[论文解读] Radiative Relaxation Quantum Yields for Synthetic Eumelanin

Paul Meredith, Jenny Riesz|arXiv (Cornell University)|Dec 11, 2003

melanin and skin pigmentation被引用 16

一句话总结

本研究测量了合成褐黑素在不同激发波长下的绝对辐射弛豫量子产率，校正了样品和荧光素标准品中的光束衰减和再吸收效应。结果表明，褐黑素以非辐射方式耗散了超过99.9%的吸收紫外光和可见光，其辐射量子产率强烈依赖于激发能量，表明发光来源于不同的寡聚单元，而非均一的杂聚物。

ABSTRACT

We report absolute values for the radiative relaxation quantum yield of synthetic eumelanin as a function of excitation energy. These values were determined by correcting for pump beam attenuation and emission re-absorption in both eumelanin samples and fluorescein standards over a large range of concentrations. Our results confirm that eumelanins are capable of dissipating >99.9% of absorbed UV and visible radiation through non-radiative means. Furthermore, we have found that the radiative quantum yield of synthetic eumelanin is excitation energy dependent. This observation is supported by corrected emission spectra, which also show a clear dependence of both peak position and peak width upon excitation energy. Our findings indicate that photoluminescence emission in eumelanins is derived from ensembles of small chemically distinct oligomeric units which can be selectively pumped. This hypothesis lends support to the theory that the basic structural unit of eumelanin is oligomeric rather than hetero-polymeric.

研究动机与目标

• 确定合成褐黑素在不同激发能量下的绝对辐射弛豫量子产率。
• 校正实验中的人为因素，如激发光束衰减和褐黑素及荧光素标准品中的发射再吸收。
• 通过分析激发依赖的发光行为，探究褐黑素光致发光的结构起源。
• 检验褐黑素的光物理性质源于化学上不同的寡聚单元集合，而非单一杂聚物结构的假设。

提出的方法

• 使用经过校准的荧光光谱仪测量绝对量子产率，并校正光程长度和再吸收效应。
• 在整个浓度范围内采用荧光素作为参比标准，以确保辐射产率校准的准确性。
• 获取激发依赖的发射光谱，以评估激发能量变化时最大波长和半峰宽的变化。
• 应用校正算法，以考虑高浓度褐黑素样品中发射光的再吸收。
• 采用双样品法，在相同光学条件下比较褐黑素与荧光素，以分离其本征量子产率。
• 通过分析光谱位移和展宽，推断存在多个具有不同电子跃迁的发光物种。

实验结果

研究问题

• RQ1 合成褐黑素的绝对辐射弛豫量子产率如何随激发波长变化？
• RQ2 激发光束衰减和发射再吸收如何影响高浓度褐黑素样品中测得的量子产率？
• RQ3 褐黑素的光致发光是否源于单一均一结构，还是多个化学上不同的单元？
• RQ4 辐射量子产率在多大程度上依赖于激发能量？
• RQ5 激发依赖的发光行为对褐黑素的结构组织有何启示？

主要发现

• 在紫外光和可见光范围内，合成褐黑素的辐射弛豫量子产率低于0.1%，证实超过99.9%的吸收能量以非辐射方式耗散。
• 辐射量子产率明显依赖于激发能量，随激发波长变长而增加。
• 校正后的发射光谱显示，最大波长和半峰宽均随激发能量系统性变化，表明存在多个发光物种。
• 激发依赖的光谱行为支持褐黑素中存在由化学上不同的寡聚单元组成的集合体。
• 数据强烈反对均一杂聚物结构，反而支持以寡聚单元作为褐黑素基本结构单元的模型。
• 研究结果与褐黑素作为光保护色素的功能一致，能通过非辐射途径高效淬灭吸收的辐射。