的现代方法主要有以下几种： 时间相关单光子记数法(Time-Correlated Single-Photon Counting ，TCSPC) 频闪技术(Strobe Techniques) 相调制法(Phase Modulation Methods) 条纹相机法(Streak Cameras) 上转换法(Upcon-version Methods)
三、单光子计数方法
•
单光子计数技术，是检测极微弱光的有力手段，这一技术是通过 分辨单个光子在检测器（PMT）中激发出来的光电子脉冲，把光 信号从热噪声中以数字化的方式提取出来 • 光电倍增管(PMT)是一种高灵敏度电真空光敏器件，主要包括以下 几个部分： 光窗：光线或射线射入的窗口璃； 光阴极：这是接受光子产生光电子的电极； 倍增极：管内光电子产生倍增的电极，倍增极的数目有8～13个，一 般电子放大倍数达106-109； 阳极：经过多次倍增后的电子被阳极收集，形成输出信号。
E4 E3 E2
(1源自文库-8s) (10-3s)
E4 E3 E2
h
E1
E1
一、荧光寿命的概念
自发辐射：处于高能级E2的原子自发地向低能级E1跃迁，并发射出一个频
率为 υ=（ E2- E1 ）/h的光子。
自发跃迁几率：发光材料在单位时间内，从高能级上产生自发辐射的发光
粒子数密度占高能级总粒子数密度的比值 A21=(dn21/dt)sp/n2
五、荧光寿命测定中可能存在的问题
• 当荧光寿命值与仪器自身响应时间为同一量级时，实测结果为二 者的卷积，需要对结果进行解卷积，扣除系统响应时间的影响。 • 发光材料自身存在荧光俘获效应，尽量减小样品厚度。
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三、单光子计数方法
荧光的发射是一个统计过程，很少有荧光分子刚好在τ（荧光寿命）时刻 发射荧光，荧光寿命仅反映荧光强度衰减到其起始值1/e所需的时间。 在被测的微弱随机光场作用下，光检测计光阴极发射光电子，其行为可 用双随机泊松点过程来描述，光电子时间统计特性可用多重概率密度求 平均来得到
式中：tj＝to＋tj0 得到光检测方程
均寿命τ 。 τ =1/A21
一、荧光寿命的概念
假定一个无限窄的脉冲光(δ函数) 激发n0 个原子到其激发态,处于激发态的 原子将通过辐射或非辐射跃迁返回基态。假定两种衰减跃迁速率分别为Γ 和knr ,则激发态衰减速率可表示为 d n ( t)/d t= - (Γ + knr ) n ( t) 其中n ( t) 表示时间t 时激发态原子的数目,由此可得到激发态物质的单指数 衰减方程。 n ( t) = n0 exp ( - t/τ) 式中τ为荧光寿命。荧光强度正比于衰减的激发态分子数,因此可将上式改 写为: I ( t) = I0 exp ( - t/τ) 其中I0 是时间为零时的荧光强度。于是,荧光寿命定义为衰减总速率的倒数: τ = (Γ + knr ) - 1 也就是说荧光强度衰减到初始强度的1/e 时所需要的时间就是该荧光物质 在测定条件下的荧光寿命。
一、荧光寿命的概念
自发辐射跃迁的过程是一种只与原子本身的性质有关，与辐射场无关的自
发过程。A21的大小与原子处在E2能级上的平均寿命τ 2有关。 E2能级上的粒子数密度n2随时间的变化率
dn2(t)/dt=-(dn21/dt)sp=-A21n2(t)
n2(t)= n2(0)e -A21n2(t)
定义粒子数密度由t=0时的n(0)衰减到它的1/e时所用的时间为E2能级的平
Pf(t) ≈ <λ(t)> = αI（t） 只要测得单个光电子到达时间概率分布，也就得到了微弱光场衰变曲线。 利用窗口鉴别器开设时间窗口，可以很方便地测量激发后不同时间区间 的荧光光谱，就得到了时间分辨荧光光谱。利用非线性最小二乘法、矩 法、Laplace 变换法、最大熵法以及正弦变换法等拟合曲线得到结果。
三、时间相关单光子计数方法TCSPC
时间相关单光子计数技术首先由 Bollinger、Bennett、Koechlin 三人在六十 年代为检测被射线激发的闪烁体发光而建立的,后来人们把它应用到荧光 寿命的测量。
四、TCSPC技术优缺点
• TCSPC 法的突出优点在于灵敏度高、测定结果准确、系统误差 小,是目前最流行的荧光寿命测定方法； • 实际测定中,必须调节样品的荧光强度,确保每次激发后最多只有 一个荧光光子到达终止光电倍增管。否则会引起“堆积效应” (Pileup Effect)； • 对于量子效率较高的样品，需要限制激发光强度，即减小多个光 电子同时到达的概率； • 这种方法所用仪器结构复杂、价格昂贵、而且测定速度慢,无法满 足某些特殊体系荧光寿命测定的要求。
λ（t）＝ αI（t） 式中：α 是比例系数。说明光电子发射概率密度与光场瞬时强度成正比。
三、时间相关的单光子计数方法TCSPC
降低激光功率，使每一个激光脉冲所含能量足够小，以至于每次激发样 品时或者仅有１个荧光光子到达探测器的光阴极，或者没有。假如100个 激光脉冲激发样品，所发出的荧光光子仅能使光阴极平均发射１个光电 子。光子q重概率密度则变成单个光电子概率密度：
荧光寿命的测定方法
2013-9-26
一、荧光寿命的概念
二、测定荧光寿命的几种方法
三、时间相关单光子计数方法TCSPC
四、TCSPC技术优缺点
五、荧光寿命测定中可能存在的问题
一、荧光寿命的概念
激光(Laser)的全名是“光的受激辐射放大”。 (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation)