分析化学发光/染料增强

C2. 染料增强

化学发光通常很弱，为了使用它，甚至为了研究它，有必要增强它。一种方法是使用荧光染料。因此，有必要找到染料的性质与实现的增强程度之间的联系。一个关键属性是染料的荧光量子产率；这必须大于原始发射体的化学发光量子产率。

根据发射分子（能量供体）与染料分子（能量受体）之间的距离，存在两种增强发光信号的过程。Dexter 机制适用于非常短的分离距离，例如当分子发生碰撞时。这种非常接近的接触允许激发态供体交换一个高能电子以换取一个低能电子，从而返回到基态。基态受体分子失去低能电子并获得一个高能电子，从而进入激发态。能量转移的速率取决于受体分子的浓度。

对于更远的分子（高达 7-10 nm），Förster 机制适用。这涉及从供体到受体的直接能量转移，就像无线电天线将能量传输到接收器一样。能量转移速率常数 (k_ET) 与分离距离 (R) 之间的关系由下式给出

                                        kET = (1/τD)(R0/R)6

其中 τ_D 是供体分子激发态的寿命，R₀ 是临界分离常数。能量转移的实际速率取决于速率常数以及供体和受体分子的浓度。供体发射带与受体吸收带之间的重叠程度也很重要。当供体的最大发射波长接近受体的最大吸收波长时，重叠程度最大，但它也取决于带的形状和带宽。供体和受体分子的分子结构决定了能量转移的概率。

化学引发电子交换发光模型 (CIEEL) 用于解释过氧草酸盐化学发光（参见 B5 章）（添加链接）有时可能适用于染料增强。据观察，当在注入样品之前预先混合四价铈和罗丹明 6G 时，会获得更高、更窄的化学发光信号，这意味着光发射反应的速率更快。四价铈对罗丹明 6G 的氧化肯定会形成激发态三价铈，但这也会增加基线和空白信号以及样品峰；因此，它不能解释观察到的预混合效应。看来，相反，罗丹明 6G 的氧化产物是造成这种现象的原因，因为该产物有机会与样品发生反应，从而导致分析物信号得到专门增强。增加罗丹明 6G 预氧化时间没有优势，因此似乎很可能是活性产物在第一次接触时形成的，可能是单电子转移形成的中间体。电子从该初始氧化产物转移到分析物，将其还原回激发态的罗丹明 6G，从而使我们获得了分析物 (A) 的氧化

                                        Rh6G ― e― → Rh6G•+

                                        Rh6G•+ + A → Rh6G* + A•+

来自激发态罗丹明 6G 的发射将像以前一样发生。如果（这是可能的）这种单级形成激发态罗丹明 6G 比分析物被四价铈氧化、然后从激发态三价铈到罗丹明 6G 的能量转移这两个阶段进行得更快、更远，它将解释观察到的更高、更窄的分析物峰。