荧光寿命测定方法课件

荧光寿命的测定方法

2013-9-26一、荧光寿命的概念二、测定荧光寿命的几种方法三、时间相关单光子计数方法TCSPC四、TCSPC技术优缺点五、荧光寿命测定中可能存在的问题激光(Laser)的全名是“光的受激辐射放大”。(LightAmplificationbyStimulatedEmissionofRadiation)一、荧光寿命的概念

E1E2E3E4E1E2E3E4(10-8s)(10-3s)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τ2有关。E2能级上的粒子数密度n2随时间的变化率dn2(t)/dt=-(dn21/dt)sp=-A21n2(t)n2(t)=n2(0)e-A21n2(t)定义粒子数密度由t=0时的n(0)衰减到它的1/e时所用的时间为E2能级的平均寿命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dn(t)/dt=-(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)=n0exp(-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)=I0exp(-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。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-CorrelatedSingle-PhotonCounting，TCSPC)

频闪技术(StrobeTechniques)相调制法(PhaseModulationMethods)条纹相机法(StreakCameras)上转换法(Upcon-versionMethods)三、单光子计数方法荧光的发射是一个统计过程，很少有荧光分子刚好在τ（荧光寿命）时刻发射荧光，荧光寿命仅反映荧光强度衰减到其起始值1/e所需的时间。在被测的微弱随机光场作用下，光检测计光阴极发射光电子，其行为可用双随机泊松点过程来描述，光电子时间统计特性可用多重概率密度求平均来得到式中：tj＝to＋tj0得到光检测方程λ（t）＝αI（t）式中：α是比例系数。说明光电子发射概率密度与光场瞬时强度成正比。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：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。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。五、荧光寿命测定中可能存在