有机小分子荧光探针的研究PPT课件
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1、光诱导电子转移（PET, photo-induced electron transfer）
2、分子内电荷转移（ICT, intramolecular charge transfer）
3、荧光共振能量转移（FRET, fluorescence resonance energy transfer）
4、激基缔合物（excimer/exciplex）
• 识别基团（receptor）
Fluorephore Spacer hv
• 荧光基团（fluorophore）
• 连接体部分（spacer）
F
S
Receptor R
Analyte
strongly fluorescent
识别基团决定了探针分子的选择性和特异性，荧光基 团则决定了识别的灵敏度，而连接体部分则可起到分 子识别枢纽的作用。
12
2 、分子内电荷转移 （ICT，intramolecular charge transfer）
分子内电荷转移是指分子在激发态时发生分 子内电子转移，造成正负电荷分离，形成分子电 荷转移态。分子内电荷转移荧光探针分子通常是 荧光团上同时连有推电子基团（电子给体，Donor）
和吸电子基团（电子受体，Acceptor）,通过π键提 供电子转移的通道，形成强的推-拉作用的共轭体 系，其吸电子基团或推电子基团本身充当识别基 团的一部分。当识别基团和被分析物结合后，作 为识别基团的供电子部分或拉电子部分的推拉电 能力发生的改变，整个体系的的π电子结构重新 分布，从而导致吸收光谱，发射光谱发生变化，
荧光探针受到周围环境的影响，使其 发生荧光发射发生变化，从而使人们获知 周围环境的特征或者环境中存在的某种特 定信息
.
3
荧光分子探针的优点
• 灵敏度高 • 选择性好 • 使用方便 • 成本低 • 不需预处理 • 不受外界电磁场影响 • 远距离发光
.
4
荧光分子探针的结构
荧光分子探针通常由 三部分组成：
.
9
PET识别分析物理论示意图
PET过程可以用轨道理论具体解释：当识别基团不 存在时，荧光团被光激发后，其最高占据轨道（HOMO） 的一个电子跃迁到最低空轨道（LUMO）,能够产生荧光；
若外来识别基团的HOMO或LOMO轨道介于荧光团 两轨道能量之间，此时就可以发生识别基团与荧光团之间 的电子转移而导致荧光的猝灭。即PET过程阻止了荧光团 的一个电子从激发态到基态的非辐射跃迁途径，降低了荧 光团的量子产率，表现为荧光强度的减弱或淬灭。
.
5
荧光分子探针的设计原理
当识别基团与被分析物结合时会引起荧 光基团的化学环境发生变化，通过颜色的 改变、光谱的移动、荧光强度的增减等现 象来表现，这些变化可被裸眼或者仪器识 别。这是目前为止在设计荧光探针中应用 最广泛的方法 。
.
6
SO2的比色分析
.
7
荧光探针的响应机理
荧光分子探针主要有如下几种响应机理：
.
15
TICT
.
16
3 荧光共振能量转移（FRET, fluorescence resonace
energy transfer）
•
荧光共振能量转移指一个荧光体系含有两个
荧光团，一个充当能量供体A，另一个为能量受体
B，当用供体A的激发去激发荧光体系时，可以发
生从A到B的非辐射能量转移，从而发射出受体荧
当识别基团与被分析物结合后，识别基团HOMO轨道能量降低，使 PET过程受阻，这样荧光基团的激发态电子可以返回基态，荧光恢复 。
.
11
总的来说，识别基团对荧光基团的 电子转移，即识别基团的最低空轨道 上的电子占据了荧光基团的最高占据 轨道最终导致荧光基团被激发的电子 不能回到基态，使荧光被淬灭。
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有机小分子荧光探针的研究
资源与环境学院 王作凯
.
1
一. 什么是荧光探针 二.荧光分子探针结构 三.荧光分子探针设计原理 四.荧光分子探针响应机理 五.荧光分子探针的应用
.
2
什么是荧光探针？
荧光探针是建立在光谱化学测量技术 基础上，选择性的将分析对象的化学信息 转变为分析仪器易测量的荧光信号的分子 测量装置。
主要是光谱红移或蓝移 。
.
13
.
14
在ICT机理中，有一种情况被称为扭曲的分子内电 荷转移(TICT，twisted intramolecular charge transfer)，在具有 推-拉电子共振体系的荧光分子中，如果推电子基(如二 甲氨基)是通过单键与荧光基团相连的，当荧光团被光 激发后，由于强烈的分子内光诱导电荷转移，导致原 来与芳环共平面的电子给体绕单键旋转，而与芳环平 面处于正交状态，原来的共振系统被破坏，使部分电 荷转移变为完全的电子转移，形成TICT激发。
.
18
荧光分子探针应用
Org. Lett., 2013, 15 (9), 2310-2313.
.
19
.
20
.
21
.
22
.
23
Anal. Chem., 2014, 86, 9970-9976.
.
10
PET 识别基团对荧光团的PET过程发生和受阻的轨道理论解释
识别基团对荧光基团的电子转移（PET），如图所示，即识别基团的 HOMO轨道介于荧光基团的HUMO和LUMO轨道之间，当被分析物不存在 时，荧光基团被激发后，识别基团的HOMO轨道的电子转移到荧光基团的 HOMO轨道，致使荧光基团被激发到LUMO轨道上的电子无法回到基态而 难以产生荧光，导致荧光淬灭，即PET1过程发生。
光团的荧光。
•
.
17
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
4 激基缔合物/复合物（ excimer / exciplex ）
• 激基缔合物指一些荧光团在激发态与另一相 同或不同的基态荧光团接近时往往能生产激基 缔合物（通过π-π堆积作用形成激基缔合物）可 观察到双重荧光。它的发射光谱不同于单体的 荧光，新的荧光会产生一定的红移，且出现强 而宽的，无精细结构发射峰。
.
8
1 光诱导电子转移（PET, photo-induced electron transfer）
光诱导电子转移是指电子给体或电子受 体受光激发后，激发态的电子给体与电子 受体之间发生电子转移的过程。
识别基团与被分析物结合之前，荧光基 团受激发，最终被光激发到激发态的电子 不能跃迁到基态，使得荧光基团的荧光淬 灭。而识别基团与被分析物结合后，PET过 程受阻，荧光基团的荧光得以恢复。
2、分子内电荷转移（ICT, intramolecular charge transfer）
3、荧光共振能量转移（FRET, fluorescence resonance energy transfer）
4、激基缔合物（excimer/exciplex）
• 识别基团（receptor）
Fluorephore Spacer hv
• 荧光基团（fluorophore）
• 连接体部分（spacer）
F
S
Receptor R
Analyte
strongly fluorescent
识别基团决定了探针分子的选择性和特异性，荧光基 团则决定了识别的灵敏度，而连接体部分则可起到分 子识别枢纽的作用。
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2 、分子内电荷转移 （ICT，intramolecular charge transfer）
分子内电荷转移是指分子在激发态时发生分 子内电子转移，造成正负电荷分离，形成分子电 荷转移态。分子内电荷转移荧光探针分子通常是 荧光团上同时连有推电子基团（电子给体，Donor）
和吸电子基团（电子受体，Acceptor）,通过π键提 供电子转移的通道，形成强的推-拉作用的共轭体 系，其吸电子基团或推电子基团本身充当识别基 团的一部分。当识别基团和被分析物结合后，作 为识别基团的供电子部分或拉电子部分的推拉电 能力发生的改变，整个体系的的π电子结构重新 分布，从而导致吸收光谱，发射光谱发生变化，
荧光探针受到周围环境的影响，使其 发生荧光发射发生变化，从而使人们获知 周围环境的特征或者环境中存在的某种特 定信息
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荧光分子探针的优点
• 灵敏度高 • 选择性好 • 使用方便 • 成本低 • 不需预处理 • 不受外界电磁场影响 • 远距离发光
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荧光分子探针的结构
荧光分子探针通常由 三部分组成：
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9
PET识别分析物理论示意图
PET过程可以用轨道理论具体解释：当识别基团不 存在时，荧光团被光激发后，其最高占据轨道（HOMO） 的一个电子跃迁到最低空轨道（LUMO）,能够产生荧光；
若外来识别基团的HOMO或LOMO轨道介于荧光团 两轨道能量之间，此时就可以发生识别基团与荧光团之间 的电子转移而导致荧光的猝灭。即PET过程阻止了荧光团 的一个电子从激发态到基态的非辐射跃迁途径，降低了荧 光团的量子产率，表现为荧光强度的减弱或淬灭。
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荧光分子探针的设计原理
当识别基团与被分析物结合时会引起荧 光基团的化学环境发生变化，通过颜色的 改变、光谱的移动、荧光强度的增减等现 象来表现，这些变化可被裸眼或者仪器识 别。这是目前为止在设计荧光探针中应用 最广泛的方法 。
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SO2的比色分析
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荧光探针的响应机理
荧光分子探针主要有如下几种响应机理：
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TICT
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3 荧光共振能量转移（FRET, fluorescence resonace
energy transfer）
•
荧光共振能量转移指一个荧光体系含有两个
荧光团，一个充当能量供体A，另一个为能量受体
B，当用供体A的激发去激发荧光体系时，可以发
生从A到B的非辐射能量转移，从而发射出受体荧
当识别基团与被分析物结合后，识别基团HOMO轨道能量降低，使 PET过程受阻，这样荧光基团的激发态电子可以返回基态，荧光恢复 。
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总的来说，识别基团对荧光基团的 电子转移，即识别基团的最低空轨道 上的电子占据了荧光基团的最高占据 轨道最终导致荧光基团被激发的电子 不能回到基态，使荧光被淬灭。
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有机小分子荧光探针的研究
资源与环境学院 王作凯
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一. 什么是荧光探针 二.荧光分子探针结构 三.荧光分子探针设计原理 四.荧光分子探针响应机理 五.荧光分子探针的应用
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什么是荧光探针？
荧光探针是建立在光谱化学测量技术 基础上，选择性的将分析对象的化学信息 转变为分析仪器易测量的荧光信号的分子 测量装置。
主要是光谱红移或蓝移 。
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在ICT机理中，有一种情况被称为扭曲的分子内电 荷转移(TICT，twisted intramolecular charge transfer)，在具有 推-拉电子共振体系的荧光分子中，如果推电子基(如二 甲氨基)是通过单键与荧光基团相连的，当荧光团被光 激发后，由于强烈的分子内光诱导电荷转移，导致原 来与芳环共平面的电子给体绕单键旋转，而与芳环平 面处于正交状态，原来的共振系统被破坏，使部分电 荷转移变为完全的电子转移，形成TICT激发。
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18
荧光分子探针应用
Org. Lett., 2013, 15 (9), 2310-2313.
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19
.
20
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21
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22
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23
Anal. Chem., 2014, 86, 9970-9976.
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10
PET 识别基团对荧光团的PET过程发生和受阻的轨道理论解释
识别基团对荧光基团的电子转移（PET），如图所示，即识别基团的 HOMO轨道介于荧光基团的HUMO和LUMO轨道之间，当被分析物不存在 时，荧光基团被激发后，识别基团的HOMO轨道的电子转移到荧光基团的 HOMO轨道，致使荧光基团被激发到LUMO轨道上的电子无法回到基态而 难以产生荧光，导致荧光淬灭，即PET1过程发生。
光团的荧光。
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
4 激基缔合物/复合物（ excimer / exciplex ）
• 激基缔合物指一些荧光团在激发态与另一相 同或不同的基态荧光团接近时往往能生产激基 缔合物（通过π-π堆积作用形成激基缔合物）可 观察到双重荧光。它的发射光谱不同于单体的 荧光，新的荧光会产生一定的红移，且出现强 而宽的，无精细结构发射峰。
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8
1 光诱导电子转移（PET, photo-induced electron transfer）
光诱导电子转移是指电子给体或电子受 体受光激发后，激发态的电子给体与电子 受体之间发生电子转移的过程。
识别基团与被分析物结合之前，荧光基 团受激发，最终被光激发到激发态的电子 不能跃迁到基态，使得荧光基团的荧光淬 灭。而识别基团与被分析物结合后，PET过 程受阻，荧光基团的荧光得以恢复。