第32卷第1期光學(xué)技術(shù)2006年1月OPTICAL TECHNIQUEJan.2006文章編號(hào):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(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 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(lì)下產(chǎn)生的熒光光譜進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)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(shí)得到了能產(chǎn)生熒光光譜的最長激勵(lì)光波長的臨界值為245πm左右。對甲醇分子發(fā)射熒光的機(jī)理進(jìn)行了討論給出了與實(shí)驗(yàn)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(jī)溶劑和催化劑時(shí)對其他有杋大分子相關(guān)光譜的影響提供理論和實(shí)驗(yàn)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(hào):0632文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)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(lì)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(shí)驗(yàn)研究在此基礎(chǔ)上首次正面回笞有機(jī)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(shí)驗(yàn)找到了不同激為廣泛應(yīng)用的有機(jī)溶劑對紫外光譜的影響已有研勵(lì)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(shí)其圍而且通過實(shí)驗(yàn)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(lì)波長的臨界值;進(jìn)而對實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果進(jìn)行0nr31甲醇的吸收截止點(diǎn)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)一步透過率為10%)為205mnf31但在截止點(diǎn)波長后的的全面認(rèn)識(shí)更長波長范圍中能否激勵(lì)起甲醇分子中的電子并發(fā)2實(shí)驗(yàn)裝置和實(shí)驗(yàn)方法射出熒光光譜并未見研究報(bào)道。許多學(xué)者認(rèn)為甲醇2.1實(shí)驗(yàn)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(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(lì)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(xiàng)目:國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(20276027)教育部工業(yè)生物技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放課題。作者簡介:朱抵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。光學(xué)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(lì)光波長的臨集信號(hào),最后由計(jì)算界點(diǎn)機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集和后為了獲得甲醇分子發(fā)射熒光光譜的極限激勵(lì)光續(xù)處理并輸出實(shí)驗(yàn)結(jié)BEScmple Chamber為波長由以上的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出當(dāng)激勵(lì)光波長增果。激發(fā)單色儀系統(tǒng)大至250m時(shí)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(lì)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(lì)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)方法用210mm、220mm、230mm、240nm、250nm五種600稱1000不同波長的紫外光作激勵(lì)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(shí)間為2500100%250nm15s并得到相應(yīng)的光譜圖。最后用每毫米1200刻線光柵為分光元件以激勵(lì)光波長改變1nm的間隔2000進(jìn)行比較實(shí)驗(yàn)研究尋找產(chǎn)生明顯熒光光譜的最長激勵(lì)光波長的臨界點(diǎn)。250300350400450500波長/m3實(shí)驗(yàn)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(lì)色譜純甲醇液體的242mm熒光光譜激勵(lì)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(gè)高峰為激勵(lì)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(lì)光的二次衍射所產(chǎn)生。當(dāng)激勵(lì)光330340350360370波長為210m時(shí)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(lì)光波長為220mm時(shí)甲醇的熒光發(fā)射相對強(qiáng)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(dāng)采用波長為230nm的紫外光圖3241~246m的光激勵(lì)甲醇溶液熒光光譜圖照射甲醇液體時(shí)熒光的相對強(qiáng)度比220mm光激發(fā)由圖3的6幅分圖中可見從241m~246mm時(shí)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(lì)光波長為240m時(shí)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(biāo)出的數(shù)字是激勵(lì)光波長值到激勵(lì)光波長7m當(dāng)激勵(lì)光波長繼續(xù)增大至250m時(shí),菠光發(fā)為246m時(shí)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(rèn)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(shí)驗(yàn)研究結(jié)果可以得到以下結(jié)論(6)并非激勵(lì)光波長一旦進(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(shí)驗(yàn)研究直到波長為小于等于245m處最長370m展開的一個(gè)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(lì)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(lì)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(shí)甲醇分子的熒光效率較強(qiáng)。隨著激勵(lì)光波生熒光但液池中后部的液體尚未得到激勵(lì)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(tuán)。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(shí)所對應(yīng)的最長吸收波長的收結(jié)構(gòu)應(yīng)是羥-OH所致即雜原子氧)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(lì)波長值是一個(gè)臨界點(diǎn)位→“的電子躍遷。因?yàn)殡娮榆S遷的能級(jí)間隔能量置即要使甲醇分子能產(chǎn)生熒光激勵(lì)光波長都要小大小依次為根于此值換句話說激勵(lì)光子能量要大于hc/λ據(jù)分子光譜學(xué)知識(shí)選用了最長激勵(lì)光波長來激勵(lì)電8.12×1019J子躍遷所以該躍遷是能量最小能級(jí)間的躍迂即n本文報(bào)道了甲醇液體存在熒光光譜的實(shí)驗(yàn)結(jié)果π躍遷。并對其產(chǎn)生機(jī)理進(jìn)行了討論給出了激勵(lì)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(diǎn)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(shí)驗(yàn)中子的紫外吸收光譜和熒光光譜強(qiáng)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(lì)光光子的能量躍遷到κ“軌勵(lì)波長下甲醇溶液的熒光特征及實(shí)際應(yīng)用等問題尚道的不同振轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)后該受激電子從π軌道的最待進(jìn)一步深入研究。低振動(dòng)能級(jí)以輻射躍遷的形式返回基態(tài)時(shí)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(xué)工業(yè)出版社,級(jí)而發(fā)射熒光是從激發(fā)態(tài)的最低振動(dòng)能級(jí)的輻射3彭勤記王壁人波諧分析在精細(xì)化工中的應(yīng)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(jī)化合物結(jié)構(gòu)鑒定與有機(jī)波譜M]北京科學(xué)出版社200(5)由于基態(tài)也是有不同的振動(dòng)能級(jí)所以受光譜解析法在有機(jī)化學(xué)中的應(yīng)用M]北京科學(xué)出版3給出了激勵(lì)波長和對應(yīng)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(shí)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(gè)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2001.1513