CPL圆偏振荧光光谱仪测量原理
CPL圆偏振荧光光谱仪测量原理
主要用途：圆偏振荧光在发光材料、生物蛋白、信息显示存储、电子学、非线性光学等领域有广泛的用途和应用前景，引起科学家极大的关注和兴趣。
采用圆偏振荧光光谱仪可提供分子激发态的结构信息，表征聚合物结构，成为研究有机化合物的立体构型的一个重要方法。
工作原理：光是一种电磁波，可用振动的电场和与之垂直的磁场来描述，若光波在其传播途径中具体某一点上只有一个振动方向，但振动方向随光波的传播而有规律的偏转一定角度但振幅不变，其电场矢量末端的运动轨迹为螺旋状，该螺旋的横截面为圆形，这种偏振光为圆偏振光。
人们在圆二色的基础上，发现圆偏振荧光的左、右圆偏振光的强度不同。
通常以左、右圆偏振荧光的强度差CPL=△F= FL-FR，作为圆偏振荧光的量度。
之前文献报道的圆偏振荧光检测都是在相关科研工作者自己设计和建造的仪器上进行的。
直到1972年以色列魏茨曼科技学院Steinberg和Gafni (SG) 提出图一A所示的圆偏振荧光调制测量方法，基本组成部分为：激发源、单色器、样品、光学弹性调制器、偏光片、发射单色器、光电倍增管、锁相放大器及计算机。
该方法将调制后的光电信号和PEM光学弹性调制器信号输入给锁相放大器，通过二者频率与相位锁相从荧光中提取圆偏振荧光。
1982年荷兰莱顿大学的Schippers，van den Beukle和Dekkers (SBD)提出了图一B所示的圆偏振荧光测量方法，该方法利用光子计数取代锁相放大器，解决了锁相放大器的输出不稳定问题。
其后复杂蛋白结构测量主要采用的是该方法，但是对于弱的圆偏振荧光测量还是速度很慢。
1992-1995年期间，随着TDC时间数字转换器等电子技术的发展，美国密西根大学的Schauerte，Steel，和Gafni (SSG) 进一步提出了图一C所示的圆偏振荧光直接相减测量方法。
该方法采用DGG延迟选通脉冲发生器，分别测量△F= FL-FR公式中的FL左圆偏振荧光和FR右圆偏振荧光，两者相减直接得到真正的圆偏振荧光△F，利用公式glum=2（FL-FR）/（FL+FR）求得不对称因子。
圆偏振荧光的浅析及对教学科研的启示
【学法指导】手性是宇宙间的普遍特征，体现着生命的产生和演变过程。
自然界存在的糖、核酸、淀粉及纤维素中的糖单元，是D-构型，生物大分子的基元材料α-氨基酸，绝大多数为L-构型；蛋白质和DNA 的螺旋构象是右旋的；还发现海螺的螺纹和缠绕植物绝大部分是右旋的。
进一步研究发现，生物体内存在手性环境，作用于生物体内的药物及农药，其药效作用多与它们和体内靶分子间的手性匹配和手性相关。
因此，手性药物和手性农药的研究尤其重要。
手性药物的不同对映异构体，在生理过程中会显示不同的药效。
尤其是当手性药物的一种对映异构体对治疗有效，而另一种异构体表现为有害性质时，情况更为严重。
20世纪60年代的“反应停Thalidom ide 悲剧”就是一个突出的例子。
然而，手性分子是如何形成的却一直让人迷惑不解。
在材料的研究中，手性技术已在人们的日常生活中得到了广泛的应用，深入的应用型研究正在进行当中。
圆偏振荧光（CPL ）的经过科学家的几十年不断通常光源发出的光为各向同性的自然光，在光的转换过程中光的利用效率比较低。
如彩色液晶显示器中，入射光能量的利用率还不到30%。
如使用有机圆偏振发光材料（CPL ）作为发光器件的发光层，能使光源的利用率几乎达到100%。
科学家发现，将手性引入有机化合物中能够获得圆偏振荧光，经过不断地开拓和发展，有机化合物的手性得到不断的拓展和应用。
手性化合物的圆偏振光在3D 信息显示、量子通讯、自旋电子学、信息存储、CPL 激光、非线性光学、生物探针等领域有广泛的用途和应用前景，引起科学家极大的关注和兴趣。
关于手性的概念、判断方法、绝对构型的判断方法、旋光度的概念、圆二色谱（CD ）等相关科学知识，大学有机化学教材都有详细报道与介绍，本文不再赘述。
本文主要介绍圆偏振荧光的概念、分类、定性分析、圆偏振荧光的检测设备原理，及商品化圆偏振光谱仪的出现给予我们在教学与科研方面的启示。
一、圆偏振荧光的概念如图1所示，在垂直于光传播方向的平面内，右旋偏振光的电矢量随时间的变化顺时针旋转，而右旋偏振光在三维空间中电矢量左旋。
荧光偏振技术原理
Polarized excitation
100% 0%
<100% >0%
§1 传统荧光偏振技术及发展情况概述
如何衡量：偏振偏）来表示
对于完全偏振发射，P = 1；对于自然光，P = 0
§1 传统荧光偏振技术及发展情况概述
偏振值的影响参数
➢ 分子的偏振性与分子旋转弛豫时间成比例，分子旋转弛豫时间是分子转过 68.5度角时所用的时间；
开发一种普适、简单的荧光偏振增强剂仍然是一个重要的任务。
§2 纳米增强荧光偏振一般策略及应用
纳米材料的生物功能化方法
非共价功能化途径
静电相互作用 π-π堆积作用 范德华力
碳基纳米材料：石墨烯，碳纳米管，碳纳米颗粒等
与DNA发生π-π堆积作用 与多肽发生π-π静电作用等
ssDNA/dsDNA与碳基纳米材 料之间的相互作用差别悬殊
J. Mater. Chem. B, 2013, 1, 2018-2021.
§2 纳米增强荧光偏振一般策略及应用
聚乙烯纳米颗粒增强荧光偏振信号放大分析方法
Chem. Asian J. 2014, 9, 2755-2760.
§2 纳米增强荧光偏振一般策略及应用
金纳米颗粒、硅纳米颗粒等虽然能有效增强荧光偏振值，但是 探针与纳米颗粒需要复杂的共价连接；
AuNP Enhancement
AuNP-DNA System 0.2 ppb
Quantitative Analysis
DNA-DNA System
§2 纳米增强荧光偏振一般策略及应用
DNAzyme自组装荧光偏振探针
MAP探针
Anal. Biochem. 2010, 401, 47-52.
§2 纳米增强荧光偏振一般策略及应用
荧光光谱仪ppt课件
荧光光谱法特点
灵敏度高； 用量少； 选择好； 应用范围不如吸收光谱法广； 对温度、pH值等因素变化比较敏感；
荧光分析的基本原理
1.荧光的激发光谱：固定测量波长（选最大荧光 /发射波长），化合物发射的荧光(或磷光)强 度与照射光波长的关系曲线。
2.荧光光谱 ：固定激发光波长（选最大激发/吸 收波长）， 化合物发射的荧光(或磷光)强度与 发射光波长关系曲线。
获得分子信息（如测量分子内间距、决定键合平衡、 研究结构变化等）；
医药研究（如研究膜结构和功能、确定抗体的形态、 研究生物分子的异质性、评价药物的相互作用、确 定酶的活性和反应、荧光免疫分析、监测体内化学 过程等）；
环境监测（如水和空气中污染物的鉴别和计量等）。
荧光光谱仪的工作原理
对于某一荧光物质的稀溶液，在激发光的 频率、强度以及液层厚度不变时，此荧光 物质所发出的荧光强度与溶液的浓度成正 比。由此可以通过测定荧光强度来求出该 物质的含量。
荧光分析法所测量的是待测物质所发荧光光谱 仪
荧光光度 计
荧光光谱仪
主要内容
荧光光谱仪的工作原理 荧光光谱仪的结构
荧光产生的基本原理
荧光：某些物质吸收光能量后，可发射波长 与激发光波长相同或不同的光，当激发光源 停止照射试样，再发射过程立即停止，这种 再发射的光称为荧光（fluorescence）。
荧光分析法：通过测定物质分子产生的荧光 强度进行物质的定性与定量分析的方法。
3. 最大激发波长(λex)和最大荧光波长(λem)
荧光发射光谱 磷光光谱
荧光激发光谱
菲
λex
λem
200 260 320 380 440 500 560 620 室温下菲的乙醇溶液荧（磷）光光谱
偏振镜的原理和使用技巧
偏振镜的原理和使用技巧随着一些专业数码相机的普及，大家越来越关注滤镜的使用，最简洁的就属UV镜了，它的作用是滤除紫外线（但现在大家都用它来爱护镜头了）。
而偏振镜PL和CPL,许多新手却不敢涉及，总是感觉它太玄、难用。
其实，偏振镜原理不简单，使用也很简洁，是最有用的滤镜之一，下面就让我对偏振镜做一个比较全面的介绍。
一、原理在高中我们学过，光是一种电磁波，是由与传播方向垂直的电场和磁场交替转换的振动形成的。
这种振动方向与传播方向垂直的波我们称之为横波。
声波是靠空气或别的媒质前后压缩振动传播的，它的振动方向与传播相同，这类波我们称之为纵波。
横波有一个特性，就是它的振动是有极性的。
在与传播方向垂直的平面上，它可以向任一方向振动。
我们•般把光波电场振动方向作为光振动方向。
假如一束光线都在同一方向上振动，我们就称它们是偏振光，或严格一点，称为完全偏振光。
一般的自然光在各个方向振动是匀称分布的，是非偏振光。
但是，光滑的非金属表面在肯定角度下（称为布儒斯特角，与物质的折射率有关）反射形成的眩光是偏振光。
偏离了这个角度，就会有部分非偏振光混杂在偏振光里。
我们称这种光线为部分偏振光。
部分偏振光是有程度的。
偏离的角度越大，偏振光的成分越少，最终成为非偏振光。
有了偏振光，有时会给我们照相带来不利，。
玻璃表面的反射光，使我们拍摄不到玻璃橱窗里面的东西，水面的反射光使我们拍摄不到水中的鱼，树叶表面Sa的反射光使树叶变成白色，等等。
晴空的蓝天在与太阳方向成90度的垂直方向散射的也是偏振光，它使蓝天变的不那么幽深。
这时，我们就需要用到偏振镜。
传播方向偏振光原理图非偏振光原理图二、PL 和CPL无色的UV镜镜头的偏振光射到半反射镜上，假如角度合适，会正常反射出来。
假如角度不合适，又会没有光线反射出来，这就会导致AE有可能不准，AF有可能失效。
这种状况下就要使用圆偏振镜（CPL镜）了。
圆偏振镜系由一片线偏振镜与一片四分之一波片（为特别双折射材料）胶合而成。
荧光光谱的原理及应用
荧光产生的条件
化合物能够产生荧光的必要条件是：
它吸收光子发生多重性不变的跃迁时所吸收的能量小 于断裂其最弱的化学键所需要的能量。
另外，化合物要能发生荧光，其结构中必须有荧光基团。 荧光基团都是含有不饱和键的基团，当这些基团是分子的
共轭体系的一部分时，则该化合物可能产生荧光。
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影响荧光的主要因素
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主要光谱参量
吸收谱反映出的是物质的基态能级与激发态能级之间所有的允许跃迁。 通常状态下的物质的表观颜色大部分时候取决于其吸收特性。
激发谱则反映的是基态与所有与该荧光发射有关的能级之间的跃迁。其所 呈现的关系比吸收谱要有选择性，但有时候又不如吸收谱来的直接。
电子跃迁到不同激发态能级 时，吸收不同波长的能量(如 能级图l2 ,l1)，产生不同吸 收带，但均回到第一激发单 重态的最低振动能级再跃迁 回到基态，产生波长一定的 荧光(如l’2 )。因此，发射 谱的形状与激发波长无关。
吸收光谱的短波方向。这是由于高温使更多的激发态分子处于高振动 能级，荧光主要从激发态的高振动能级发出所致。
既没发生斯托克位移也没发生反斯托克位移的荧光称共振荧光。
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镜像规则
荧光发射是光吸收的逆过程。荧光发射光谱与吸收光谱有类似镜影 的关系。但当激发态的构型与基态的构型相差很大时，荧光发射光 谱将明显不同于该化合物的吸收光谱。
照测定，并可通过公式计算目标化合物的荧光量子产率：
= s[Iεscs/(Isεc)]
s、 εs、cs和Is分别是参照物的荧光量子产率（已知）、摩尔消光系数、溶 液浓度和荧光强度； 、 ε 、c和I分别是被测物的荧光量子产率（未知）、摩 尔消光系数、溶液浓度和荧光强度。
参照物应是已知、无自吸收、无浓度猝灭、在被测物所用溶剂中可溶、易 纯化、稳定和对杂质不敏感的物质。常用的参照物如罗丹明B和喹啉硫酸氢盐 等。
线偏振镜（PL）和圆偏振镜（CPL）的原理与使用
线偏振镜(PL)和圆偏振镜(CPL)的原理与使用我们知道，光是一种电磁波，是由与传播方向垂直的电场和磁场交替转换的振动形成的。
它与无线电波没有本质的区别，仅波长更短一些而已。
这种振动方向与传播方向垂直的波我们称之为横波。
声波是靠空气或别的媒质前后压缩振动传播的，它的振动方向与传播相同，这类波我们称之为纵波。
图一：光是一种电磁波横波有一个特性，就是它的振动是有极性的。
在与传播方向垂直的平面上，它可以向任一方向振动。
我们一般把光波电场振动方向作为光波振动方向。
如果一束光线都在同一方向上振动，我们就称它们是偏振光，或严格一点，称为完全偏振光。
一般的自然光在各个方向振动是均匀分布的，是非偏振光。
但是，光滑的非金属表面在一定角度下(称为布儒斯特角，与物质的折射率有关)反射形成的眩光是偏振光。
偏离了这个角度，就会有部分非偏振光混杂在偏振光里。
我们称这种光线为部分偏振光。
部分偏振光是有程度的。
偏离的角度越大，偏振光的成分越少，最终成为非偏振光。
在以下的原理性讨论中，我们将不严格区分偏振光和部分偏振光。
图二：自然光和部分偏振光许多偏振光在摄影中是有害的。
玻璃表面的反射光，使我们拍摄不到玻璃橱窗里面的东西，水面的反射光使我们拍摄不到水中的鱼，树叶表面的反射光使树叶变成白色，等等。
晴空的蓝天在与太阳方向成90度的垂直方向散射的也是偏振光，它使蓝天变的不那么幽深。
如果消除了这些偏振光，许多照片会显得颜色更加饱和，画面更加清晰。
能够滤除偏振光的滤镜叫做偏振镜。
普通的偏振镜叫做线偏振镜(PL镜)。
把偏振镜装到镜头的前端，仔细旋转偏振镜，使得有害眩光减至最小甚至消失，这样就能拍摄出没有眩光的照片了。
如果拍摄蓝天，天会显得更蓝、更暗。
cpl测试 jasco cpl 测试原理
cpl测试 jasco cpl 测试原理Jasco cpl测试原理引言：CPL（Circular Polarization Luminescence）测试是一种用于分析材料结构和化学成分的技术。
本文将重点介绍Jasco CPL测试仪的原理和应用。
一、Jasco CPL测试仪简介Jasco CPL测试仪是由Jasco公司开发的一种专业实验设备，用于测量物质的圆偏振荧光光谱。
该仪器基于紫外-可见吸收光谱和荧光光谱的原理，结合了圆偏振技术，可以提供更多关于样品的结构信息。
二、CPL测试原理CPL测试原理基于分子的手性性质和荧光发射过程。
手性分子是指其镜像不能通过旋转或平移重叠在一起的分子。
CPL测试通过测量物质在不同波长下的圆偏振荧光光谱，来分析物质的手性性质。
CPL测试仪由光源、样品室、光谱仪和检测器等组成。
首先，通过光源产生的偏振光照射到样品上，样品吸收光子并激发到激发态。
然后，激发态的分子通过非辐射跃迁返回基态，发射出荧光。
荧光光子同样具有圆偏振性质，其圆偏振度可以通过光谱仪和检测器测量得到。
三、CPL测试的应用1. 分析手性物质：CPL测试可以用于分析手性分子的结构和性质。
手性分子在生物医药、化学合成等领域具有重要应用，因此CPL测试在药物研发、有机合成等领域具有广泛应用前景。
2. 研究材料性质：CPL测试还可以用于研究材料的光学性质和电子结构。
例如，通过CPL测试可以评估有机发光材料的性能，为新材料的设计和合成提供指导。
3. 检测光学器件：CPL测试可用于检测光学器件的性能和质量。
例如，光纤通信中的偏振光耦合器和偏振控制器等器件，其偏振特性对性能影响较大。
CPL测试可以评估这些器件的性能并进行质量控制。
4. 生物分子研究：CPL测试在生物分子的结构和功能研究中也有应用。
例如，蛋白质的手性结构对其功能具有重要影响，CPL测试可以提供有关蛋白质的结构信息，帮助科学家理解其功能机制。
四、CPL测试的优势1. 高灵敏度：CPL测试仪具有高灵敏度，可以检测到低浓度的荧光信号。
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主要用途：
圆偏振荧光在发光材料、生物蛋白、信息显示存储、电子学、非线性光学等领域有广泛的用途和应用前景，引起科学家极大的关注和兴趣。
采用圆偏振荧光光谱仪可提供分子激发态的结构信息，表征聚合物结构，成为研究有机化合物的立体构型的一个重要方法。
工作原理：
光是一种电磁波，可用振动的电场和与之垂直的磁场来描述，若光波在其传播途径中具体某一点上只有一个振动方向，但振动方向随光波的传播而有规律的偏转一定角度但振幅不变，其电场矢量末端的运动轨迹为螺旋状，该螺旋的横截面为圆形，这种偏振光为圆偏振光。
人们在圆二色的基础上，发现圆偏振荧光的左、右圆偏振光的强度不同。
通常以左、右圆偏振荧光的强度差CPL=△F= FL-FR，作为圆偏振荧光的量度。
之前文献报道的圆偏振荧光检测都是在相关科研工作者自己设计和建造的仪器上进行的。
直到1972年以色列魏茨曼科技学院Steinberg和Gafni (SG) 提出图一A所示的圆偏振荧光调制测量方法，基本组成部分为：激发源、单色器、样品、光学弹性调制器、偏光片、发射单色器、光电倍增管、锁相放大器及计算机。
该方法将调制后的光电信号和PEM光学弹性调制器信号输入给锁相放大器，通过二者频率与相位锁相从荧光中提取圆偏振荧光。
1982年荷兰莱顿大学的Schippers，van den Beukle和Dekkers (SBD)提出了图一B所示的圆偏振荧光测量方法，该方法利用光子计数取代锁相放大器，解决了锁相放大器的输出不稳定问题。
其后复杂蛋白结构测量主要采用的是该方法，但是对于弱的圆偏振荧光测量还是速度很慢。
1992-1995年期间，随着TDC时间数字转换器等电子技术的发展，美国密西根大学的Schauerte，Steel，和Gafni (SSG) 进一步提出了图一C所示的圆偏振荧光直接相减测量方法。
该方法采用DGG延迟选通脉冲发生器，分别测量△F= FL-FR公式中的FL左圆偏振荧光和FR右圆偏振荧光，两者相减直接得到真正的圆偏振荧光△F，利用公式glum=2（FL-FR）/（FL+FR）求得不对称因子。
该方法同时解决了以上两种方法中锁相环输出不稳定与测量速度慢的问题，使用该方法商业化生产的圆偏振荧光光谱仪主要是美国Olis公司圆偏振荧
光光谱仪DSM-172C, DSM- 245, RSM-1000。
图一圆偏振荧光光谱仪原理图。