荧光寿命测定
荧光寿命测定的现代方法与应用
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Abstract The principles and characteristics of s ome of the m odern techniques,including time2correlated single2 photon counting(T CSPC),phase m odulation and strobe techniques,for fluorescence lifetime measurements have been briefly introduced.The advantages and disadvantages of each method have als o been pointed out.The comm on method used for the analysis of the fluorescence decay,taking T CSPC as an example,has been discussed in detail.On the basis of these introductions,the applications of time2res olved fluorescence techniques in chemical and biological re2 search have been overviewed.K ey w ords Fluorescence lifetime,T ime2correlated single photon counting,Phase m odulation methods,S trobe techniques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。
时间相关单光子计数法测量荧光寿命-2011
时间相关单光子计数法测量荧光寿命（一）实验目的与要求目的：1、了解时间相关单光子计数法测量荧光寿命的原理和方法2、学习时间相关单光子计数荧光光度计的使用方法要求：1、掌握时间相关单光子计数法测量荧光寿命的原理；2、理解荧光寿命测量在物质定性及定量分析中的应用；3、了解时间分辨荧光光光度计的基本组成，各部件的作用；4、学习利用Origin软件处理实验数据。
（二）实验原理1 时间相关单光子计数器工作原理TCSPC（Time-Correlated Single Photon Counting）是目前主要应用的荧光寿命测定技术。
1975 年由PTI(Photon Technology International) 公司首先商品化，此外，Edinburgh Instruments、IBH、HORIBA 等公司也在生产基于TCSPC 的时间分辨荧光光谱仪。
TCSPC 的工作原理如图1 所示，光源发出的脉冲光引起起始光电倍增管产生电信号，该信号通过恒分信号甄别器1 启动时辐转换器工作，时幅转换器产生一个随时间线性增长的电压信号。
另外，光源发出的脉冲光通过激发单色器到达样品池，样品产生的荧光信号再经过发射单色器到达终止光电倍增管，由此产生的电信号经由恒分信号甄别器2 到达时幅转换器并使其停止工作。
这时时幅转换器根据累积电压输出一个数字信号并在多道分析仪(Multichannel Analyzer) 的相应时间通道计入一个信号，表明检测到寿命为该时间的一个光子。
几十万次重复以后，不同的时间通道累积下来的光子数目不同。
以光子数对时间作图可得到如图2 所示直方图,此图经过平滑处理得到荧光衰减曲线。
图1 TCSPC 的工作原理简图图2 时间相关单光子计数2 荧光寿命及其含义假定一个无限窄的脉冲光(δ函数) 激发n 0个荧光分子到其激发态，处于激发态的分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k nr ，则激发态衰减速率可表示为)()()(t n k dtt dn nr +Γ-= 其中n (t ) 表示时间t 时激发态分子的数目，由此可得到激发态物种的单指数衰减方程。
荧光寿命测定方法
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：
E4 E3 E2
(10-8s) (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
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。
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。
荧光寿命和光催化
荧光寿命和光催化荧光寿命和光催化是化学领域中两个重要的概念。
荧光寿命是指荧光分子从激发态返回基态所需的时间，而光催化是指利用光能促使化学反应发生的过程。
本文将分别介绍荧光寿命和光催化的概念、原理、应用以及未来发展方向。
一、荧光寿命1.1概念荧光寿命是指荧光分子由激发态返回基态所需的平均时间。
在分子受到激发光的照射后，电子跃迁到高能级激发态，随后再以荧光辐射的形式返回基态。
荧光寿命可以作为荧光物质的特征性质，对于分子结构的研究和应用具有重要意义。
1.2原理荧光寿命的测定是通过观察荧光分子在激发态和基态之间跃迁的过程来实现的。
一般采用激光或者其他光源对样品进行激发，然后测量荧光发射的时间延迟，通过分析发射光的强度随时间的衰减曲线，可以得到荧光寿命的信息。
1.3应用荧光寿命具有广泛的应用价值，包括但不限于生物医学领域的分子探针、荧光成像技术、环境监测、材料科学等方面。
在生物医学领域，荧光寿命的测定可以用于分子标记和细胞成像，具有很好的生物相容性和生物标记度。
1.4发展方向随着技术的不断进步，荧光寿命的测定方法也在不断完善。
近年来，单分子荧光寿命成像技术逐渐成为研究热点，可以实现对单个分子的实时观测，为生物学研究提供了新的手段。
未来，荧光寿命的精确测定和应用将更加广泛和深入。
二、光催化2.1概念光催化是指利用光能来促进化学反应的过程。
通过选择合适的光催化剂和反应条件，可以实现一系列重要的化学转化，如光解水制氢、光催化氧化还原反应等。
2.2原理光催化的原理涉及到光生电子激发、电子转移和反应物质的吸附等多个方面。
一般来说，光催化反应需要两个步骤：光生电子-空穴对的产生和电子-空穴对的利用。
光生电子-空穴对可以通过光照射材料表面激发得到，之后通过电子转移反应参与到催化反应中。
2.3应用光催化在环境净化、化学合成、能源转化等领域具有广泛的应用前景。
例如，光催化技术可以用于大气污染物的降解、有机废水的处理、光催化水解制氢等方面。
flim 荧光寿命用途
flim 荧光寿命用途荧光寿命是指荧光物质在受到激发后，从激发态返回基态所需的时间。
荧光寿命是一种重要的物理特性，具有广泛的应用价值。
本文将介绍荧光寿命的定义、测量方法和在不同领域的应用。
一、荧光寿命的定义和测量方法荧光寿命是荧光物质从激发态退激回基态所需要的时间，它是荧光物质的一个固有性质。
荧光寿命的测量通常使用荧光寿命仪进行，该仪器可以通过测量荧光物质的光强随时间的变化来获得荧光寿命数据。
荧光寿命仪利用激光或其他光源激发荧光物质，然后通过检测荧光物质发射的荧光光强来确定荧光寿命。
二、荧光寿命的应用1. 生物医学研究领域荧光寿命在生物医学研究中有着广泛的应用。
例如，在分子生物学中，荧光寿命可以用于研究荧光标记的分子在细胞中的运动和相互作用。
荧光寿命还可以用于研究细胞内的代谢活动和分子结构的变化，如DNA的损伤修复和蛋白质的折叠过程等。
此外，荧光寿命还可以用于研究荧光染料在生物组织中的分布和代谢途径，从而为荧光成像提供了重要的信息。
2. 材料科学领域荧光寿命在材料科学领域也有着重要的应用。
例如，在半导体材料中，荧光寿命可以用于研究材料的光致发光性质和载流子寿命。
荧光寿命还可以用于研究荧光材料的光学性能和电子结构，从而为材料的设计和应用提供指导。
3. 环境监测领域荧光寿命在环境监测领域也有着重要的应用。
例如，在水质监测中，荧光寿命可以用于研究水中有机物质的来源和分解途径。
荧光寿命还可以用于研究大气颗粒物中的有机污染物和气溶胶物质，从而为环境保护和治理提供重要的数据支持。
4. 光电子学领域荧光寿命在光电子学领域也有着重要的应用。
例如，在光通信领域，荧光寿命可以用于研究光纤和光器件的光学性能和信号传输特性。
荧光寿命还可以用于研究光电器件的发光机制和光电转换效率，从而为光电子技术的发展提供重要的参考。
总结：荧光寿命作为荧光物质的一个重要特性，在生物医学、材料科学、环境监测和光电子学等领域都有着广泛的应用。
荧光寿命谱
荧光寿命谱
荧光寿命谱（Fluorescence Lifetime Spectrum）是一种用于研究物质荧光特性的光谱技术。
荧光寿命是指荧光物质在激发态下的寿命，它与物质的化学结构和所处环境密切相关。
通过测量荧光寿命，可以获取关于物质结构、性质和微观环境的信息。
荧光寿命谱测量技术主要包括时域和频域两种方法：
1. 时域荧光寿命测量：通过测量荧光信号随时间的变化，得到荧光寿命。
这种方法通常采用时间相关单光子计数（Time-Correlated Single Photon Counting，TCSPC）技术，可以测量寿命范围从几十皮秒到几秒的荧光过程。
2. 频域荧光寿命测量：通过测量荧光信号在激发光源频率范围内的变化，得到荧光寿命。
这种方法通常采用相调制（Phase Modulation）和频闪（Frequency Flash）等技术，可以测量寿命范围从几十兆赫兹到几十吉赫兹的荧光过程。
荧光寿命谱在物理学、化学、生物学、材料科学等领域有广泛的应用。
例如，在生物医学研究中，通过测量荧光寿命谱可以研究生物分子之间的相互作用、蛋白质的构象变化等；在材料科学中，可以研究材料的电子结构和光学性质等。
荧光寿命测定方法.
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。
谢谢大家！
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。
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。
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
荧光寿命名词解释
荧光寿命名词解释
荧光寿命是指荧光物质从激发态返回基态所需要的时间。
荧光物质在受到能量激发后，会进入激发态，此时电子处于高能级，不稳定的状态。
荧光物质会通过自发辐射的方式跃迁到较低的能级，释放出能量，并产生荧光现象。
荧光寿命就是这个跃迁过程所需要的时间。
荧光寿命是荧光物质特性的重要指标，通常用来描述荧光物质的稳定性和发光效率。
荧光寿命与分子的内部结构、化学环境和溶剂有关。
不同的荧光物质具有不同的荧光寿命，通常在纳秒到微秒的范围内。
荧光寿命可以通过多种方法进行测量，最常用的是时间相关单光子计数技术。
这种方法通过测量荧光物质所释放的光子的到达时间和强度，来推断荧光寿命。
还有一种方法是使用荧光寿命成像技术，该技术可以用来观察并测量荧光物质在空间上的分布和寿命。
荧光寿命的测量对于很多领域都有重要的应用价值。
在生物医学领域，荧光寿命可以用来研究生物分子的结构和功能，例如蛋白质的折叠状态和交互作用。
在材料科学领域，荧光寿命可以用来评估和优化荧光材料的性能，例如有机发光二极管（OLED）和荧光染料。
此外，荧光寿命还可以用来研究分子的运动和环境变化。
通过观察荧光寿命的变化，可以推断分子所处的生化过程和环境参数，如温度、离子浓度和pH值。
这些信息对于理解分子的功
能和反应动力学具有重要意义。
总之，荧光寿命是荧光物质特性的重要指标，可以用来研究分子结构和功能。
通过测量荧光寿命，可以获得对分子的独特信息，有助于推断分子的性质和反应过程。
荧光寿命在生命科学、材料科学和化学分析等领域都有广泛的应用。
荧光寿命的认识
荧光寿命在环境科学中的 应用拓展
利用荧光寿命对环境因素的敏 感性，开发基于荧光寿命的环 境监测技术，实现对环境污染 物的快速、灵敏检测。
跨学科合作与交流
加强荧光寿命研究领域的跨学 科合作与交流，推动荧光寿命 理论、技术和应用的创新发展 。
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感谢聆听
荧光寿命的认识
目
CONTENCT
录
• 荧光现象与荧光寿命基本概念 • 荧光寿命测量方法与技术 • 荧光寿命影响因素分析 • 荧光寿命在科学研究中的应用 • 荧光寿命测量实验设计与操作注意
事项 • 总结与展望
01
荧光现象与荧光寿命基本概念
荧光现象定义及产生原理
荧光现象定义
荧光现象是指某些物质在受到激发光照射后，能够吸收光能并发 出比激发光波长更长的可见光的现象。
光电材料
荧光寿命是研究光电材料性能的重要参数，可用 于评估材料的发光效率、载流子传输等性能。
3
荧光传感器
基于荧光寿命变化的荧光传感器具有高灵敏度、 高选择性等优点，可用于检测各种分析物，如离 子、分子、气体等。
05
荧光寿命测量实验设计与操作注意事项
实验设计思路及步骤
01
02
03
04
明确实验目的
荧光寿命测量可用于研究分子 结构、能量转移等过程，首先 需要明确实验的具体目的。
的程度也有所差异。
溶剂效应对荧光寿命影响
溶剂极性对荧光寿命的影响
溶剂的极性会影响荧光物质的激发态能量和稳定性，从而影响荧光寿命。一般来说，极性 溶剂会使荧光寿命变短。
溶剂粘度对荧光寿命的影响
溶剂的粘度会影响荧光分子在激发态时的旋转和振动，从而影响荧光寿命。粘度较大的溶 剂通常会使荧光寿命变长。
nature 碳点荧光寿命检测方法
nature 碳点荧光寿命检测方法
为了检测碳点的荧光寿命，可以使用新一代的Fluoromax+高灵敏度科研级荧光光谱仪。
该仪器拥有更宽的光谱测试范围（至2100nm）和更短的荧光寿命测试（至25ps）。
使用该仪器对碳点进行荧光寿命检测的具体步骤如下：
1. 打开Fluoromax+高灵敏度科研级荧光光谱仪，确保仪器处于正常工作状态。
2. 将碳点样品放置在样品台上，调整样品位置，使其位于仪器的测试范围内。
3. 选择适当的测试模式，如固体/液体样品、高通量筛选、低温/高温等，根据实际需求进行选择。
4. 开始测试，仪器会自动记录碳点的荧光光谱数据。
5. 测试结束后，仪器会自动计算出碳点的荧光寿命，并显示在屏幕上或输出到计算机中。
6. 对测试结果进行分析和处理，以了解碳点的荧光性质和性能。
需要注意的是，在测试过程中应保持仪器稳定，避免外界干扰。
同时，为了获得准确的测试结果，需要对碳点样品进行充分的分散和混合，以确保测试的代表性。
荧光寿命的定义
荧光寿命的定义荧光寿命的定义荧光是一种物质在受到激发后，通过放出能量的方式发射光线的现象。
荧光寿命则是指物质从受到激发到放出最后一束光线所经过的时间。
在化学、生物、医学等领域中，荧光寿命被广泛应用于分析和研究。
1. 荧光原理当物质受到能量激发时，其内部电子会处于高能态。
这些电子会迅速回到低能态，并释放出部分能量以形成荧光。
这些释放出来的能量以光子形式发射出来，形成一个荧光信号。
2. 荧光寿命测量原理荧光寿命测量是通过测定物质从受到激发到放出最后一束荧光所经过的时间来实现的。
在实验中，使用一个脉冲激发源将样品激发，并使用一个探测器记录样品放出的所有荧光信号。
然后，使用计算机对数据进行处理并计算出平均寿命。
3. 荧光寿命应用3.1 生物医学领域在生物医学领域，荧光寿命被广泛应用于细胞成像、蛋白质结构分析、药物筛选等方面。
例如，在蛋白质结构分析中，荧光标记的蛋白质可以通过测量其荧光寿命来确定其构象和结构。
3.2 化学领域在化学领域，荧光寿命被应用于分析有机化合物、检测金属离子等方面。
例如，在有机化合物分析中，荧光染料可以通过测量其荧光寿命来确定其种类和浓度。
4. 荧光寿命的影响因素4.1 分子内部环境分子内部环境是影响荧光寿命的重要因素之一。
例如，溶剂极性、温度、pH值等都会影响分子内部电子能级的位置和能量差，从而影响荧光寿命。
4.2 分子结构分子结构也是影响荧光寿命的重要因素之一。
不同的分子结构会导致不同的电子能级布局和能量差，从而影响荧光寿命。
5. 荧光寿命测量技术5.1 时间分辨荧光光谱仪时间分辨荧光光谱仪是一种能够测量荧光寿命的仪器。
它通过使用激光脉冲激发样品，并使用快速探测器记录样品放出的所有荧光信号，从而实现对荧光寿命的测量。
5.2 荧光共振能量转移技术荧光共振能量转移技术是一种能够测量分子间距离和相互作用的技术。
它利用两个不同的荧光染料，其中一个作为给体，另一个作为受体。
当两个染料非常接近时，给体染料会将其激发态能量传递给受体染料，导致受体染料发出荧光。
荧光寿命纵坐标
荧光寿命纵坐标
荧光寿命是指荧光物质在受到激发后，荧光强度衰减到原来的 1/e 所需的时间。
荧光寿命的测量通常可以通过时间分辨荧光光谱仪来完成。
在荧光寿命的测量中，通常会使用荧光寿命图来表示荧光物质的荧光寿命。
荧光寿命图的纵坐标通常表示荧光强度，横坐标通常表示时间。
当荧光物质被激发时，它会发出荧光，荧光强度会随着时间的推移而逐渐衰减。
在荧光寿命图中，荧光强度随时间的变化曲线通常呈现出指数衰减的趋势。
通过对荧光寿命图进行分析，可以得到荧光物质的荧光寿命。
荧光寿命的测量对于研究荧光物质的性质和荧光标记技术的应用非常重要。
荧光寿命可以提供有关荧光物质的分子结构、环境因素和相互作用等信息。
需要注意的是，荧光寿命的测量需要使用专门的仪器和技术，并需要对实验条件进行严格控制，以确保测量结果的准确性和可靠性。
希望这个解释对你有所帮助！如果你有任何其他问题，请随时提问。
荧光寿命试验报告模板
荧光寿命试验报告模板荧光寿命试验报告模板实验名称：荧光寿命试验实验日期：XXXX年XX月XX日一、实验目的：通过测量荧光发光的寿命，了解发光物质的性质和特点。
二、实验原理：荧光是物质受到光激发后产生的发光现象，荧光寿命是指荧光发光的持续时间。
荧光物质在受到激发后，部分能量被转化为光能量的形式发光，而荧光寿命则是发光逐渐衰减至灭光的时间。
三、实验仪器和材料：1. 荧光发光材料；2. 激发光源；3. 光谱仪；4. 计时器；5. 实验台。
四、实验步骤：1. 准备工作：将荧光发光材料放置在实验台上，并调节光源位置，使得激发光源能够直接照射到荧光发光材料上。
2. 激发光源：将光源打开，并调节光源强度和距离，使得光源能够充分激发荧光发光材料。
3. 启动计时器：在激发光源照射下，同时启动计时器，记录荧光发光的时间。
4. 测量发光强度：使用光谱仪测量荧光发光的强度，记录下荧光的光谱分布。
5. 结束实验：当荧光发光完全衰减至灭光时，停止计时器并结束实验。
五、数据处理和结果分析：1. 根据实验记录得到荧光发光的时间数据。
2. 根据光谱仪测量的数据，绘制荧光的光谱分布图。
3. 根据荧光发光的时间数据绘制荧光发光强度与时间的变化曲线图。
4. 分析曲线图的趋势和特点，得出荧光寿命的大小和发光特性。
六、实验结论：根据实验数据和分析结果，得出荧光寿命的大小和发光特性。
七、实验心得：在本次实验中，通过测量荧光发光的寿命，我对荧光物质的性质和特点有了更深入的了解。
实验中需注意光源强度和距离的合适调节，以确保荧光发光材料能够充分受到激发。
同时，在测量光谱和发光强度时要仔细调整仪器，以保证测量的准确性和可靠性。
以上就是荧光寿命试验报告的模板，希望能对你有所帮助。
荧光发射和荧光寿命 [lifetime] 的工作原理
![荧光发射和荧光寿命 [lifetime] 的工作原理](https://img.taocdn.com/s3/m/dc72b890b04e852458fb770bf78a6529647d35b5.png)
荧光发射和荧光寿命[lifetime] 的工作原理
荧光发射和荧光寿命是荧光分析技术中的重要概念，其工作原理如下：
1. 荧光发射：荧光是分子在吸收能量后，从基态跃迁到激发态，然后从激发态回到基态时所产生的光辐射。
在这个过程中，分子吸收光子能量，从基态（S0）跃迁到激发态（S1）。
根据Frank-Condon规则，分子在吸收特定波长的光子后，被激发到单线态的激发态电子能级
S1中的某一个振动能级上。
这个过程的时间约为10-15秒。
2. 荧光寿命：荧光寿命是指分子在激发态停留的平均时间，它表示粒子在激发态存在的平均时间。
荧光寿命与荧光物质的自身结构和所处的微环境（如极性、粘度等）有关，而与激发光强度、荧光团浓度等因素无关。
当激发停止后，分子激发出的荧光强度降到激发最大强度时的1/e所需的时间被称为荧光寿命。
3. 荧光寿命成像技术：通过时间分辨荧光寿命成像显微镜（Fluorescence lifetime imaging microscopy, FLIM）对样品进行荧光寿命成像，可以对样品所在的微环境中的许多物理参数（如氧压、溶液疏水性等）及生物化学参数（如pH值、离子浓度等）进行定量测量。
此外，荧光寿命成像技术还可以同时获得分子状态和空间分布的信息。
4. 测量荧光寿命的主要技术：时间相关单光子计数法（Time-Correlated Single-Photon Counting, TCSPC）是目前测量荧光寿命的主要技术。
其工作原理是使用窄脉冲激光激发样品，然后检测样品发出的第一个荧光光子到达光信号接收器的时间。
通过将该时间成比例地转化为对应的电压脉冲，并进一步分析电压脉冲，可以获得荧光寿命的信息。
荧光寿命衰减曲线判断识别过程
荧光寿命衰减曲线判断识别过程
荧光寿命衰减曲线判断识别过程一般包括以下几个步骤：
1. 实验测量：首先，需要进行荧光寿命衰减曲线的测量，通常可以使用荧光寿命仪等设备进行测量。
在测量过程中，需要记录下一系列时间点对应的荧光强度值。
2. 数据处理：将测量得到的荧光寿命衰减曲线进行数据处理。
可以通过计算每个时间点对应的荧光衰减速率、荧光寿命平均值等指标来揭示样品中的荧光特性。
3. 特征提取：根据荧光寿命衰减曲线的数据，提取特征用于判断和识别。
常见的特征提取方法包括对整个曲线进行综合分析，比如计算峰值、半寿期、衰减速率等指标。
4. 分类模型构建：利用提取的特征数据，建立荧光寿命衰减曲线的分类模型。
可以使用机器学习算法，如支持向量机、神经网络等，或者其他统计方法进行分类模型的构建。
5. 模型训练和评估：使用已标记的荧光寿命衰减曲线数据集，对分类模型进行训练。
此后，通过测试集对模型进行测试和评估，以确定模型的性能和准确度。
6. 判别识别：最后，在实际应用中，将待判别的荧光寿命衰减曲线输入训练好的分类模型中进行识别和判断。
模型会根据待判别的特征数据，将其归为某个特定类别，从而实现对荧光特性的判断和识别。
需要注意的是，上述过程中的具体步骤和方法可能会因具体实验对象、设备和算法的不同而有所不同。
因此，具体实施过程应根据实际情况进行调整和优化。
荧光寿命_论文-自然科学论文
荧光寿命荧光寿命（ FLT）检测摘要这个技术手册介绍了荧光寿命（ FLT）这种新技术的基本原理。
从这本技术手册里，我们可以简单的了解与这项技术相关的理论基础和与之配合的实验条件，以及通过一项应用实例讨论了如何对实验中所获得的数据进行解析和归类的方法。
•微孔板技术在高通量筛选中的价值使用者利用一个 marker或者是标记物受光激发后，通过一台普通的微孔板阅读器，就可以监测生化和生物反应进程。
常用的读取模式包括检测吸收光，荧光强度(FI)，荧光偏振（FP），时间分辨荧光（TRF）。
一般没有方法能够包含所有可能的分析模式，如果达到这样的高分析程度，需要一个配套的方法能够覆盖尽可能宽的实验范围。
尽管如此，，还是会有一种方法被优选选择，通过它能够得到更可靠的数据，更高端的信息，以及迅速的读取数据。
荧光寿命被定义成荧光分析在回到基态之前驻留在激发态的时间。
荧光寿命对荧光标记物周围的微环境高度敏感。
当标记一个反应对，由于化学反应改变这个反应对的状态（例如在酶反应体系中）或者是发生了与其他结合伴侣的结合（例如受体 -配体的结合），将影响到上面所提到的微环境。
无论如何，检测荧光寿命将直接指示反应环境。
这类信号要远远强于通常会影响其它探测方法的干扰信号，因此它将为市场需求加入巨大的推动力。
Tecan Ultran Evolution detection platform已经融入了对荧光寿命的检测。
除了已经发展的各种检测方法以外，这项新技术使得Ultran Evolution技术平台具有更强的市场应用前景。
2.荧光寿命测定的原理用 Ultra Evolution测定荧光寿命采用的一种方法，称作时间关联的单光子计数（TCSPC）。
实验的基本流程显示在图1。
一个脉冲激光器重复激发样品。
调节激发脉冲的强度，使得对于任何一个脉冲，在探测器上只有一个光子被计数。
按照测量的激光脉冲和探测器感应之间的这段时间，将计数值引入已用荧光计数和时间绘制的柱状图。
荧光寿命的定义
荧光寿命的定义简介荧光寿命是描述荧光物质发光时间的一个重要参数。
随着光学技术的快速发展，对荧光寿命的研究也越来越深入。
荧光寿命在许多领域中都有广泛的应用，如生物物理学、材料科学、化学等。
本文将对荧光寿命的定义进行详细探讨，包括荧光寿命的概念、测量方法和影响因素等。
荧光寿命的概念荧光寿命是指荧光物质由受激态回到基态所需的时间。
当荧光物质受到外界激发能量时，部分电子会从基态跃迁到激发态，形成受激态。
随后，受激态上的电子会自发地跃迁回到基态，释放出能量并产生荧光。
荧光寿命是受激态电子从激发态回到基态所需的平均时间。
荧光寿命的长短与荧光物质的性质密切相关，它可以通过荧光寿命测量仪器来获得。
荧光寿命的测量方法有许多方法可以用来测量荧光寿命，其中最常用的方法是荧光寿命衰减法。
该方法通过测量荧光强度随时间的衰减曲线来得到荧光寿命。
具体操作步骤如下： 1. 准备样品：选择合适的荧光物质作为样品，并将其制备成适当的形式，如溶液、薄膜等。
2. 激发样品：使用合适的激发源，如激光器或荧光灯，对样品进行激发。
激发波长通常与样品的吸收峰相匹配。
3. 收集荧光信号：使用荧光探测器收集样品发出的荧光信号，并将其转化为电信号。
4. 记录荧光信号随时间的变化：使用荧光寿命测量仪器记录荧光信号随时间的变化，并得到荧光强度随时间的衰减曲线。
5. 拟合曲线：利用合适的数学模型，如指数衰减模型，对荧光衰减曲线进行拟合，从而得到荧光寿命。
影响荧光寿命的因素荧光寿命受到多种因素的影响，其中包括以下几个方面： 1. 荧光物质的性质：荧光物质的分子结构和化学组成对荧光寿命有重要影响。
不同的分子结构会导致不同的荧光激发和退激发机制，从而影响荧光寿命的长短。
2. 温度：温度是影响荧光寿命的重要因素。
一般情况下，荧光寿命会随着温度的升高而缩短。
这是因为温度的升高会增加分子的振动和动力学速率，从而加快荧光退激发的速率。
3. 溶剂效应：溶剂对荧光寿命也有较大影响。
荧光寿命的定义
荧光寿命的定义荧光寿命是指荧光分子从激发态退回到基态所需的时间。
荧光寿命是荧光分析中的一个重要参数，它可以用来确定荧光分子的性质和环境。
荧光寿命的测量方法有很多种，其中最常用的是荧光寿命测量仪。
荧光是一种物质在受到激发后发出的光。
荧光分子在受到激发后，会从基态跃迁到激发态，然后再从激发态退回到基态，发出荧光。
荧光寿命是指荧光分子从激发态退回到基态所需的时间。
荧光寿命的单位是秒。
荧光寿命的测量方法荧光寿命的测量方法有很多种，其中最常用的是荧光寿命测量仪。
荧光寿命测量仪是一种专门用于测量荧光寿命的仪器，它可以测量荧光分子在不同环境下的荧光寿命。
荧光寿命测量仪的原理是利用荧光分子在受到激发后发出的荧光光谱来测量荧光寿命。
荧光寿命测量仪会向样品中注入一定量的激发光，然后测量样品中发出的荧光光谱和荧光寿命。
荧光寿命测量仪可以测量荧光分子在不同环境下的荧光寿命，例如在溶液中、在固体中、在生物体内等。
荧光寿命的应用荧光寿命在生物医学、环境监测、材料科学等领域有着广泛的应用。
在生物医学领域，荧光寿命可以用来研究生物分子的结构和功能，例如蛋白质、核酸、糖类等。
荧光寿命还可以用来研究生物分子在细胞内的分布和运动。
在环境监测领域，荧光寿命可以用来研究环境中的污染物和有害物质，例如重金属、有机物等。
荧光寿命还可以用来研究水体、土壤、大气等环境中的生物和非生物成分。
在材料科学领域，荧光寿命可以用来研究材料的结构和性质，例如聚合物、纳米材料等。
荧光寿命还可以用来研究材料的光学性质和电学性质。
荧光寿命是荧光分析中的一个重要参数，它可以用来确定荧光分子的性质和环境。
荧光寿命的测量方法有很多种，其中最常用的是荧光寿命测量仪。
荧光寿命在生物医学、环境监测、材料科学等领域有着广泛的应用。
荧光平均寿命
荧光平均寿命荧光平均寿命是一个非常重要的参数，常常用于描述荧光材料的荧光特性，也被广泛用于生物医学、材料科学、化学、物理学等领域。
荧光平均寿命是荧光发射的持续时间，是指在激发光源的作用下，物质吸收能量后发出荧光的平均持续时间。
荧光平均寿命可以反映荧光材料内部荧光衰减的速度以及能量转移的过程。
荧光材料是一种特殊的分子或化合物，其分子结构中含有能够发生荧光的活性基团，当其受到激发能量时，能够发出特定波长的荧光信号。
荧光信号不仅具有高度的灵敏度和选择性，还具有高采样速度和非破坏性等特点，因此被广泛用于分析、传感、成像等领域。
荧光平均寿命是荧光材料的一个重要参数，它可以反映出荧光信号的时间演化规律和荧光衰减速度。
荧光信号的衰减速度与荧光平均寿命成反比关系，荧光平均寿命越长，信号衰减速度越慢，信号持续时间越长，具有更好的稳定性和可靠性。
荧光平均寿命的测定方法主要有时间分辨荧光光谱仪、荧光寿命成像系统和脉冲激光荧光寿命测量系统等。
其中，时间分辨荧光光谱仪是最常用的测量荧光平均寿命的方法，通过对样品的荧光发射信号进行光谱分析和时间延迟分析，可以得到荧光信号的荧光发射光谱和荧光平均寿命等信息。
在生物医学领域，荧光平均寿命被广泛用于分析细胞内蛋白质结构、药物分子与细胞内组分的相互作用、蛋白质分子的折叠状态等生物过程。
荧光平均寿命可以反映出样品内分子的结构和动力学特性，可以用于解析细胞内生物过程的复杂性，为药物研发和疾病诊断提供了新的手段。
在材料科学领域，荧光平均寿命被广泛应用于分析材料的化学组成、结构和性能等方面。
荧光平均寿命可以用于表征材料表面和界面的能量转移和荧光共振能量转移过程，为优化材料设计和制备提供了新的思路和方法。
总之，荧光平均寿命是荧光材料的一个重要参数，具有广泛的应用价值和研究意义。
在今后的生物医学、材料科学、化学、物理学等领域的研究中，荧光平均寿命将扮演着越来越重要的角色，为科技创新和人类福祉做出更大的贡献。
荧光寿命测定方法
I ( t) = I0 exp ( - t/τ) 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。
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
激光(Laser)的全名是“光的受激辐射放大”。 激光(Laser)的全名是“光的受激辐射放大”。 Pf(t) ≈ <λ(t)> = αI（t） 一、荧光寿命的概念
E2
阳极：经过多次倍增后的电子被阳极收集，形成输出信号。
E E 上转换法(Upcon-version Methods)
1 1 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
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。
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：
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的分子体积 ( V0 ) ,根据 Perrin 方程来计算荧光寿命[4] ,虽然这种方法所用仪器比较简单 ,但测定过
数有限 ,因此测量精度较差 。1980 年后多频相技术得到发展 ,相调制技术测定荧光寿命的精度也随之
提高 ,从而使复杂体系荧光寿命测定成为可能。但同时仪器也变得昂贵 ,实验测定难度也相应增大。
113 频闪技术[9]
频闪技术也叫脉冲取样 技 术 ( Pulse Sam2
pling Techniques) ,仪器工作原理示于图 3 ( a) 。
首先商品化 。此外 ,Edinburgh Instruments、IBH、HORIBA 等公司也在生产基于 TCSPC 的时间分辨荧
光光谱仪 。
TCSPC 的工作原理如图 1 所示 ,光源发出的脉冲光引起起始光电倍增管产生电信号 ,该信号通
过恒分信号甄别器 1 启动时辐转换器工作 ,时幅转换器产生一个随时间线性增长的电压信号 。另
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 。
外 ,光源发出的脉冲光通过激发单色器到达样品池 ,样品产生的荧光信号再经过发射单色器到达终
止光电倍增管 ,由此产生的电信号经由恒分信号甄别器 2 到达时幅转换器并使其停止工作 。这时
时幅转换器根据累积电压输出一个数字信号并在多道分析仪 (Multichannel Analyzer) 的相应时间通
道计入一个信号 ,表明检测到寿命为该时间的一个光子 。几十万次重复以后 ,不同的时间通道累积
下来的光子数目不同 。以光子数对时间作图可得到如图 2 所示直方图 ,此图经过平滑处理得到荧
光衰减曲线 。
图 1 单光子计数( TCSPC) 测定
图 2 单光子计数荧光衰减曲线
荧光寿命工作原理图
形成示意图
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 。假若一次激发引起的是多个荧光光子信号 ,则最先到达光电倍增管的 (寿命短的) 光子引
相调制技术也称之为“频域法”( Frequency2Domain Method) 。相调制与 TCSPC 不同之处在于样
品被正弦调制的激发光激发 ,发射光是激发光的受迫响应 ,因此发射光和激发光有着相同的圆频率 (ω) ,但是由于激发态的微小时间停滞 ———荧光寿命 ,调制发射波在相上滞后激发波一个相角 <。
上早在 1960 年就有人提出用频闪技术测定荧
光寿命[10] ,不过当时能够测定的荧光寿命在毫
秒级 、分辨率太差 ,实用价值不大 ,因此一直没
有得到广泛关注 。随着计算机技术的 发 展 ,
1987 年 PTI 公司将纳秒级频率荧光寿命测定仪
商品化[9] 。最近 PTI 公司推出了新一代频闪分
时光谱仪[11] ,据称新一代频闪分时光谱仪有着
另外 ,相对于激发波 ,发射波被部分解调 ,其振幅比激发波的振幅小 。利用实验测定的相角 < 和解
调参数 m (发射波振幅与激发波振幅之比) 可计算出相寿命 (τp ) 和调制寿命 (τm) ,对于单指数衰减 , τp 与τm 相等 。关于相调制法荧光寿命的测定原理可参见文献[ 4 ] 。
相调制技术所用仪器比 TCSPC 类仪器便宜 ,而且测定速度也快得多 ,但实验所能选择的频率
光被检测 。如果在预设时间内没有荧光信号到达终止光电倍增管 ,则时幅转换器自动回复到零 ,不
输出信号 。
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 。但是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 。
TCSPC 的准确性 ,比相调制测定速度更快 ,操作
也很方便 ,仪器价格也大大降低 。不过脉冲法 得到的荧光衰减曲线包含噪音的水平尚无法知
图 3 脉冲取样法测定荧光寿命工作原理图 (a) 工作原理图 ; (b) 检测时间门与
道 ,在数据分析时应当有所估计 。
荧光衰减关系示意图
除了上述三种主要的荧光寿命测定方法外 ,条纹相 机法 (Streak Cameras) [12] 和上转换法 (Upcon2
测定中 ,样品被脉冲光源激发 。与脉冲光源同
步 ,电压脉冲启动或按一定程式延迟启动光电
倍增管 ,光电倍增管按预设时间门 (Δt) 检测样
品的荧光强度 。一般检测时间门比荧光寿命短
得多 ,这样通过逐渐改变光电倍增管的延迟时
间 ,可以得到样品被脉冲光源激发后不同时刻
的一系列荧光强度 ,结果如图 3 ( b) 所示 。实际
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 ( Time2Correlated Single2Photon Counting , TCSPC) 、相调制法 ( Phase Modulation Methods) 和频闪技术 (Strobe Techniques) 。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
version Methods) [13] 近年来也颇受人们关注 。
2 荧光寿命测定中的数据处理
211 荧光寿命及其含义
假定一个无限窄的脉冲光 (δ函数) 激发 n0 个荧光分子到其激发态 ,处于激发态的分子将通过
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) dt
=-
(Γ + knr ) n ( t)
(2)
其中 n ( t) 表示时间 t 时激发态分子的数目 ,由此可得到激发态物种的单指数衰减方程 。
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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 。
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 。
1 P
-
1 3
≡
1 P0
-
1 3
1
+
R Tτ ηV0
(1)
111 时间相关单光子记数法[4 ,5]
TCSPC 是目前主要应用的荧光寿命测定技术 ,1975 年由 PTI( Photon Technology International) 公司
起时幅转换器停止 ,而长寿命的光子不被检测 ,这样实际得到的荧光衰减曲线将向短寿命一方偏
移 ,这种现象被称之为“堆积”效应 ( Pileup Effect) [6 ,7] 。为了避免堆积效应 ,实际测定时 ,多道分析仪
存储的光子数大致只有光源脉冲数的 1 %。也就是说 ,光源 100 次脉冲 ,大约只有 1 次所引发的荧
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 ,2001202225 修回
Key words Fluorescence lifetime , Time2correlated single photon counting , Phase modulation methods , Strobe techniques
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 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[1] 、固液界面上吸附态 高分子的构象重排[2] 、蛋白质高级结构的变化[3] 等 。
(4)
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
(5)
也就是说荧光强度衰减到初始强度的 1Πe 时所需要的时间就是该荧光物种在测定条件下的荧光寿
命 。实际上用荧光强度的对数对时间作图 ,直线斜率即为荧光寿命倒数的负值 。荧光寿命也可以
理解为荧光物种在激发态的统计平均停留时间 。事实上当荧光物质被激发后有些激发态分子立即