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天美讲堂丨什么是荧光寿命？

来源：天美仪拓实验室设备（上海）有限公司分类：商机 2023-07-03 14:22:44 505阅读次数

01、荧光寿命是一项非常重要的光物理参数，能够提供所研究物质的能量驰豫及动力学信息，例如分子间的能量传递、分子转动及动力学猝灭。

图1 单分子受激发和弛豫的雅布隆斯基简化图

图1显示了单分子吸收光后从基态电子能级(S0)跃迁到第一激发态电子能级(S1)的振动能级（蓝色箭头）。分子通过振动弛豫(灰色箭头)快速非辐射弛豫(无光子发射)到S1的基态振动能级。分子通过辐射释放光子(绿色箭头)或非辐射(虚线箭头)返回到S0。Kr和∑knr分别是描述分子激发态失活的辐射跃迁速率常数、非辐射跃迁速率常数之和。

对于图1中描述的分子，荧光寿命（τ）在数学上被定义为：¹

在分子水平上，τ对应于分子在返回基态之前处于激发态的平均时间^1-3。荧光是一个随机过程，很少有单个分子会在t=τ时发出荧光; 但在大量分子中，τ将是平均值。τ可以通过用短的激发脉冲（例如激光、LED或闪光灯）激发分子群并记录荧光强度的衰减来测试确定（图2a）

图2 在(a)线性和(b)对数强度标度上，短激发脉冲后荧光强度衰减

对于具有单一寿命τ的分子群，强度衰减遵循单一指数衰减模型:

其中t是激发后的时间，I0是初始强度1。τ是强度下降到其初始值的1/e（=0.368）所需的时间。荧光强度衰减通常在对数强度标尺上绘制为log(I(t))与时间(t)的关系，如图2b所示，它是一条单一寿命衰减的直线。

荧光寿命可以用强度下降到1/e所需的时间从测量的衰减中可以计算出来。然而，用一个单指数衰减模型来拟合强度衰减，用最小二乘法拟合来提取寿命，是比较准确的。许多样品的荧光衰减比这个例子更为复杂，表现出多指数或非指数行为，这些必须使用更复杂的模型进行分析。

02、参考文献

References

1. J. R. Lakowicz, Principles of Fluorescence Spectroscopy. 3rd edition, Springer US, 2006. DOI: 10.1007/978-0-387-46312-4.

2. B. Valeur, M. N. Berberan-Santos, Molecular Fluorescence: Principles and Applications. Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, 2012. DOI: 10.1002/9783527650002

3. D. M. Jameson, Introduction to Fluorescence. CRC Press, 2014. DOI: 10.1201/b16502

标签：荧光寿命

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