实验八　Stern-Volmer猝灭常数的测定

一、实验目的

1．了解分子间辐射能量转移和非辐射能量转移的两种典型形式；

2．掌握荧光传感器的工作原理和信号表达的三种形式；

3．掌握分子间非辐射能量转移效率的测试方法。

二、实验原理

当A分子的荧光（或磷光）强度随着体系中B分子浓度的增大而降低时，B分子称为A分子的荧光猝灭剂（Q）。A分子的荧光（磷光）降低与猝灭剂浓度之间存在线性关系，这种关系可用一数学表达式表示，称为Stern-Volmer方程，可用式（8-1）表示。式中F0和FQ分别为无猝灭剂和有猝灭剂时A分子的荧光积分面积，τ0为无猝灭剂时A分子的荧光寿命，kQ为猝灭常数，kSV为Stern-Volmer常数。

　　（8-1）

以猝灭剂摩尔浓度[Q]为横坐标，F0/FQ比值为纵坐标，可拟合得出一条直线，由直线斜率得出Stern-Volmer常数（kSV），若已知荧光分子的寿命（τ0），即可求出为猝灭常数（kQ）。kSV和kQ值越大，表示荧光分子对猝灭剂越敏感，也反映出猝灭剂和发光分子之间的非辐射能量转移效率越大。

如实验中分别以咔唑-苯并噻二唑衍生物（CPTZ1和CPTZ2）为荧光传感分子，测试它们对质子[H+]的传感性，见图8-1。

三、仪器与试剂

仪器：荧光光谱仪、比色皿、容量瓶；

试剂：荧光分子（CPTZ1、CPTZ2）、THF、蒸馏水等。

四、猝灭常数测定

1．称取发光分子CPTZ1，配制两份浓度均为1×10−4 mol ⋅ dm−3的THF溶液，分别标记为1号样和2号样，待测。

2．称取发光分子CPTZ2，配制两份浓度均为1×10−4 mol ⋅ dm−3的THF溶液，分别标记为3号样和4号样，待测。

3．量取一定量的盐酸溶液于容量瓶中，用去离子水定容至50 mL，配制成浓度为1 mol ⋅ dm−3的盐酸溶液。

4．测试1号样和3号样的荧光寿命数值（τ1和τ2）。

5．在2号样和4号样中，分别加入质子溶液，测试当质子的加入量从由0 µmol增加到30 µmol时，发光分子的荧光峰位和荧光强度变化，记录数据保存光谱（见图8-1）。

6．数据处理（表8-1和表8-2）

表8-1　CPTZ1和CPTZ2对质子的荧光传感性能检测

表8-2　Stern-Volmer猝灭常数计算值与作图

五、思考与讨论

1．不同分子之间能量转移的条件是什么？是以何种形式发生的？

2．在本实验中得出的Stern-Volmer曲线的斜率为正，代表什么含义？若斜率为负又代表什么含义？

3．Stern-Volmer猝灭常数代表着荧光猝灭还是磷光猝灭？还是两者都可以测定？

4．通过猝灭常数测定可以反映分子之间能量转移，这与本次实验检测质子传感有何关联？

5．如图8-2，为什么用CPTZ1和CPTZ2对质子的Stern-Volmer曲线的斜率不同，其物理意义是什么？

6．可否用Stern-Volmer方程来测定自然界中某些光合作用的效率？