时间分辨光谱学.pdfVIP

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、义务及风险 麻省理工学院 化学学院 5.33 高等化学实验 2003 下学期 实验三：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FRET 2. 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. 背景 A ．时间分辨法介绍 多年来，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 A ⎯⎯→B 设想一个简单的分解反应： 。速率k 可以简单地通过测定A 的消耗 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 -1 1000s 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。 B ．溶液中染料分子的电子光谱学 染料分子吸收可见光及紫外线导致π →π ∗跃迁至第一电子激发态，S 。这一跃 1 4 5 -1 -1 迁的能量是 10 ～10 cm *(*单位cm 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E hc / 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