[发明专利]一种基于时间分辨光谱测量实现单态氧量子产率监测的方法

权利要求书

1.一种基于时间分辨光谱测量实现单态氧量子产率监测的方法，其特征在于：该方法是按以下步骤进行：

一、制备Gd³⁺修饰的光敏剂材料，所述Gd³⁺修饰的光敏剂材料为钆掺杂血卟啉单甲醚Gd-HMME；

二、建立如下公式：

三重态量子产率Φ_T的公式：

单态氧量子产率Φ_Δ的公式：

Gd³⁺修饰的光敏剂712nm处的磷光寿命τ_p的公式：

将公式(3)带入公式(2)中，可得Gd³⁺修饰的光敏剂712nm处的磷光寿命τ_p与单态氧量子产率Φ_Δ的理论方程：

Φ_Δ＝Φ_T-Φ_Tτ_p(k_p+k_np)(4)；其中，k_F为处于S₁态的Gd³⁺修饰的光敏剂分子通过辐射弛豫产生荧光回落至基态的弛豫速率；k_nF为处于S₁态的Gd³⁺修饰的光敏剂分子通过无辐射弛豫回落至基态的弛豫速率；k_ISC为处于S₁态的Gd³修饰的光敏剂分子通过系间窜跃跃迁到三重激发态T₁的弛豫速率；k_p为处于三重激发态T₁的Gd³⁺修饰的光敏剂通过辐射弛豫发射磷光跃迁至基态的弛豫速率；k_np为处于三重激发态T₁的Gd³⁺修饰的光敏剂通过无辐射弛豫过程回到基态的弛豫速率；k_q为处于三重激发态T₁的Gd³⁺修饰的光敏剂与氧分子发生碰撞回落至基态的弛豫速率；Φ_Δ为单态氧量子产率；τ_p为Gd³⁺修饰的光敏剂712nm处的磷光寿命；Φ_T为三重态量子产率；[O₂]为氧浓度；

三、Gd³⁺修饰的光敏剂712nm处的磷光寿命与单态氧量子产率理论方程中参数的获得：

通过测量不同氧浓度[O₂]下Gd³⁺修饰的光敏剂712nm处的磷光寿命τ_p，再依据公式k_p+k_np+k_q[O₂]＝τ_p^-1，即能获得k_p+k_np的数值和k_q的数值；k_p+k_np的数值为0.018μs^-1，k_q的数值为0.0002μs·μM^-1；

三重态量子产率Φ_T是依据公式(2)获得的：将k_p+k_np的数值、k_q的数值以及不同氧浓度下测得的单态氧量子产率Φ_Δ代入上述公式(2)中，即可获得三重态量子产率Φ_T的数值为0.81；

其中，所述的氧浓度的测定方法为：将充满Gd³⁺修饰的光敏剂溶液的3ml石英比色皿与一个容量为100ml装有同种样品的烧杯一起放入一个密闭容器内，然后将密闭容器与氮气和氧气相通，密闭容器内的氧浓度调节是通过调节两个分别与氮气和氧气相连的质量流量计来完成，改变质量流量计的配比，实现对密闭容器内氧浓度的控制，通过充分的氧交换，石英比色皿与烧杯中Gd³⁺修饰的光敏剂溶液的氧浓度稳定，烧杯中放置的溶氧仪显示的数值稳定时，所读取的溶氧量即为石英比色皿内Gd³⁺修饰的光敏剂溶液中的氧浓度；

所述的不同氧浓度下单态氧量子产率Φ_Δ用对比法测得，具体方法为：利用虎红作为对比试剂，DPBF作为单态氧捕获剂，根据关系式Φ_Δ^stdI_abs^std/k^std＝Φ_ΔI_abs/k进行计算得到Φ_Δ，其中“std”代表虎红，Φ_Δ^std为虎红的单态氧量子产率，I_abs^std为虎红对于激发光的吸收，k^std为虎红和DPBF混合溶液中DPBF的衰减速率，I_abs为Gd³⁺修饰的光敏剂对于激发光的吸收，k为Gd³⁺修饰的光敏剂和DPBF混合溶液中DPBF的衰减速率；

I_abs^std和I_abs的获得方法为：利用氘灯作为光源，通过透镜将其调节为平行光，分别将装有虎红溶液和Gd³⁺修饰的光敏剂溶液的石英比色皿置于平行光前，利用光纤光谱仪收集透过样品的光，连接电脑后记录下光谱数据，基于比尔朗博定律，得到I_abs^std和I_abs；

利用532nm激光作为激发光源，调节将其变为平行光束，分别照射在装有DPBF与Gd³⁺修饰的光敏剂的混合溶液的石英比色皿、装有DPBF与虎红的混合溶液的石英比色皿，利用光纤光谱仪接收透过比色皿的光，将光谱显示在电脑中，得到不同光照时间下DPBF与虎红的混合溶液、DPBF与Gd³⁺修饰的光敏剂的混合溶液中DPBF的吸收光谱，其410nm处吸收峰强度随光照时间的变化由如下公式表示：ln([I_DPBF]₀/[I_DPBF])＝kt，t为光照时间，从而获得不同混合溶液中的DPBF衰减速率k；由此，测得不同氧浓度下的单态氧量子产率Φ_Δ，代入公式(2)中，得到三重态量子产率Φ_T的数值；

所述的Gd³⁺修饰的光敏剂712nm处磷光寿命τ_p的测量方法为：

用二极管激光控制器调制405nm激光，输出为方波，照射在Gd³⁺修饰的光敏剂样品上，样品所发出的光被光栅光谱仪接收，光栅光谱仪定位接收样品712nm处的磷光，经过光电倍增管放大后的信号被发送至数字荧光示波器进行平均，最终，通过e指数拟合所得时间分辨信号，获得Gd³⁺修饰的光敏剂712nm处的磷光寿命τ_p；

四、将步骤三得到的k_p+k_np和Φ_T的数值代入公式(4)中，建立了Gd³⁺修饰的光敏剂712nm处的磷光寿命τ_p与单态氧量子产率Φ_Δ之间的关系，在需要测量单态氧量子产率时，通过测量Gd³⁺修饰的光敏剂在712nm处的磷光寿命τ_p，即可得到单态氧量子产率Φ_Δ。