分析化學發光/染料增強

C2. 染料增強

化學發光通常很弱，為了使用它，甚至為了研究它，有必要增強它。一種方法是使用熒光染料。因此，有必要找到染料的性質與實現的增強程度之間的聯絡。一個關鍵屬性是染料的熒光量子產率；這必須大於原始發射體的化學發光量子產率。

根據發射分子（能量供體）與染料分子（能量受體）之間的距離，存在兩種增強發光訊號的過程。Dexter 機制適用於非常短的分離距離，例如當分子發生碰撞時。這種非常接近的接觸允許激發態供體交換一個高能電子以換取一個低能電子，從而返回到基態。基態受體分子失去低能電子並獲得一個高能電子，從而進入激發態。能量轉移的速率取決於受體分子的濃度。

對於更遠的分子（高達 7-10 nm），Förster 機制適用。這涉及從供體到受體的直接能量轉移，就像無線電天線將能量傳輸到接收器一樣。能量轉移速率常數 (k_ET) 與分離距離 (R) 之間的關係由下式給出

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

其中 τ_D 是供體分子激發態的壽命，R₀ 是臨界分離常數。能量轉移的實際速率取決於速率常數以及供體和受體分子的濃度。供體發射帶與受體吸收帶之間的重疊程度也很重要。當供體的最大發射波長接近受體的最大吸收波長時，重疊程度最大，但它也取決於帶的形狀和頻寬。供體和受體分子的分子結構決定了能量轉移的機率。

化學引發電子交換髮光模型 (CIEEL) 用於解釋過氧草酸鹽化學發光（參見 B5 章）（新增連結）有時可能適用於染料增強。據觀察，當在注入樣品之前預先混合四價鈰和羅丹明 6G 時，會獲得更高、更窄的化學發光訊號，這意味著光發射反應的速率更快。四價鈰對羅丹明 6G 的氧化肯定會形成激發態三價鈰，但這也會增加基線和空白訊號以及樣品峰；因此，它不能解釋觀察到的預混合效應。看來，相反，羅丹明 6G 的氧化產物是造成這種現象的原因，因為該產物有機會與樣品發生反應，從而導致分析物訊號得到專門增強。增加羅丹明 6G 預氧化時間沒有優勢，因此似乎很可能是活性產物在第一次接觸時形成的，可能是單電子轉移形成的中間體。電子從該初始氧化產物轉移到分析物，將其還原回激發態的羅丹明 6G，從而使我們獲得了分析物 (A) 的氧化

                                        Rh6G ― e― → Rh6G•+

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

來自激發態羅丹明 6G 的發射將像以前一樣發生。如果（這是可能的）這種單級形成激發態羅丹明 6G 比分析物被四價鈰氧化、然後從激發態三價鈰到羅丹明 6G 的能量轉移這兩個階段進行得更快、更遠，它將解釋觀察到的更高、更窄的分析物峰。