第32卷第1期光學技術(shù)2006年1月OPTICAL TECHNIQUEJan.2006文章編號:1002-158x2006)1-001103甲醇分子熒光光譜的研究朱拓12,陳國慶1,虞銳鵬,劉瑩2,倪曉武1.江南大學理學院,江蘇無錫214036;2.南京理工大學理學院,江蘇南京210094摘要∴采用 Roper Scientific SP258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245πm左右。對甲醇分子發(fā)射熒光的機理進行了討論給出了與實驗結(jié)果相致的理論分析。研究甲醇旳熒光光譜可為其作為有機溶劑和催化劑時對其他有杋大分子相關(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文獻標識碼:AStudy of fluorescent spectra of methanolZHU Tuo'2, CHEN Guo-qing, YU Rui-peng, LIU Ying, 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 researchedith 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 gotThe emitting mechanism of methanol molecule was discussed. The investigation on the fluorescence spectra and their characteristic will contribute to study other organic macromolecule fluorescence spectra when methanol serves as solute and hydrolysis catalyst. The results can be directly used to technology of fluorescent proKey words: methanol fluorescent probe radiative transition fluorescent spectra1引言究。本文采用 Roper Scientific SP-2558多功能光譜系統(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)品和光光譜進行了實驗研究在此基礎(chǔ)上首次正面回笞有機化工原料121,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λm從229.5m到238m位移了約最長激勵波長的臨界值;進而對實驗研究結(jié)果進行0nr31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)有了更進一步透過率為10%)為205mnf31但在截止點波長后的的全面認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。許多學者認為甲醇2.1實驗裝置分子是非熒光物質(zhì)即在215mm以上其液體對光是透明的+3我們對乙醇分子的熒光光譜及其光譜的sP258多功能光譜測量系統(tǒng)獲得甲醇溶液的熒特性進行了研究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因而我們進一步開統(tǒng)選H中國煤化工也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eCNMHG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:2005-01-17基金項目:國家自然科學基金資助項目(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:朱抵1957-)男蘇州人江南大學教授從事現(xiàn)代光學的研究與教學工作。光學技術(shù)第32卷儀系統(tǒng)再由CC梁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)BEScmple Chamber為波長由以上的實驗結(jié)果可以看出當激勵光波長增果。激發(fā)單色儀系統(tǒng)大至250m時熒光發(fā)射已經(jīng)不明顯了。為此特將中的光柵為每毫米激勵光波長從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(閃耀波長為義的極限激勵光波長,波長以每隔1mm的間距變化300m),發(fā)射單色儀圖1P258多功能所獲得的熒光光譜圖如圖3所示。中分別用每毫米150100%200mm光譜測量系統(tǒng)100%-20mmA刻線和1200刻線兩種光柵。2.2試劑實驗中使用的試劑為美國天地公司生產(chǎn)的色譜20030040050000400500波長/m波長/m純甲醇液體。100411002m3000100%230rm2.3實驗方法用210mm、220mm、230mm、240nm、250nm五種600稱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00300400250300波長/n波長/m件掃描范圍為200m~500m,每次掃描時間為2500100%250nm15s并得到相應的光譜圖。最后用每毫米1200刻線光柵為分光元件以激勵光波長改變1nm的間隔2000進行比較實驗研究尋找產(chǎn)生明顯熒光光譜的最長激勵光波長的臨界點。250300350400450500波長/m3實驗結(jié)果圖2不同波長的紫外光照射100%甲醇色譜純)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242mm熒光光譜激勵光采用五種不同波長的紫外光2101220m、230nm、240m、250mm分別照射色譜純甲醇303403503603703034035036037波長mm液體獲得熒光光譜圖如圖2所示。圖2左邊第243nm244nm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。當激勵光330340350360370波長為210m時甲醇液體能吸收入射光的能量并波長hm向外發(fā)射出熒光茨光的峰值位置為360m左320l245mm右譜線展開為311.5~371.4m,改變激勵光波長為220mm時甲醇的熒光發(fā)射相對強度更大熒光50360370330340350發(fā)射比較明顯茨光的峰值為338.3nm譜線展開為波長hm316.3~368.5mm;當采用波長為230nm的紫外光圖3241~246m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220mm光激發(fā)由圖3的6幅分圖中可見從241m~246mm時弱些茨光峰值為342.5mm,譜線展開為317.8每間V凵中國煤化工位置348m附近處熒367.4m激勵光波長為240m時菠光的發(fā)射較光所CNMHG下降且趨于平滑之勢弱菠光峰值為348.8m譜線展開為324.7~368.(圖上標出的數(shù)字是激勵光波長值到激勵光波長7m當激勵光波長繼續(xù)增大至250m時,菠光發(fā)為246m時甲醇分子所產(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即甲醇分子已基本上沒有熒光的發(fā)射了。第1期朱拓等:甲醇分子熒光光譜的研究4討論340m附近根據(jù)所做實驗研究結(jié)果可以得到以下結(jié)論(6)并非激勵光波長一旦進入存在吸收范圍內(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245m處最長370m展開的一個寬譜峰這也是甲醇分子的主要吸收波長為260m)找到明顯穩(wěn)定的熒光光譜在熒光峰其峰值位于340m附近。說明甲醇分子就45mm至260mm間雖然有吸收,一方面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產(chǎn)生熒光也很光譜線特征稍有差異。當激勵光波長短于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。最終導致測不小量的紅移。到明顯穩(wěn)定的熒光光譜而小于245m的紫外光一3)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。而甲基結(jié)構(gòu)僅吸收波長小于200m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200m小于245m光的吸波長是大于不同濃度時所對應的最長吸收波長的收結(jié)構(gòu)應是羥-OH所致即雜原子氧)共享(有關(guān)內(nèi)容另文將詳細討論)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中n生明顯熒光光譜最長激勵波長值是一個臨界點位→“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根于此值換句話說激勵光子能量要大于hc/λ據(jù)分子光譜學知識選用了最長激勵光波長來激勵電8.12×1019J子躍遷所以該躍遷是能量最小能級間的躍迂即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子氧床共享外一文中作完整的敘述。關(guān)于在不同濃度不同激電子對n電子吸收激勵光光子的能量躍遷到κ“軌勵波長下甲醇溶液的熒光特征及實際應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)生參考文獻發(fā)射熒光類型也只能是π*→n軌道間的躍遷。進【1樊美公等光化學基本原理與光子學材料科M1北京科出版社2001.319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M北京北學工業(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3彭勤記王壁人波諧分析在精細化工中的應用M]北京中國躍遷形式返回基態(tài)。所以熒光的波長要比發(fā)光波長石化出版社2001.77-8長這被稱為斯托克斯位移 stokes shift)圖2、[4]寧永成有機化合物結(jié)構(gòu)鑒定與有機波譜M]北京科學出版社200(5)由于基態(tài)也是有不同的振動能級所以受光譜解析法在有機化學中的應用M]北京科學出版3給出了激勵波長和對應熒光峰值處波長的量值[5]洪山海.光中國煤化工光輻照乙醇溶液熒光光譜分激電子返回基態(tài)時發(fā)射的熒光波長是不同的所以我們測到了熒光光譜有一定寬度這正是311m至[7]CNMH(的熒光光譜及其特性的研究[J]激光技術(shù)20032x5)77-479371mm波段處有一個寬譜峰的原因所在。我們認[8]樊美公等光化學基本原理與光子學材料科M]北京科學為該譜峰是甲醇分子的主要熒光峰,其峰值處在出版社2001.1513