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奥林巴斯显微镜雅布伦斯基的能量图

2014-08-06  发布者:admin 

 荧光染料对能量的吸收发生之间密切间隔的振动和转动能级的激发态中不同的分子轨道。不同能量水平参与的吸收和发射光的荧光经典介绍由雅布伦斯基能量图,波兰物理学家亚历山大 · 雅布伦斯基教授的名字命名。本教程将探讨如何共同荧光团中的电子被激发从地面状态到更高的电子能量状态,和发生的事件,当这些激发的分子放松的时候由光子发射和其他机制对最终跌落到地面的能量状态。

一个典型的雅布伦斯基图说明了基态 (套装 (0)),以及第一次 (S(1)) 和第二 (S(2)) 激发的单线国家作为堆栈的水平线。在本教程中,较粗的线条表示电子的能量水平,而薄的线表示 (忽略转动能量状态) 的各种振动能量状态。作为直或呈波浪状箭头,取决于是否过渡与吸收或发射一个光子 (直箭头) 相关联,或从分子内部转换或非辐射弛豫过程 (波浪箭头) 结果说明状态之间的转换。利用垂直向上箭头的指示激发过程的瞬时性质而波浪箭头留给更长的时间尺度发生的那些事件。

与经典的雅布伦斯基教程初始化图出现在窗口,其中显示地面状态 (套装 (0)),以及第一次 (S(1)) 和第二 (S(2)) 激发的单线态。位于右侧的单线态状态的振动能级的激发三重态 (T(1)) 状态。运行本教程中,单击启动按钮启动一连串的励磁和放松事件由下拉式菜单 (荧光发射是默认值) 中列出的过程。一旦电子到达激发的态振动能级,它会慢慢地放松到第一激发态的最低振动能级。从这个层面电子将根据所选进程的行为。电子跃迁的近似生存期教程窗口中显示的每个过渡发生时。

光的吸收非常迅速地发生 (大约一飞,需要足够的时间,为旅行单一波长的光子) 在离散量称为广达和对应的荧光激发从地面状态到兴奋的状态。同样,一个光子通过荧光或磷光的排放也被衡量量程。在量子 (普朗克定律) 的能量是方程表示的:

E = h ν = hc/λ

其中E是能量, h是普朗克常数, νλ是频率和波长的传入的光子的和c是光的速度。普朗克定律支配被吸收的光子的辐射能量是直接成正比的频率和波长成反比意味着更短的入射波长具有更大的量子的能量。吸收到的光子的能量由荧光基团,发生相互作用的光波的振荡电场矢量与分子中的电荷 (电子),是一种全部或没有的现象,出现的只有可以称为吸收带的特定波长的入射光。如果被吸收的光子包含更多的能量,不是一个简单的电子迁移的必要条件,多余的能量是通常转换成振动和转动的能量。然而,如果一种分子和有没有足够的能量来推动转型光子之间发生碰撞,没有吸收会发生。光谱广泛吸收带出现从加间隔紧密的振动能级上使光子能量,以匹配特定转换范围的热运动。因为激发的一种分子的吸收通常没有电子自旋配对的改变发生时,激发的态也是单线态。一般情况下,荧光的调查具有波长从紫外到电磁波谱 (250 到 700 纳米) 的可见区域的辐射。

用紫外或可见的光,常见的荧光团通常激发到较高振动能级 (S(1)) 第一或第二 (S(2)) 单重态能量状态。到第二激发态的较高振动能级从最低的振动能级的基态的发生提出了图 1 (左侧绿色箭头) 的吸收 (或励磁) 转换之一 (转型记为套装 (0) = 0 到S(2) = 3)。第二次励磁过渡从第二次的振动能级基态的刻画最高振动能级中的第一激发态 (记为套装 (0) = 1 到S(1) = 5)。在典型的荧光基团,照射较大范围的波长将生成整个范围的允许填充各种振动能级的激发态的跃迁。一些这些转换将的概率比其他人更高的学位和组合时,将会构成分子的吸收谱。请注意对于大多数荧光团,吸收和激发光谱是不同的但往往重叠可以有时几可乱真。在其他情况下 (荧光素) 清楚地分隔的吸收和激发光谱。

紧接着吸收一个光子,几个进程会发生同不同的概率,但最有可能将是第一激发态的最低振动能级弛豫 (S(1)= 0 ;图 1)。这个过程被称为内部转换振动弛豫(在没有光的发射能量损失),通常会发生在皮秒或更少。因为大量的振动周期发生在激发态的生存期内,分子几乎总是接受完整的振动弛豫,在他们激动的一生期间。多余的振动能量转化为热量,邻近溶剂分子与激发的态荧光基团发生碰撞后被吸收。

一种兴奋的分子存在于最低激发的态 (S(1)) 为纳秒 (荧光过程由几个数量级的时间最长的时间段) 前最后放宽至基态的周期。如果从这长寿命状态松弛伴随一个光子发射,过程被正式称为荧光间隔紧密的振动能级的基态,当正常的热运动,再加上在发射过程中产生了广泛的光子能量。其结果是,荧光是通常观察到排放强度作为一个乐队的波长,而不是一条锋利的线。大多数的荧光团可以重复的激发和发射周期很多几百到几千次才高活性激发的态分子是光漂白,导致破坏的荧光。例如,充分研究的探针荧光素异硫氰酸酯 (FITC) 可以进行励磁、 前分子不再响应入射光照到大约 3 万次的放松。

其它几个有不同程度的概率的松弛通路的荧光发射过程与竞争。激发的态能量可以非-辐射热 (由图 1 中的青色波浪箭头所示) 作为消退、 荧光激发可以与另一个分子传递能量的非辐射过程 (例如,淬灭,如图 1 中的紫色波浪箭头所示),第二个类型中碰撞或称为系统间穿越到最低激发的态的现象可以发生 (图 1 中的蓝色波浪箭头)。后者的事件相对较少,但最终结果无论是在发射的光子通过磷光或转回收益率延迟荧光激发的单线态。转换从三重态到基态的激发的态都是禁止的这导致速率常数中的三重态排放都比那些为荧光低几个数量级。

两者的三重态状态转换图解上右手边的图 1 所示的雅布伦斯基能源配置文件。系统互通过境的可能性很低而引起的分子必须首先接受自旋转换来产生未成对的电子,不利的过程。三重态的基本重要性是化学反应中这种状态,其结果往往在光漂白和生产的有害的自由基的分子所表现出的高度。生物标本中溶解的氧是非常有效的三重态的荧光猝灭剂。基态氧分子,这通常是一个三重态,可以激发到无功单线态,导致反应,漂白荧光基团或表现对活细胞的光毒性效应。荧光团在三重态也可以直接与其他的生物分子,经常造成失能的这两个物种反应。分子中含有重原子,卤素和许多过渡金属等经常方便系统互通过境,频繁地磷光。

它是有趣地注意到的荧光发射谱通常是套装 (0) S(1)吸收谱过渡到一个镜像。这是,电子激发并不能改变原子核的几何形状和激发的态振动能级的间距是相似的基态。最终的结果是荧光发射光谱记录分光光度法测定常显示类似,但逆转,振动结构对那些在吸收谱中观察到。