在19世紀(jì)光學(xué)研究的黃金時(shí)代，法國物理學(xué)家阿拉果意外發(fā)現(xiàn)，石英晶體能讓偏振光的方向發(fā)生旋轉(zhuǎn)——人類由此揭開了分子手性研究的帷幕。兩百余年后，隨著對(duì)物質(zhì)手性理解的不斷深入，一門全新的光譜技術(shù)逐漸走向科學(xué)舞臺(tái)的中央：圓偏振發(fā)光光譜(Circularly Polarized Luminescence，簡稱CPL) ,以及專門用于測量這一現(xiàn)象的精密儀器——圓二色熒光光譜儀(CPL光譜儀)。
 

　　一、何為圓二色熒光光譜儀CPL?
 

　　圓二色熒光光譜儀，是一種用于精確測量手性物質(zhì)在光激發(fā)下發(fā)射出的左、右圓偏振光強(qiáng)度差異的專業(yè)光譜分析儀器。當(dāng)發(fā)光手性分子被單色光激發(fā)后，其釋放的熒光或磷光在左右圓偏振強(qiáng)度方面會(huì)體現(xiàn)出一定的差異性，這一現(xiàn)象被稱為圓偏振發(fā)光。CPL光譜儀的核心任務(wù)，就是捕捉這種微弱的差異，并從中提取關(guān)于激發(fā)態(tài)手性分子的關(guān)鍵信息。
 

　　該儀器的誕生，是對(duì)傳統(tǒng)圓二色光譜技術(shù)的重要補(bǔ)充。常規(guī)的CD波譜儀僅能檢測材料在基態(tài)的手性結(jié)構(gòu)信息，如同給一座建筑拍了一張白天的照片，記錄了它靜態(tài)的形貌;而CPL則如同在夜晚點(diǎn)亮了樓內(nèi)的所有燈，從發(fā)光中揭示出內(nèi)部的結(jié)構(gòu)與動(dòng)態(tài)布局——它所測量的，是材料在被激發(fā)至激發(fā)態(tài)后所展現(xiàn)的手性光學(xué)特性。兩種技術(shù)協(xié)同工作，讓研究者得以從“靜態(tài)”與“動(dòng)態(tài)”兩個(gè)維度全面審視手性材料的內(nèi)在性質(zhì)。
 

　　二、核心原理與關(guān)鍵技術(shù)挑戰(zhàn)
 

　　圓二色熒光光譜儀CPL的光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)精妙。其原理如下：光源發(fā)出的光首先通過一個(gè)單色儀，產(chǎn)生單色非偏振自然光照射樣品;手性樣品被激發(fā)后發(fā)出的左旋和右旋圓偏振熒光，經(jīng)過光彈調(diào)制器以約50kHz的頻率交替調(diào)制，隨后通過第二個(gè)單色儀分光，由光電倍增管探測器接收，經(jīng)鎖相放大器放大后輸出手性樣品的CPL光譜。
 

　　然而CPL測量面臨一項(xiàng)根本性的技術(shù)挑戰(zhàn)：熒光信號(hào)本身已十分微弱，而左、右圓偏振光之間的強(qiáng)度差異(即CPL信號(hào))更是比熒光信號(hào)微弱1到3個(gè)數(shù)量級(jí)。此外，來自各向異性樣品的線偏振發(fā)光強(qiáng)度往往是真實(shí)CPL信號(hào)的10至100倍，即使少量線偏振光泄漏到檢測通道中，也會(huì)嚴(yán)重扭曲不對(duì)稱因子數(shù)值。

 

　　三、作用：從基礎(chǔ)研究到應(yīng)用
 

　　圓二色熒光光譜儀CPL的應(yīng)用范圍已遠(yuǎn)超早期對(duì)手性金屬配合物的單純探索，廣泛輻射到多個(gè)科學(xué)研究與產(chǎn)業(yè)技術(shù)領(lǐng)域。
 

　　在光電顯示與信息存儲(chǔ)領(lǐng)域，具有高不對(duì)稱因子和高量子產(chǎn)率的CPL材料被認(rèn)為是液晶顯示背光、三維立體顯示器、全息顯示器以及光通信安全系統(tǒng)的核心發(fā)光材料。此外，鑭系配合物因其尖銳的熒光發(fā)射和強(qiáng)烈的圓偏振特性，在三維顯示與防偽安全標(biāo)記領(lǐng)域也展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。
 

　　在生物與醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域，CPL光譜學(xué)提供了一項(xiàng)獨(dú)特的探測能力。通過CPL測量，研究人員可以獲取激發(fā)態(tài)生物分子的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)信息，以及它們在涉及中間激發(fā)態(tài)的化學(xué)反應(yīng)中的行為。
 

　　在新型手性功能材料研發(fā)的前沿，圓二色熒光光譜儀CPL已從檢測發(fā)光不對(duì)稱因子的單一功能，逐漸拓展至蘊(yùn)含更多科技含量的多維原位表征架構(gòu)。近年來，科研團(tuán)隊(duì)成功構(gòu)建了集激光激發(fā)、電場、磁場、時(shí)間分辨及變溫條件于一體的原位CPL測試系統(tǒng)，能夠同時(shí)滿足環(huán)境敏感器件檢測和材料性能挖掘的雙重需求。在裝備了這一輪前沿測試基礎(chǔ)設(shè)施后，研究人員得以在三維顯示、熒光探針與生物活性材料等領(lǐng)域不斷創(chuàng)新。