文档介绍：注意:这些材料描述的实验具有潜在的危险性。需要高水平的安全训练,特殊的仪器设备,以及适当的人监督。你承担所有的责任、义务、以及执行这些安全程序措施带来的风险。MIT(麻省理工学院)将不承担材料中所介绍内容的带来的责任、:时间分辨光谱学摘要在这一实验中你将直接监控溶液分子和这些分子转动中的电子能量转移。除了采用稳态荧光光谱外,纳米时间分辨荧光测量法也将用来完成这些实验。实验目的:1. 测定溶液中含给予体和接受体的染料分子溶液的荧光淬火,并与福斯特能量转换理论作比较。这一过程通常称之为FRET2. 用时间分辨测量法监控溶液中重定位分子的运动。这种方法适用于用斯托克斯-爱因斯坦-德拜理论测定染料分子的有效分子体积。3. 使用你自己装配的虚拟科学仪器4. 用商业的数学软件包发展自己的数据分析程序注意:在激光实验前,对实验方法要有所了解,对大量数据要进行分析。最基本的要求是在开始本实验前要阅读本文,理解材料内容。此外还需要事先阅读推荐参考文献。Ⅰ.,对于化学过程,特别是化学反应速率一直是研究领域中活跃的区域。k⎯→B。速率k可以简单地通过测定A的消耗设想一个简单的分解反应:A⎯量(或B的生成量)来求得。,根据测定体系中A(或B)含量所花的时间可测定反应最大速率。举例来说,你无法用一个耗时15秒才能测定A含量的仪器来测量1000s-1的衰退速率。这样的仪器只能测出15秒之后的A物质的量。考虑一个更物理化的例子。这一例子与我们要做的实验有关。大家应该熟悉edgerton教授的摄影。他拍摄了高速运动物体的清晰照片,如子弹穿过香蕉等。(如果不清楚,在麻省理工的博物馆中有几幅照片,一定要去看看)当你感兴趣的事情发生时,利用闪光灯,使胶卷在非常短的时间内曝光,就能得到这样的照片。如果想得到1mm的分辨率,闪光灯的时间就必须小于子弹飞出1mm的时间。否则图像就会变得模糊。在这一实验中,我们将测量能量从一个激发的染料分子(给予体)跃迁到另一个分子(接受体)的速度。这一过程仅仅只需要500皮秒(ps=10-12s)。用激光脉冲激发分子,再采用快速荧光检测器测定能量转移的速率。从前面的讨论中我们可以知道,脉冲的周期必须小于几百皮秒,检测器也必须具备相应的速度。→π∗跃迁至第一电子激发态,S1。这一跃迁的能量是104~105cm-1*(*单位cm-1或波数,用于取代焦耳。波数是光的波长的倒数。与能量转换的关系表现为方程hcE/λ)=电子激发的过程(如图1中的a)非常快(小于10-15秒或一皮秒),以致于核在这一过程中并没有改变位置。因为新的电子结构会引起新的平衡核结构,所以激发还伴随着振动激发。振动驰豫和新的激发态溶质分子的重组会消耗了多余的能量。这些无辐射的驰豫过程会迅速平衡激发态(~10-13-10-12s,-1皮秒),大约会耗费能量102-103cm-1(热能)这一过程在图一中表示为b。一旦体系处于激发态的势能最小点,它将通过释放大量能量返回基态,能量值大于104cm-1。由于基态和激发单重态之间具有较大的能量差异,所以能量不容易以热能这种无辐射形式消耗掉。最可能的驰豫机制是通过荧光,通过荧光,被激发的分子发射一种光场(c)。部分激发态分子通过荧光返回基态(与其他途径相反)的荧光量子产率,φD。用荧光法测量弛豫的时间——荧光的寿命——通常比初始时间大得多(10-10~10-8s,~1ns)。由于振动弛豫过程在激发之后,而且也由于激发态的原子核的位移,荧光的发射波长通常大于吸收。溶液中观测到的吸收和荧光光谱表现出典型的镜像对称性,并且光谱峰出现分离,2λ,被称之为斯托克斯位移。它表示吸收过程中通过振动弛豫消耗掉的能量值。荧光光谱法是一种用来探察电子结构及电子激发态动力学的方法。对气相分子,荧光光谱(荧光强度作为频率函数)与分子的量子力学电子结构有关。在溶液中,光谱不具备特征性,但荧光是测量电子激发态动力学的有力工具(含时行为)。荧光的强度If与激发态分子数量N成正比。N的数值随着分子返回激发态而改变:NtI(t)(1)()∝f因此通过观察样品发射的随时间变化(通常只有几纳秒)的荧光强度可以直接测量弛豫速率。激发态的一阶弛豫速率方程为:(2)可知荧光强度随着荧光衰减速率Kf呈指数下降I(t)=Iexp(−kft)(3)0τf=1/kf指的是荧光强度减至(1/e)I0时的荧光寿命需。图2是一个时间分辨荧光衰减的例子。Ⅱ(TA)能帮助你熟悉光学设备,指示你如何使用示波器和电脑来获取数据。荧光计由一个激发臂和一个检测臂组成。激发臂发出激励光激发给予体分子