PSⅡ的荧光光谱特性

采用激励光源为82MHz、514.5nm的皮秒荧光光谱装置对PS颗粒、内周天线CP43、CP47三种样品进行研究,通过探测三种样品的荧光总光谱强度随激光功率的变化,测得PS颗粒样品在激光功率为120mW时,荧光强度趋于饱和;CP43在激光功率为73mW时,荧光趋于饱和,但当激光功率为82mW时,荧光强度有下降趋势;而在激光功率为20～96mW的范围内,CP47的荧光强度与激光功率几乎是线性关系.依据它们的荧光量子产额与激光功率的关系,认为CP47中存在较强的激子效应.几种样品的荧光光谱范围分别为700～780nm(PS颗粒);640～780nm(CP43);630～775nm(CP47).CP43和CP47的最大荧光峰分别为680nm和690nm,荧光寿命分别为3.543ns和3.222ns.在514.5nm激光激发下,CP43和CP47中最先受激发的是β-Car分子,发射荧光的是Chla分子,理论计算认为在CP43和CP47中Chla分子发射荧光的效率分别为38.3%和40.6%.     

CCD皮秒扫描成象对光系统发射光谱研究

采用82MHz、514.5nm的Ar⁺激励光源,通过我们所建立的CCD皮秒扫描成象发射光谱装置分别对PSⅡ颗粒,内周天线CP43、CP47,外周天线LHCⅡ四种样品的发射光谱进行扫描成象,直接、快速地获得了它们的发射光谱曲线.通过分析认为,PSⅡ的发射荧光很大程度上是由内周天线CP47中的叶绿素a所发出的.     

CCD皮秒扫描成象对光系统发射光谱研究

采用 8 2 MHz、51 4.5nm的 Ar 激励光源 ,通过我们所建立的 CCD皮秒扫描成象发射光谱装置分别对 PS 颗粒 ,内周天线 CP43、CP47,外周天线 LHC 四种样品的发射光谱进行扫描成象 ,直接、快速地获得了它们的发射光谱曲线 .通过分析认为 ,PS 的发射荧光很大程度上是由内周天线 CP47中的叶绿素 a所发出的     

内周天线CP43、CP47中β-Car到Chla分子间的能量传递

采用超快荧光光谱动力学对从菠菜中分离纯化的内周天线CP43、CP47进行研究,获取了它们的动力学三维荧光谱,CP43的荧光光谱范围为640～780nm,最大峰位于680nm处,在该峰值处的荧光寿命约为3.54ns;CP47的荧光光谱范围为630～775nm,最大峰位于691nm处,在该峰值处的荧光寿命约为3.22ns,在CP43和CP47中,Chla分子发射荧光的效率分别约为38.3%和40.6%.依据分子的退激发途径,我们分析认为在CP43、CP47中β-Car→Chla分子的能量传递速率常量分别为9.06×10¹¹s^-1,1.3×10¹²s^-1;能量传递效率分别为47.5%、66.5%;并估计β-Car分子与Chla分子外周之间的距离分别为0.110nm、0.085nm.     

光系统Ⅱ核心复合物激发能传递光谱特性

采用ICCD皮秒、飞秒扫描成象光谱装置研究PSⅡ核心复合物激发能传递光谱特性,获得的PSⅡ积分荧光谱从661nm到693nm,峰值波长680nm,有四个组分谱,谱的峰值分别为670nm、676nm、681nm、686nm.CP43有Chla₆₆₀⁶⁶¹、Chla₆₆₉⁶⁷⁰和Chla₆₈₂⁶⁸⁶三个光谱组分;CP47有Chla₆₆₀⁶⁶¹、Chla₆₆₉⁶⁷⁰和Chla₆₈₀⁶⁸¹三个光谱组分.根据吸收光谱和组分光谱分析,PSⅡ核心天线各自有三种不同状态的Chla分子,它们是CP43-Chla₆₆₀⁶⁶¹、CP43-Chla₆₆₉⁶⁷⁰、CP43-Chla₆₈₂⁶⁸⁶与CP47-Chla₆₆₀⁶⁶¹、CP47-Chla₆₆₉⁶⁷⁰、CP47-Chla₆₈₀⁶⁸¹.通过四个光谱组分分析了PSⅡ核心复合物激发能传递的光谱特性.     

核心天线CP43、CP47的荧光光谱特性

采用快速扫描成象光谱技术对核心天线CP43和CP47的荧光光谱特性进行研究,获取了它们的积分荧光谱,通过积分荧光谱的组分光谱解析,并结合吸收光谱分析认为CP43和CP47具有这样的Chla的光谱特性,CP43:Chla₆₆₀^662.43、Chla₆₆₉^670.23、Chla₆₈₂^684.02,CP47:Chla₆₆₀^664.91、Chla₆₆₉^671.71、Chla₆₈₀^681.35、(Chla_a^e,a代表吸收峰;e代表发射峰);另外长波长组分694.86nm、702.34nm(CP43)、696.02nm(CP47)可能是由吸收>690nm的Chla分子所产生;CP43与CP47相比还存在有Chla₆₇₅^676.32,但是还没有看到CP43具有675nm吸收谱带的报道.对CP43和CP47的荧光光谱分析,认为CP47中的Chla669nm分子团和Chla680nm分子团间的能量传递比CP43中Chla669nm和Chla682nm分子团的能量传递更为有效;β-Car与Chla分子结合状态在CP47中要比CP43中紧密.     

飞秒差异吸收微弱信号测量技术

本文报道一种用飞秒差异吸收光谱装置探测光合作用光系统Ⅱ(PS Ⅱ)颗粒复合物电子传递、电荷分离、能量传递技术,装置的时间分辨率小于120fs,光谱调谐范围为720～860nm,采用低温双探头Boxcar平均处理器进行信息采集处理,测得了PS Ⅱ颗粒复合物3.2±0.3Ps的P680^* Pheo到P680⁺Pheo^-的电荷分离时间,还获得了由外周天线到内周天线CP43和CP47,再到PSⅡ反应中心的能量传递时间25ps,以及电荷分离后的能量衰变时间37.2ps.     

温度对PSⅡCP4 7/D1/D2/Cytb559复合物荧光光谱特性的影响

采用激励光源为514.5 nm的分幅扫描单光子计数荧光光谱装置对经20℃、42℃和48℃不同温度处理后的反应中心复合物CP47/D₁/D₂/Cyt b559的荧光光谱特性进行了研究.经解析,获得不同温度处理后,CP47/D₁/D₂/Cyt b559复合物最大峰值未发生变化,均在682 nm,说明Chla670的能量都由Chla682接收,但损耗愈来愈小,在48℃时,损耗程度最小,而其荧光百分比未发生多大变化.振动副带～700 nm和～740 nm的中心波长都发生蓝移,在不同温度下分别为:20℃ 703 nm,749 nm;42℃ 697 nm,744 nm;48℃ 694 nm,740 nm.因此可以推测温度的升高,影响了CP47/D₁/D₂/Cyt b559色素蛋白的二级结构以及色素分子的空间位置,使最大峰值处的荧光强度逐渐降低,振动副带逐渐蓝移.42℃的温度已造成影响,48℃影响较大.     

83 K光系统Ⅱ核心复合物不同激发的荧光光谱学

在83 K低温下,利用稳态荧光光谱技术对光系统Ⅱ（PSⅡ）核心复合物中激发能的传递进行了研究,激励波长分别选择为436 nm,480 nm,495 nm和507 nm,得到4种波长激发下的稳态荧光光谱.经过比较发现其最大峰值所在的位置没有因激发波长的不同而发生改变,都在696 nm处,在不同激发波长下经过高斯解析获得不同的谱带.根据发射光谱与吸收光谱的对应性,反映了不同的光谱特性,说明在不同波长光的激发下,核心复合物中能量传递的途径不同.同时,可以分析出在核心复合物中,至少有Chl a670.4670,Chl a684.7,685.1683,Chl a689.0687,Chl a690.9,693.4,695.2,698.06904种Chl a组分参与了能量的传递.     

温度升高对PSⅡCP47/D1/D2/Cyt b559复合物能量传递的影响

采用分幅扫描单光子计数荧光光谱装置,研究温度升高对PSⅡ CP47/D₁/D₂/Cyt b559复合物能量传递的影响.获得分别在20℃、42℃和48℃处理后,CP47/D₁/D₂/Cyt b559复合物主发射峰所在的波长未发生多大改变,均在682 nm,但其荧光强度逐渐降低,而大约730 nm处主发射峰的振动副带发生了明显的变化,42℃其弱峰趋势已不显著,相对荧光强度下降,48℃弱峰趋势已完全消失;最大峰值处获得两个时间组分,这两个组分都属于电荷重组.其中,1～2 ns组分随处理温度的升高变化不大,而7～20 ns组分随温度升高变化较大,并且逐渐延长.因此,处理温度的升高使CP47/D₁/D₂/Cyt b559复合物的二级结构、色素分布的空间位置发生变化,从而影响了CP47/D₁/D₂/Cyt b559复合物中的能量传递以及电荷重组.42℃已对其造成影响,而48℃对其影响很大.     

温度升高对PSⅡCP47/D1/D2/Cytb559复合物能量传递的影响

采用分幅扫描单光子计数荧光光谱装置,研究温度升高对PSⅡ CP47/D1/D2/Cyt b559复合物能量传递的影响.获得分别在20℃、42℃和48℃处理后,CP47/D1/D2/Cyt b559复合物主发射峰所在的波长未发生多大改变,均在682 nm,但其荧光强度逐渐降低,而大约730 nm处主发射峰的振动副带发生了明显的变化,42℃其弱峰趋势已不显著,相对荧光强度下降,48℃弱峰趋势已完全消失;最大峰值处获得两个时间组分,这两个组分都属于电荷重组.其中,1～2 ns组分随处理温度的升高变化不大,而7～20 ns组分随温度升高变化较大,并且逐渐延长.因此,处理温度的升高使CP47/D1/D2/Cyt b559复合物的二级结构、色素分布的空间位置发生变化,从而影响了CP47/D1/D2/Cyt b559复合物中的能量传递以及电荷重组.42℃已对其造成影响,而48℃对其影响很大.     

PSⅡ颗粒二聚体中类胡萝卜素向反应中心传能研究

运用瞬态荧光光谱技术在77 K低温下对PSⅡ颗粒复合物中类胡萝卜素（Car）分子的能量传递过程进行研究, 通过不同激发波长473 nm, 481 nm, 507 nm选择性激发PSⅡ颗粒复合物中色素分子, 得到PSⅡ颗粒二聚体中关于Car能量传递的三组时间组分：16.6 ps, 130~183 ps, 217~249 ps. 其中16.6 ps反映了LHCⅡ中的Car分子将能量通过中间体Cars、Chls分子传递到Chl639的过程; 130~183 ps为核心天线中的β-Car分子向RC的能量传递时间; 217~249 ps为LHCⅡ中Car481通过中间Chla分子向RC的传能时间.     

PSⅡ颗粒复合物低温荧光光谱特性

为了获得低温下PSⅡ颗粒复合物色素分子间的能量传递信息,运用荧光激发谱及荧光发射谱对273 K温度时不同波长光激发下菠菜的PSⅡ颗粒复合物的荧光光谱特性进行了研究,分析得出荧光强度的大小与激发光的波长有关,在实验所采用的激发波长中,436 nm的光激发产生的荧光强度最大,520 nm的最小.在能量传递过程中Chl a分子的荧光效率最高,Chl b分子次之.结合吸收谱分析还发现在PSⅡ颗粒复合物中至少存在四种具特征吸收的Chl分子： Chl a661660, Chl a/b672669,670,Chl a682680,Chl a690687.对436 nm光激发所得到的荧光发射谱进一步经高斯解析后得到五个光谱组分：661 nm,672 nm,682 nm,690 nm,730 nm,所占的比例分别为4.75%,9.89%,43.18%,22.08%,20.10%.     

叶绿体不同浓度下光诱导延迟荧光光谱研究

针对《光子学报》文献［1］中实验结果与已有报道相关光谱特征的显著差异,利用多种光谱学手段对不同浓度下叶绿体延迟荧光行进了研究.实验结果表明：PSⅠ反应中心叶绿素P700对PSⅡ所发685 nm成份的吸收随叶绿体浓度的增加而增强,从而导致PSⅠ发出的730 nm成份增强,而使得延迟荧光光谱中730 nm成为主峰,甚至685 nm成份的消失.该研究结果表明：叶绿体延迟荧光光谱中730 nm成份,是由PSⅠ作用中心叶绿素P700对PSⅡ中所发685 nm成份延迟荧光的重吸收,产生激发态所发出的荧光.该结论有助于延迟荧光光谱中各成份产生机理的进一步研究.     

掺Yb3+激光玻璃光谱特性研究

采用高温熔融工艺制备了Yb3 掺杂激光玻璃.测试了玻璃的吸收光谱和发射光谱,计算了Yb3 的积分吸收截面和受激发射截面及荧光寿命等参数.玻璃光谱曲线表明:吸收主峰位于975.35 nm,在900～962 nm范围内有一较为弥散的吸收次峰,中心波长为939.17nm;荧光主峰位于977.15 nm,荧光次峰位于997.42 m;随着样品厚度的增加,荧光次峰强度和荧光主峰强度在增大,荧光次峰波长和荧光主峰波长向长波方向移动;荧光有效线宽从34.64 nm增大到54.50 nm;荧光寿命由1.04 ms减小为1.00 ms.     

延时分幅扫描单光子计数荧光光谱技术

设计建立了一套延时分幅扫描单光子计数荧光光谱装置,以雪崩光电二极管SPCM-AQR-15为荧光探测器,T914P单光子计数模件为信号接收仪器,通过对T914P的触发信号加延时,在每个延时下对荧光信号进行分幅扫描,再将所有延时的分幅扫描信号叠加在一起,可以将快速的微弱信号很好地再现出来,时间分辨率提高了16.7倍,采用此技术对光合作用CP43色素蛋白复合物进行了研究,荧光光谱解叠可分辨出三个窄谱带:681nm、684nm、729nm,并分别在670nm,680nm和685nm荧光发射处,采用全局优化拟合法处理,获取了3个寿命组分:422_ps,582_ps,3.75_ns,其中422_ps反应了Chla671到Chla679和Chla682能量传递过程;582_ps代表Chla679到Chla682的能量传递;3.75_ns代表Chla682包括荧光在内的所有去激发速率之和.     

光系统Ⅱ核心天线的低温荧光光谱及动力学研究

采用稳态及飞秒荧光光谱技术研究了光系统Ⅱ中核心复合物在83 K、160 K和273 K低温下的能量传递途径.激发波长为507 nm.随着温度的升高,稳态荧光光谱逐渐发生蓝移.通过对不同温度下稳态光谱进行高斯解析,获得5个特征叶绿素a分子, 分别为Chl a670.4670, Chl a681.9680, Chl a683.9683, Chl a687.5,687.8,689687和Chl a698.0690,其中仅有Chl a687.5,687.8,689687在3个温度下的光谱中都解析获得,并且其谱宽以及荧光比例都随着温度升高而增加,因此推断温度对CP47中易裂解的叶绿素a分子有较大的影响.在680 nm以及690 nm波长处对不同温度下的时间曲线利用F900时间处理系统进行拟合,获得73 ps、 110 ps、 186 ps、 246~972 ps和1~3.7 ns 5个时间组分.其中, 73 ps是电荷分离的时间;110 ps和186 ps是β-Car分子受激发后,将激发能最终传递给反应中心所需要的时间;246~972 ps是电荷重组的时间过程;而1~3.7 ns是激发态分子发生电荷重组后又衰退回到基态的时间.73 ps的时间组分只在83 K温度下得到,因此,随着温度降低,可以探测到快的时间组分. 此外,对光谱随温度升高而发生蓝移进行了分析.     

铽激活碱土硼硅酸盐玻璃的长余辉发光性质

首次报道了一种新型的长余辉发光材料,即Tb^3 激活的钡硼硅长余辉发光玻璃。经254nm的紫外灯(辐照度为4．07mW／cm^3)照射30min后,该玻璃发出明亮的绿色长余辉,其余辉在黑暗中持续8h以上仍肉眼可辨。比较样品的余辉光谱和荧光发射光谱,发现两者的峰形、峰位基本相同,说明玻璃样品的绿色余辉发射中心,来自于Tb^3 的特征发射。余辉发射的峰值波长位于543nm,对应于Tb^3 的^5D4→^7F5跃迁。我们通过吸收光谱、荧光的激发和发射光谱、余辉衰减曲线、余辉发射光谱及热释光谱等表征方法,系统地对这种玻璃材料的荧光和长余辉发光性质进行了研究,并讨论了可能的长余辉发光的机理。     

光系统ⅡChl分子能量传递超快光谱动力学

利用ICCD飞秒扫描成象和飞秒时间分辨光谱装置实验研究了高等植物捕光天线LHCⅡ三聚体和PSⅡ颗粒复合物的超快光谱动力学,经过吸收光谱和发射光谱分析,确定在LHCⅡ三聚体中至少存在7种Chl分子光谱特性,分别是Chlb_653/656^658.7、Chla_662.0^665.2、Chla/b_670/671^677.1、Chla_675.0^677.1、Chla_680/681^682.9、Chla_685.0^689.1和Chla_695.0^695.6.采用光强1013光子/cm²/脉冲激励浓度为30μg/mL的捕光天线LHCⅡ三聚体,在650nm到705nm谱段逐点探测分析处理,产生了2组短寿命组分210fs、520fs和5.2ps、36.7ps及2个长寿命组分1.8ns、2ns.最快的3个寿命210fs、520fs和5.2ps反映了三聚体Chlb分子向Chla分子的激发能传递过程;寿命36.7ps反映了Chla分子向相邻单体Chla分子的激发能传递过程;最长的2个寿命1.8ns和2ns是在三聚体中Chla分子通过中间体Chla分子辐射荧光,分别跃迁回基态的过程.获得的6个寿命组分有把激发能传递时间与Chla/b分子发射光谱相结合的特点.经拟合处理解析PSⅡ颗粒复合物光谱,得到3个组分谱,其峰值分别为686.8nm、692.2nm和694.9nm,与LHCⅡ比较分析,说明天然构型的PSⅡ有很强的吸收光能和有效传递光能的本领.     

PSII高效传能超快微观机理研究

在飞秒、皮秒时间分辨泵浦探测光谱学、荧光动力学、能量传递动力学研究基础上，确立了PSⅡ各功能单元激发能传递途径，由主外周天线LHCIIb吸收太阳能，通过次外周天线CP29，CP26，CP24，经内周天线CP43和CP47分别传递到反应中心D1－D2－Cytb559。利用四能带理论解析研究了PSII激发能传递机理和规律，利用四能级理论解析研究了天线复合物内部激发能传递过程。最后理论计算了PSII核心天线CP43及CP47中β－Car到Chla分子间激发能传递效率，分别为47．5％和66．5％。