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奧林巴斯顯微鏡雅布倫斯基的能量圖

2014-08-06  發布者:admin 

 熒光染料對能量的吸收發生之間密切間隔的振動和轉動能級的激發態中不同的分子軌道。不同能量水平參與的吸收和發射光的熒光經典介紹由雅布倫斯基能量圖,波蘭物理學家亞曆山大 · 雅布倫斯基教授的名字命名。本教程將探討如何共同熒光團中的電子被激發從地麵狀態到更高的電子能量狀態,和發生的事件,當這些激發的分子放鬆的時候由光子發射和其他機製對最終跌落到地麵的能量狀態。

一個典型的雅布倫斯基圖說明了基態 (套裝 (0)),以及第一次 (S(1)) 和第二 (S(2)) 激發的單線國家作為堆棧的水平線。在本教程中,較粗的線條表示電子的能量水平,而薄的線表示 (忽略轉動能量狀態) 的各種振動能量狀態。作為直或呈波浪狀箭頭,取決於是否過渡與吸收或發射一個光子 (直箭頭) 相關聯,或從分子內部轉換或非輻射弛豫過程 (波浪箭頭) 結果說明狀態之間的轉換。利用垂直向上箭頭的指示激發過程的瞬時性質而波浪箭頭留給更長的時間尺度發生的那些事件。

與經典的雅布倫斯基教程初始化圖出現在窗口,其中顯示地麵狀態 (套裝 (0)),以及第一次 (S(1)) 和第二 (S(2)) 激發的單線態。位於右側的單線態狀態的振動能級的激發三重態 (T(1)) 狀態。運行本教程中,單擊啟動按鈕啟動一連串的勵磁和放鬆事件由下拉式菜單 (熒光發射是默認值) 中列出的過程。一旦電子到達激發的態振動能級,它會慢慢地放鬆到第一激發態的最低振動能級。從這個層麵電子將根據所選進程的行為。電子躍遷的近似生存期教程窗口中顯示的每個過渡發生時。

光的吸收非常迅速地發生 (大約一飛,需要足夠的時間,為旅行單一波長的光子) 在離散量稱為廣達和對應的熒光激發從地麵狀態到興奮的狀態。同樣,一個光子通過熒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是普朗克常數, νλ是頻率和波長的傳入的光子的和c是光的速度。普朗克定律支配被吸收的光子的輻射能量是直接成正比的頻率和波長成反比意味著更短的入射波長具有更大的量子的能量。吸收到的光子的能量由熒光基團,發生相互作用的光波的振蕩電場矢量與分子中的電荷 (電子),是一種全部或沒有的現象,出現的隻有可以稱為吸收帶的特定波長的入射光。如果被吸收的光子包含更多的能量,不是一個簡單的電子遷移的必要條件,多餘的能量是通常轉換成振動和轉動的能量。然而,如果一種分子和有沒有足夠的能量來推動轉型光子之間發生碰撞,沒有吸收會發生。光譜廣泛吸收帶出現從加間隔緊密的振動能級上使光子能量,以匹配特定轉換範圍的熱運動。因為激發的一種分子的吸收通常沒有電子自旋配對的改變發生時,激發的態也是單線態。一般情況下,熒光的調查具有波長從紫外到電磁波譜 (250 到 700 納米) 的可見區域的輻射。

用紫外或可見的光,常見的熒光團通常激發到較高振動能級 (S(1)) 第一或第二 (S(2)) 單重態能量狀態。到第二激發態的較高振動能級從最低的振動能級的基態的發生提出了圖 1 (左側綠色箭頭) 的吸收 (或勵磁) 轉換之一 (轉型記為套裝 (0) = 0 到S(2) = 3)。第二次勵磁過渡從第二次的振動能級基態的刻畫最高振動能級中的第一激發態 (記為套裝 (0) = 1 到S(1) = 5)。在典型的熒光基團,照射較大範圍的波長將生成整個範圍的允許填充各種振動能級的激發態的躍遷。一些這些轉換將的概率比其他人更高的學位和組合時,將會構成分子的吸收譜。請注意對於大多數熒光團,吸收和激發光譜是不同的但往往重疊可以有時幾可亂真。在其他情況下 (熒光素) 清楚地分隔的吸收和激發光譜。

緊接著吸收一個光子,幾個進程會發生同不同的概率,但最有可能將是第一激發態的最低振動能級弛豫 (S(1)= 0 ;圖 1)。這個過程被稱為內部轉換振動弛豫(在沒有光的發射能量損失),通常會發生在皮秒或更少。因為大量的振動周期發生在激發態的生存期內,分子幾乎總是接受完整的振動弛豫,在他們激動的一生期間。多餘的振動能量轉化為熱量,鄰近溶劑分子與激發的態熒光基團發生碰撞後被吸收。

一種興奮的分子存在於最低激發的態 (S(1)) 為納秒 (熒光過程由幾個數量級的時間最長的時間段) 前最後放寬至基態的周期。如果從這長壽命狀態鬆弛伴隨一個光子發射,過程被正式稱為熒光間隔緊密的振動能級的基態,當正常的熱運動,再加上在發射過程中產生了廣泛的光子能量。其結果是,熒光是通常觀察到排放強度作為一個樂隊的波長,而不是一條鋒利的線。大多數的熒光團可以重複的激發和發射周期很多幾百到幾千次才高活性激發的態分子是光漂白,導致破壞的熒光。例如,充分研究的探針熒光素異硫氰酸酯 (FITC) 可以進行勵磁、 前分子不再響應入射光照到大約 3 萬次的放鬆。

其它幾個有不同程度的概率的鬆弛通路的熒光發射過程與競爭。激發的態能量可以非-輻射熱 (由圖 1 中的青色波浪箭頭所示) 作為消退、 熒光激發可以與另一個分子傳遞能量的非輻射過程 (例如,淬滅,如圖 1 中的紫色波浪箭頭所示),第二個類型中碰撞或稱為係統間穿越到最低激發的態的現象可以發生 (圖 1 中的藍色波浪箭頭)。後者的事件相對較少,但最終結果無論是在發射的光子通過磷光或轉回收益率延遲熒光激發的單線態。轉換從三重態到基態的激發的態都是禁止的這導致速率常數中的三重態排放都比那些為熒光低幾個數量級。

兩者的三重態狀態轉換圖解上右手邊的圖 1 所示的雅布倫斯基能源配置文件。係統互通過境的可能性很低而引起的分子必須首先接受自旋轉換來產生未成對的電子,不利的過程。三重態的基本重要性是化學反應中這種狀態,其結果往往在光漂白和生產的有害的自由基的分子所表現出的高度。生物標本中溶解的氧是非常有效的三重態的熒光猝滅劑。基態氧分子,這通常是一個三重態,可以激發到無功單線態,導致反應,漂白熒光基團或表現對活細胞的光毒性效應。熒光團在三重態也可以直接與其他的生物分子,經常造成失能的這兩個物種反應。分子中含有重原子,鹵素和許多過渡金屬等經常方便係統互通過境,頻繁地磷光。

它是有趣地注意到的熒光發射譜通常是套裝 (0) S(1)吸收譜過渡到一個鏡像。這是,電子激發並不能改變原子核的幾何形狀和激發的態振動能級的間距是相似的基態。最終的結果是熒光發射光譜記錄分光光度法測定常顯示類似,但逆轉,振動結構對那些在吸收譜中觀察到。



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