荧光寿命的认识 ppt课件
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从下式可以得到F的粗略估计值(单位为秒)。 1/F≈104 max
在讨论寿命时，必须注意不要把寿命与跃迁时间混 淆起来。跃迁时间是跃迁频率的倒数，而寿命是指分 子在某种特定状态下存在的时间。
通过量测寿命，可以得到有关分子结构和动力学方 面的信息。
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• 荧光寿命及其含义
• （1）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
• 图中第二条曲线为样品的实测荧光衰减曲线N(tk) ,
实际上为L(tk)与脉冲响应函数I(t)的卷积，即N(tk)
= L(tk) ○I(t) (6)
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• 第三条曲线是实测荧光强度衰减曲线的拟合 函数Nc(tk) 。利用解卷积的办法有可能得到 脉冲响应函数I(t) ,进而求得描述样品荧光衰 减本质的荧光寿命(τ)等有关参量。
映了体系中荧光物种的多样性或存在状态的复杂性。
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• 图中有三条曲线, 分别是实际测定强度衰减曲线 N(tk) 、仪器响应函数 L(tk)和拟合函数Nc(tk) 。
• 仪器响应函数也被称之为光源函数,实际工作中 以胶体SiO2为虚拟样品进行测定,所得到的衰减曲 线就是图中的L(tk) ,光源函数表明了仪器能够测定 的最短荧光寿命。
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• 2.研究荧光寿命的意义
• （1）荧光物质的荧光寿命与自身的结构、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。
• （2）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、固液界面上吸附态高 分子的构象重排、蛋白质高级结构的变化等。
别为Γ和knr,则激发态衰减速率可表示为dn(t)/dt=-
(Γ+ knr) n(t) (1)
• 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。n(t) = n0exp(- t/τ)
(2)
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• 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:
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• 研究荧光寿命的意义
• （3）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。
• （4）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。
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7
• 事实上当荧光物质被激发后有些激发态分子立即返 回基态,有的甚至可以延迟到5倍于荧光寿命时才返 回基态,这样就形成了实验测定的荧光强度衰减曲 线。由于实际体系的复杂性,荧光衰减往往要用多 指数或非指数衰减方程描述:
• I(t) = ∑αiexp(- t/τi) (5) • 式中αi 为第i 项的指前因子。衰减方程的复杂性反
ItI 0e-kt
其中I0是激发时最大荧光强度，It是时间t时的
荧光强度，k是衰减常数。假定在时间时测得的It
为I0的1/e，则是我们定义的荧光寿命。
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寿命是衰减常数k的倒数。事实上，在瞬间激发后的某个
时间，荧光强度达到最大值，然后荧光强度将按指数规律
下降。从最大荧光强度值后任一强度值下降到其1/e所需
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• 分析采用非线性最小二乘曲线拟合方法,迭代 过程用Marquardt法。拟合初值可由用户输入, 也可对曲线粗略分析得到。如对两种衰变成分 的衰变曲线,先由曲线尾部段进行单指数曲线 拟合得到长寿命成分参数,再由曲线前段进行 双指数曲线拟合得到(其中长寿命成分参数已 得到)短寿命成分参数。
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研究荧光寿命的意义 （5）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。 （6）在材料研究中，测量材料的荧光寿命，
可以获得能级结构和激发态弛豫时间等信息。
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• 3荧光寿命的影响因素包括哪些
• 根据激发态寿命理论，物质的荧光寿命主要由自发辐 射跃迁寿命和无辐射跃迁寿命来决定。自发辐射寿命
的时间都应等于。
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如果激发态分子只以发射荧光的方式丢失能量， 则荧光寿命与荧光发射速率的衰减常数成反比，荧光发 射速率即为单位时间中发射的光子数，因此有F 1/KF 。KF是发射速率衰减常数。
F表示荧光分子的固有荧光寿命，kF表示荧光发射 速率的衰减常数。
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3
处于激发态的分子，除了通过发射荧光回到基态以外， 还会通过一些其它过程(如淬灭和能量转移)回到基态，其 结果是加快了激发态分子回到基态的过程(或称退激过程) ，结果是荧光寿命降低。
寿命和这些过程的速率常数有关，总的退激过程的速率
常数k可以用各种退激过程的速率常数之和来表示:
kkF+ki ki表示各种非辐射过程的衰减速率常数。
则总的寿命为:
1/k1/(kF+ ki)
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由于吸收几率与发射几率有关， F与摩尔消光系数 max (单位为cm2mol-1或 (mol dm-3) -1cm-1)也密切相关。
• I(t) = I0exp(- t/τ) (3)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(4) •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。
荧光寿命(fluorescence lifetime)
当某种物质被一束激光激发后，该物质的分
子吸收能量后从基态跃迁到某一激发态上，再以
辐射跃迁的形式发出荧光回到基态。当去掉激发
光后，分子的荧光强度降到激发时的荧光最大强
度I0的1/e所需要的时间，称为荧光寿命，常用表 示。如荧光强度的衰减符合指数衰减的规律:
在讨论寿命时，必须注意不要把寿命与跃迁时间混 淆起来。跃迁时间是跃迁频率的倒数，而寿命是指分 子在某种特定状态下存在的时间。
通过量测寿命，可以得到有关分子结构和动力学方 面的信息。
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• 荧光寿命及其含义
• （1）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
• 图中第二条曲线为样品的实测荧光衰减曲线N(tk) ,
实际上为L(tk)与脉冲响应函数I(t)的卷积，即N(tk)
= L(tk) ○I(t) (6)
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• 第三条曲线是实测荧光强度衰减曲线的拟合 函数Nc(tk) 。利用解卷积的办法有可能得到 脉冲响应函数I(t) ,进而求得描述样品荧光衰 减本质的荧光寿命(τ)等有关参量。
映了体系中荧光物种的多样性或存在状态的复杂性。
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• 图中有三条曲线, 分别是实际测定强度衰减曲线 N(tk) 、仪器响应函数 L(tk)和拟合函数Nc(tk) 。
• 仪器响应函数也被称之为光源函数,实际工作中 以胶体SiO2为虚拟样品进行测定,所得到的衰减曲 线就是图中的L(tk) ,光源函数表明了仪器能够测定 的最短荧光寿命。
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• 2.研究荧光寿命的意义
• （1）荧光物质的荧光寿命与自身的结构、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。
• （2）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、固液界面上吸附态高 分子的构象重排、蛋白质高级结构的变化等。
别为Γ和knr,则激发态衰减速率可表示为dn(t)/dt=-
(Γ+ knr) n(t) (1)
• 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。n(t) = n0exp(- t/τ)
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• 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:
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• 研究荧光寿命的意义
• （3）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。
• （4）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。
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• 事实上当荧光物质被激发后有些激发态分子立即返 回基态,有的甚至可以延迟到5倍于荧光寿命时才返 回基态,这样就形成了实验测定的荧光强度衰减曲 线。由于实际体系的复杂性,荧光衰减往往要用多 指数或非指数衰减方程描述:
• I(t) = ∑αiexp(- t/τi) (5) • 式中αi 为第i 项的指前因子。衰减方程的复杂性反
ItI 0e-kt
其中I0是激发时最大荧光强度，It是时间t时的
荧光强度，k是衰减常数。假定在时间时测得的It
为I0的1/e，则是我们定义的荧光寿命。
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寿命是衰减常数k的倒数。事实上，在瞬间激发后的某个
时间，荧光强度达到最大值，然后荧光强度将按指数规律
下降。从最大荧光强度值后任一强度值下降到其1/e所需
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• 分析采用非线性最小二乘曲线拟合方法,迭代 过程用Marquardt法。拟合初值可由用户输入, 也可对曲线粗略分析得到。如对两种衰变成分 的衰变曲线,先由曲线尾部段进行单指数曲线 拟合得到长寿命成分参数,再由曲线前段进行 双指数曲线拟合得到(其中长寿命成分参数已 得到)短寿命成分参数。
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研究荧光寿命的意义 （5）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。 （6）在材料研究中，测量材料的荧光寿命，
可以获得能级结构和激发态弛豫时间等信息。
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• 3荧光寿命的影响因素包括哪些
• 根据激发态寿命理论，物质的荧光寿命主要由自发辐 射跃迁寿命和无辐射跃迁寿命来决定。自发辐射寿命
的时间都应等于。
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如果激发态分子只以发射荧光的方式丢失能量， 则荧光寿命与荧光发射速率的衰减常数成反比，荧光发 射速率即为单位时间中发射的光子数，因此有F 1/KF 。KF是发射速率衰减常数。
F表示荧光分子的固有荧光寿命，kF表示荧光发射 速率的衰减常数。
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处于激发态的分子，除了通过发射荧光回到基态以外， 还会通过一些其它过程(如淬灭和能量转移)回到基态，其 结果是加快了激发态分子回到基态的过程(或称退激过程) ，结果是荧光寿命降低。
寿命和这些过程的速率常数有关，总的退激过程的速率
常数k可以用各种退激过程的速率常数之和来表示:
kkF+ki ki表示各种非辐射过程的衰减速率常数。
则总的寿命为:
1/k1/(kF+ ki)
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由于吸收几率与发射几率有关， F与摩尔消光系数 max (单位为cm2mol-1或 (mol dm-3) -1cm-1)也密切相关。
• I(t) = I0exp(- t/τ) (3)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(4) •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。
荧光寿命(fluorescence lifetime)
当某种物质被一束激光激发后，该物质的分
子吸收能量后从基态跃迁到某一激发态上，再以
辐射跃迁的形式发出荧光回到基态。当去掉激发
光后，分子的荧光强度降到激发时的荧光最大强
度I0的1/e所需要的时间，称为荧光寿命，常用表 示。如荧光强度的衰减符合指数衰减的规律: