第32卷第1期光學(xué)技術(shù)Vol. 32 No.12006年1月OPTICAL TECHNIQUEJan.2006文章編號: 1002- 158X 2006 01-011-03 .甲醇分子熒光光譜的研究朱拓12 ,陳國慶' ,虞銳鵬' ,劉瑩2 ,倪曉武2(1.江南大學(xué)理學(xué)院,江蘇無錫214036;2.南京理工大學(xué)理學(xué)院,江蘇南京210094)摘要:采用RoperScientifieSP-2558多功能光譜測量系統(tǒng)對色譜純甲醇溶液在紫外光激勵下產(chǎn)生的熒光光譜進(jìn)行了實驗研究。實驗結(jié)果表明,甲醇溶液能吸收紫外光并向外發(fā)射峰值位于340nm附近的熒光光譜同時得到了能產(chǎn)生熒光光譜的最長激勵光波長的臨界值為245nm左右。對甲醇分子發(fā)射熒光的機理進(jìn)行了討論給出了與實驗結(jié)果相一致的理論分析。研究甲醇的熒光光譜可為其作為有機溶劑和催化劑時對其他有機大分子相關(guān)光譜的影響提供理論和實驗上的參考并可直接為熒光探針技術(shù)的發(fā)展提供服務(wù)。關(guān)鍵詞:甲醇;熒光探針;輻射躍遷;熒光光譜中圖分類號:0632文獻(xiàn)標(biāo)識碼:AStudy of fluorescent spectra of methanolZHU Tuo' 2 ,CHEN Guo-qing' ,YU Rui-peng' ,LIU Ying2 , NI Xiao-wu?( 1. School of Science , Southern Yangtze University , Wuxi 214036 , China )( 2. School of Science , Nanjing University of Science and Technology , Nanjing 210094 , China )Abstract : Using the Roper Scientific SP- 2558 multifunctional spectrometer system , the fluorescent spectra was researchedwith experiments induced by UV-light. The research indicates that methanol molecules can absorb the UV-light and they canemit fluorescence with the peak value about 340nm. And the critical value of largest exciting wavelength( 245nm ) was got.The emitting mechanism of methanol molecule was discussed. The investigation on the fluorescence spectra and their character-istic will contribute to study other organic macromolecule fluorescence spectra when methanol serves as solute and hydrolysis cat-alyst. The results can be directly used to technology of fluorescent probe.Key words : methanol ; fluorescent probe ; radiative transition ; fluorescent spectra究。本文采用Roper Scientific SP - 2558多功能光1引.言譜系統(tǒng)對色譜純甲醇液體在紫外光激勵下產(chǎn)生的熒甲醇既是劇毒品又被廣泛用作化工基礎(chǔ)產(chǎn)品和光光譜進(jìn)行了實驗研究在此基礎(chǔ)上,首次正面回答有機化工原料12],有關(guān)甲醇的紫外吸收光譜和作了甲醇分子是熒光物質(zhì)。即通過實驗找到了不同激為廣泛應(yīng)用的有機溶劑對紫外光譜的影響已有研勵光照射下甲醇分子熒光光譜的峰值位置和展寬范究。例如異亞丙基丙酮,當(dāng) 溶劑從己烷到甲醇時其圍，而且通過實驗還找出了能產(chǎn)生明顯熒光光譜的長吸收帶λmax從229.5nm到238nm位移了約最長激勵波長的臨界值;進(jìn)而對實驗研究結(jié)果進(jìn)行10nnF3],甲醇的吸收截止點波長(在指定池中溶劑了初步的理論分析和討論。對該物質(zhì)有了更進(jìn)--步透過率為10%)為205nn[3],但在截止點波長后的的全面認(rèn)識。更長波長范圍中能否激勵起甲醇分子中的電子并發(fā)2實驗裝置和實驗方法射出熒光光譜并未見研究報道。許多學(xué)者認(rèn)為甲醇2.1實驗裝置分子是非熒光物質(zhì)即在215nm以上其液體對光是實驗裝置如圖1。用美國Roper Scientific 公司透明的45]我們對乙醇分子的熒光光譜及其光譜的SP-2558多功能光譜測量系統(tǒng)獲得甲醇溶液的熒特性進(jìn)行了研究67]。而甲醇和乙醇具有相似的極光光譜。所使用的光源為氙燈,該光束經(jīng)單色儀系限吸收波長和相同的生色基團(tuán),因而我們進(jìn)一步 開統(tǒng)選定的紫外光照射到樣品池中的石英比色皿上,展了有關(guān)紫外光激勵甲醇溶液的熒光光譜特性的研比色皿內(nèi)盛裝被測樣品。樣品所發(fā)射的熒光經(jīng)單色收稿日期: 2004-12-13 ;收到修改稿日期: 2005-01-17E-mail : tzhu@sytu. edu. cn基金項目:國家自然科學(xué)基金資助項目(20276027)教育部工業(yè)生物技術(shù)重點實驗室開放課題。作者簡介:朱拓( 1957-)男蘇州人江南大學(xué)教授從事現(xiàn)代光學(xué)的研究與教學(xué)工作。11光學(xué)技術(shù)第32卷儀系統(tǒng)再由CCD采8C習(xí)3.2甲醇液體熒光光譜的最長激勵光波長的臨集信號最后由計算界點機進(jìn)行實時采集和后為了獲得甲醇分子發(fā)射熒光光譜的極限激勵光續(xù)處理并輸出實驗結(jié)中Scmple Chamber品;波長,由以上的實驗結(jié)果可以看出當(dāng)激勵光波長增果。激發(fā)單色儀系統(tǒng)大至250nm時熒光發(fā)射已經(jīng)不明顯了。為此特將l0中的光柵為每毫米9激勵光波長從240nm變化至250nm ,并采用12001200刻線的閃耀光刻線的閃耀光柵分光,以便獲得甲醇分子發(fā)射熒光柵(閃耀波長為的極限激勵光波長,波長以每隔1nm的間距變化,300nm)發(fā)射單色儀所獲得的熒光光譜圖如圖3所示。圖1 SP-2558多功能200;中分別用每毫米150光譜測量系統(tǒng)100%- 200nm100%-210nm刻線和1200刻線兩三180| .0011種光柵。薄160八M第202.2試劑長1401實驗中使用的試劑為美國天地公司生產(chǎn)的色譜200波長/nm0 50030040500純甲醇液體。a 1000100% 220nm100% 230nm2.3實 驗方法警2000司6001用210nm、220nm、230nm、240nm、250nm五種54臧1000不同波長的紫外光作激勵光照射色譜純甲醇液體并獲得熒光光譜。選用每毫米150刻線光柵為分光元200 300 400 500250 300 350 400 450 500波長/hm波長/mm件掃描范圍為200nm~500nm,每次掃描時間為100%-240nm100%-250nm/15s并得到相應(yīng)的光譜圖。最后用每毫米1200 刻王40003000線光柵為分光元件,以激勵光波長改變1nm的間隔果2000械2000進(jìn)行比較實驗研究尋找產(chǎn)生明顯熒光光譜的最長1000激勵光波長的臨界點。3實驗結(jié)果圖2不同波長的紫外 光照射100%甲醇(色譜純液體的熒光光譜圖3.1不同波長的紫外光激勵色譜純甲醇液體的241nm242nm熒光光譜基200畫200激勵光采用五種不同波長的紫外光210nm、實18030340350360370感，330340350360370220nm、230nm、240nm、250nm分別照射色譜純甲醇液體獲得熒光光譜圖如圖2所示。圖2左邊第-a243m244nm個高峰為激勵光所產(chǎn)生,中間的峰就是熒光所產(chǎn)生,右邊的高峰為激勵光的二次衍射所產(chǎn)生。當(dāng)激勵光330 340 350 360 370波長為210nm時,甲醇液體能吸收入射光的能量并波長/m .波長/um向外發(fā)射出熒光熒光的峰值位置為336. 0nm左24Snm246nma 200右譜線展開為311.5~ 371.4nm ;改變激勵光波長為220nm時用醇的熒光發(fā)射相對強度更大熒光第330~340350360370數(shù)330340350360370發(fā)射比較明顯熒光的峰值為338. 3nm譜線展開為波長/rm316.3~368.5nm;當(dāng)采用波長為230nm的紫外光圖3241 ~ 246nm的光激勵甲醇溶液熒光光譜圖照射甲醇液體時熒光的相對強度比220nm光激發(fā)由圖3的6幅分圖中可見:從241nm~246nm時弱些熒光峰值為342. 5nm譜線展開為317. 8~每間隔1nm檢測一次在波長位置348nm附近處熒367.4nm;激勵光波長為240nm時熒光的發(fā)射較光所產(chǎn)生的光譜峰值呈逐步下降且趨于平滑之勢弱熒光峰值為348. 8nm譜線展開為324. 7~ 368.(圖上標(biāo)出的數(shù)字是激勵光波長值》到激勵光波長7nm;當(dāng)激勵光波長繼續(xù)增大至250nm時熒光發(fā)為246nm時，用醇分子所產(chǎn)生的熒光光譜峰值已無射不明顯甚至無法判定熒光的峰值位置。法辯認(rèn)即甲醇分子已基本上沒有熒光的發(fā)射了。12第1期朱拓等:甲醇分子熒光光譜的研究4討論340nm附近。根據(jù)所做實驗研究結(jié)果,可以得到以下結(jié)論:(6)并非激勵光波長-旦進(jìn)入存 在吸收范圍內(nèi)，(1)甲醇液體能較好地吸收紫外波段的入射就立即產(chǎn)生明顯熒光光譜。以每一納米為間隔進(jìn)行光并向外發(fā)射出明顯的熒光形成了從310m至比較實驗研究直到波長為小于等于245nm處最長370nm展開的一一個寬譜峰,這也是甲醇分子的主要吸收波長為260nm才找到明顯穩(wěn)定的熒光光譜在熒光峰其峰值位于340nm附近。說明甲醇分子就245nm至260nm間雖然有吸收- -方面n電子吸收是熒光物質(zhì)。光子能量后可以無輻射躍遷到基態(tài)另一方面在靠(2)隨著激勵光波長的變化,甲醇發(fā)射的熒光近最長吸收波長處其吸收很弱相應(yīng)產(chǎn)生熒光也很光譜線特征稍有差異。當(dāng)激勵光波長短于230nm弱即可能發(fā)生液池前部的液體吸收入射光后尚能產(chǎn)左右時甲醇分子的熒光效率較強。隨著激勵光波生熒光但液池中后部的液體尚未得到激勵,且前部長的變長所發(fā)射熒光的峰值位置稍有變化即產(chǎn)生液體發(fā)射的熒光又被后部液體吸收。最終導(dǎo)致測不小量的紅移。到明顯穩(wěn)定的熒光光譜而小于245nm的紫外光-(3)根據(jù)紫外吸收光譜的理論,甲醇分子吸收是由于甲醇分子吸收的增加二是其自身光量子能量紫外光的原因是其中必須具有吸收結(jié)構(gòu),甲醇分子的增大一部分以非輻射躍遷到基態(tài)另一部分可以產(chǎn)中除了含有甲基結(jié)構(gòu)之外就是羥基- OH 別無其它生較多的激發(fā)電子而形成明顯穩(wěn)定的熒光光譜。生色團(tuán)。而甲基結(jié)構(gòu)僅吸收波長小于200mm 的光(7)由于100%的色譜純甲醇液體的吸收最長波所以甲醇分子對大于200nm小于245mm光的吸波長是大于不同濃度時所對應(yīng)的最長吸收波長的收結(jié)構(gòu)應(yīng)是羥基( - 0OH )所致即雜原子(氧)沫共享(有關(guān)內(nèi)容另文將詳細(xì)討論)，所以本文得到的能產(chǎn)電子對吸收入射光光子的能量并引起其基團(tuán)中n生明顯熒光光譜最長激勵波長值是-個臨界點位→π° 的電子躍遷。因為電子躍遷的能級間隔能量置即要使甲醇分子能產(chǎn)生熒光激勵光波長都要小大小依次為σ- >σ°>n→o°>π→π°>n→π°。根于此值換句話說激勵光子能量要大于hec/215=據(jù)分子光譜學(xué)知識選用了最長激勵光波長來激勵電8.12x10- 19]。子躍遷所以該躍遷是能量最小能級間的躍遷,即n本文報道了甲醇液體存在熒光光譜的實驗結(jié)果→π°躍遷。并對其產(chǎn)生機理進(jìn)行了討論給出了激勵光的臨界(4)甲醇分子吸收了激發(fā)光光子能量后產(chǎn)生點波長值。根據(jù)甲醇的熒光特征可以有效區(qū)分甲醇電子躍遷從而轉(zhuǎn)變?yōu)槭芗ぐl(fā)的單態(tài),而受激電子是與其它醇類的物種在食品安全檢測中有多種醇類不穩(wěn)定的在由激發(fā)態(tài)返回基態(tài)的過程中它可以向物的存在。本方法為高效檢測甲醇存在與否和含量環(huán)境釋放能量無輻射躍遷到基態(tài),也可以以輻射躍多少提供了理論基礎(chǔ)。與本文有密切關(guān)系的甲醇分遷的形式而失去多余的能量,即產(chǎn)生熒光。實驗中子的紫外吸收光譜和熒光光譜強度等問題將在另所測到的熒光即是甲醇分子中的雜原孔(氧沫共享外- 文中作完整的敘述。 關(guān)于在不同濃度、不同激電子對”電子吸收激勵光光子的能量躍遷到π"軌勵波長下甲醇溶液的熒光特征及實際應(yīng)用等問題尚道的不同振轉(zhuǎn)動能級后該受激電子從π°軌道的最待進(jìn)一步深入研究。低振動能級以輻射躍遷的形式返回基態(tài)時所產(chǎn)生,參考文獻(xiàn):發(fā)射熒光類型也只能是π"→n軌道間的躍遷。進(jìn)[1]樊美公等光化學(xué)基本原理與光子學(xué)材料科筑M1北京科學(xué)出版社2001.319.一步講由于受激電子躍遷到激發(fā)態(tài)的不同振轉(zhuǎn)能[2]謝克昌李忠.甲醇及其衍生物[ M1北京:化學(xué)工業(yè)出版社,級而發(fā)射熒光是從激發(fā)態(tài)的最低振動能級的輻射2002.1-44.躍遷形式返回基態(tài)。所以熒光的波長要比發(fā)光波長[3]彭勤記王瞿人.波譜分析在精細(xì)化工中的應(yīng)用MI北京中國石化出版社2001.7- -81.長這被稱為斯托克斯位移( stoke' s shift98]。圖2、[4]寧永成.有機化合物結(jié)構(gòu)鑒定與有機波譜學(xué)M1北京科學(xué)出版社2000. 364.3給出了激勵波長和對應(yīng)熒光峰值處波長的量值。[5]洪山海,光譜解析法在有機化學(xué)中的應(yīng)甩M1北京科學(xué)出版(5)由于基態(tài)也是有不同的振動能級,所以受社,1981.366.激電子返回基態(tài)時發(fā)射的熒光波長是不同的所以[6]劉瑩蘭秀鳳高淑梅籌.253. 7rm光輻照乙醇溶液熒光光譜分機J]南京理工大學(xué)學(xué)報2003 276):720- -723.我們測到了熒光光譜有-定寬度這正是311nm至，[7]蘭秀鳳劉瑩高淑梅等乙醇溶液的熒光光譜及其特性的研究[J1激光技術(shù)2003 2X5)477- -479.371nm波段處有-個寬譜峰的原因所在。我們認(rèn)[8]樊美公等光化學(xué)基本原理與光子學(xué)材料科學(xué)M]北京科學(xué)為該譜峰是甲醇分子的主要熒光峰,其峰值處在出版社2001. 15.3