有机小分子荧光探针的研究.ppt
资源与环境学院,有机小分子荧光探针的研究,王作凯,一.什么是荧光探针,二.荧光分子探针结构,三.荧光分子探针设计原理,四.荧光分子探针响应机理,五.荧光分子探针的应用,什么是荧光探针？,荧光探针是建立在光谱化学测量技术基础上，选择性的将分析对象的化学信息转变为分析仪器易测量的荧光信号的分子测量装置。荧光探针受到周围环境的影响，使其发生荧光发射发生变化，从而使人们获知周围环境的特征或者环境中存在的某种特定信息,荧光分子探针的优点,灵敏度高选择性好使用方便成本低不需预处理不受外界电磁场影响远距离发光,荧光分子探针的结构,荧光分子探针通常由三部分组成：识别基团（receptor）荧光基团（fluorophore）连接体部分（spacer）,识别基团决定了探针分子的选择性和特异性，荧光基团则决定了识别的灵敏度，而连接体部分则可起到分子识别枢纽的作用。,荧光分子探针的设计原理,当识别基团与被分析物结合时会引起荧光基团的化学环境发生变化，通过颜色的改变、光谱的移动、荧光强度的增减等现象来表现，这些变化可被裸眼或者仪器识别。这是目前为止在设计荧光探针中应用最广泛的方法。,SO2的比色分析,荧光探针的响应机理,荧光分子探针主要有如下几种响应机理：1、光诱导电子转移（PET,photo-induced electron transfer）2、分子内电荷转移（ICT,intramolecular charge transfer）3、荧光共振能量转移（FRET,fluorescence resonance energy transfer）4、激基缔合物（excimer/exciplex）,1 光诱导电子转移（PET,photo-induced electron transfer）,光诱导电子转移是指电子给体或电子受体受光激发后，激发态的电子给体与电子受体之间发生电子转移的过程。识别基团与被分析物结合之前，荧光基团受激发，最终被光激发到激发态的电子不能跃迁到基态，使得荧光基团的荧光淬灭。而识别基团与被分析物结合后，PET过程受阻，荧光基团的荧光得以恢复。,PET过程可以用轨道理论具体解释：当识别基团不存在时，荧光团被光激发后，其最高占据轨道（HOMO）的一个电子跃迁到最低空轨道（LUMO）,能够产生荧光；若外来识别基团的HOMO或LOMO轨道介于荧光团两轨道能量之间，此时就可以发生识别基团与荧光团之间的电子转移而导致荧光的猝灭。即PET过程阻止了荧光团的一个电子从激发态到基态的非辐射跃迁途径，降低了荧光团的量子产率，表现为荧光强度的减弱或淬灭。,PET识别分析物理论示意图,PET 识别基团对荧光团的PET过程发生和受阻的轨道理论解释,识别基团对荧光基团的电子转移（PET），如图所示，即识别基团的HOMO轨道介于荧光基团的HUMO和LUMO轨道之间，当被分析物不存在时，荧光基团被激发后，识别基团的HOMO轨道的电子转移到荧光基团的HOMO轨道，致使荧光基团被激发到LUMO轨道上的电子无法回到基态而难以产生荧光，导致荧光淬灭，即PET1过程发生。当识别基团与被分析物结合后，识别基团HOMO轨道能量降低，使PET过程受阻，这样荧光基团的激发态电子可以返回基态，荧光恢复。,总的来说，识别基团对荧光基团的电子转移，即识别基团的最低空轨道上的电子占据了荧光基团的最高占据轨道最终导致荧光基团被激发的电子不能回到基态，使荧光被淬灭。,2、分子内电荷转移（ICT，intramolecular charge transfer）,分子内电荷转移是指分子在激发态时发生分子内电子转移，造成正负电荷分离，形成分子电荷转移态。分子内电荷转移荧光探针分子通常是荧光团上同时连有推电子基团（电子给体，Donor）和吸电子基团（电子受体，Acceptor）,通过键提供电子转移的通道，形成强的推-拉作用的共轭体系，其吸电子基团或推电子基团本身充当识别基团的一部分。当识别基团和被分析物结合后，作为识别基团的供电子部分或拉电子部分的推拉电能力发生的改变，整个体系的的电子结构重新分布，从而导致吸收光谱，发射光谱发生变化，主要是光谱红移或蓝移。,在ICT机理中，有一种情况被称为扭曲的分子内电荷转移(TICT，twisted intramolecular charge transfer)，在具有推-拉电子共振体系的荧光分子中，如果推电子基(如二甲氨基)是通过单键与荧光基团相连的，当荧光团被光激发后，由于强烈的分子内光诱导电荷转移，导致原来与芳环共平面的电子给体绕单键旋转，而与芳环平面处于正交状态，原来的共振系统被破坏，使部分电荷转移变为完全的电子转移，形成TICT激发。,TICT,3 荧光共振能量转移（FRET,fluorescence resonace energy transfer）,荧光共振能量转移指一个荧光体系含有两个荧光团，一个充当能量供体A，另一个为能量受体B，当用供体A的激发去激发荧光体系时，可以发生从A到B的非辐射能量转移，从而发射出受体荧光团的荧光。,4 激基缔合物/复合物（excimer/exciplex）,激基缔合物指一些荧光团在激发态与另一相同或不同的基态荧光团接近时往往能生产激基缔合物（通过-堆积作用形成激基缔合物）可观察到双重荧光。它的发射光谱不同于单体的荧光，新的荧光会产生一定的红移，且出现强而宽的，无精细结构发射峰。,荧光分子探针应用,Org.Lett.,2013,15(9),2310-2313.,Anal.Chem.,2014,86,9970-9976.,THE END,Thank you!,
