zhpsЖурнал прикладной спектроскопииZhurnal Prikladnoii Spektroskopii0514-7506B. I. Stepanov Institute of Physics of the National Academy of Scienceszhps-2406Research ArticleСтатьиАнализ кинетики затухания флуоресценции двухкомпонентных систем на примере индотрикарбоцианиновых красителейAnalysis of Fluorescence Decay Kinetics in TwoComponent Systems: a Case Study of Indotricarbocyanine DyesТарасовД. С.TarasauD. S.

Минск

Minsk

tarasovds@bsu.byСамцовМ. П.SamtsovM. P.

Минск

Minsk

ВоропайЕ. С.VoropayE. S.

Минск

Minsk

НИУ “Институт прикладных физических проблем им. А. Н. Севченко” Белорусского государственного университета; Белорусский государственный университетБеларусьA. N. Sevchenko Institute for Applied Physical Problems of Belarusian State University; Belarusian State UniversityBelarusНИУ “Институт прикладных физических проблем им. А. Н. Севченко” Белорусского государственного университетаБеларусьA. N. Sevchenko Institute for Applied Physical Problems of Belarusian State UniversityBelarusБелорусский государственный университетБеларусьBelarusian State UniversityBelarus202628092026935640651Copyright © Тарасов Д.С., Самцов М.П., Воропай Е.С., 20262026Тарасов Д.С., Самцов М.П., Воропай Е.С.Tarasau D.S., Samtsov M.P., Voropay E.S.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://zhps.ejournal.by/jour/article/view/2406

На примере двухкомпонентной системы на основе индотрикарбоцианинового красителя в малополярном о-дихлорбензоле рассмотрен подход к анализу спектрально-кинетических свойств многокомпонентных систем, направленный на определение физически согласующейся модели аппроксимации кинетики затухания флуоресценции. Анализ данных выполнен с помощью разработанного программного модуля, который позволяет определять длительность затухания флуоресценции одного или нескольких центров и устанавливать условия для области поиска параметров модели расчета; реализована возможность получения апостериорного распределения параметров модели аппроксимации для определения диапазона их возможных значений. Показано, что при деконволюции кривых затухания флуоресценции многокомпонентных систем достижение минимального значения χ2 (1.2) не является критерием достоверного определения весовых коэффициентов и длительностей затухания флуоресценции компонент, необходимо использовать не только математически обусловленные условия вычислений, но и сопоставлять рассчитанные параметры с другими фотофизическими характеристиками каждой из компонент.

Using a two-component system based on indotricarbocyanine dye in low-polarity o-dichlorobenzene as an example, this article examines an approach to analyzing the spectral-kinetic properties of multicomponent systems aimed at determining a physically consistent model for approximating fluorescence decay kinetics. Data analysis was performed using a developed software module that allows one to determine the fluorescence decay duration of one or more centers and set conditions for the search region of the calculation model parameters. The ability to obtain a posteriori distribution of the approximation model parameters is also implemented to determine the range of their possible values. It has been shown that when deconvoluting the fluorescence decay curves of multicomponent systems, achieving the minimum value of χ2 (a value less than 1.2) is not a criterion for reliably determining the weighting coefficients and durations of fluorescence decay of the components; it is necessary to use not only mathematically determined calculation conditions, but also to compare the calculated parameters with other photophysical characteristics of each of the components.

спектрально-кинетический люминесцентный анализиндотрикарбоцианиновые красителидлительность затухания флуоресценциивремякоррелированный счет одиночных фотоновindotricarbocyanine dyesspectral-kinetic luminescence analysisfluorescence lifetimetimecorrelated single photon countingАвторы выражают благодарность А. В. Дигрис (радиофизический факультет БГУ) за помощь в проведении глобального анализа серии кинетик затухания флуоресценции. Исследование поддержано грантом Президента Республики Беларусь для Д. С. Тарасова на 2026 г. и проектами БРФФИ-РНФ Ф26РНФ-097 и ГПНИ Фотоника 5.1.08.ReferencesJ. R. Lakowicz. Principles of Fluorescence Spectroscopy, Boston, Springer US (2006), https://doi.org/10.1007/978-0-387-46312-4J. R. Lakowicz. Principles of Fluorescence Spectroscopy, Boston, Springer US (2006), https://doi.org/10.1007/978-0-387-46312-4A. H. Upadhaya, P. K. Singh. Fluorescence Spectroscopy in Analytical Chemistry (2026) 471—507, https://doi.org/10.1016/B978-0-443-30270-1.00016-4A. H. Upadhaya, P. K. Singh. Fluorescence Spectroscopy in Analytical Chemistry (2026) 471—507, https://doi.org/10.1016/B978-0-443-30270-1.00016-4B. Valeur, J. C. Brochon. New Trends in Fluorescence Spectroscopy: Applications to Chemical and Life Sciences, Springer Science & Business Media (2012), https://doi.org/10.1007/978-3-642-56853-4B. Valeur, J. C. Brochon. New Trends in Fluorescence Spectroscopy: Applications to Chemical and Life Sciences, Springer Science & Business Media (2012), https://doi.org/10.1007/978-3-642-56853-4R. Cundall. Time-Resolved Fluorescence Spectroscopy in Biochemistry and Biology, Springer Science & Business Media (2013), https://doi.org/10.1007/978-1-4757-1634-4R. Cundall. Time-Resolved Fluorescence Spectroscopy in Biochemistry and Biology, Springer Science & Business Media (2013), https://doi.org/10.1007/978-1-4757-1634-4M. Hof, R. Hutterer, V. Fidler. Fluorescence Spectroscopy in Biology: Advanced Methods and their Applications to Membranes, Proteins, DNA, and Cells, Springer Science & Business Media (2005), https://doi.org/10.1007/b138383M. Hof, R. Hutterer, V. Fidler. Fluorescence Spectroscopy in Biology: Advanced Methods and their Applications to Membranes, Proteins, DNA, and Cells, Springer Science & Business Media (2005), https://doi.org/10.1007/b138383F. Ali, S. Kundu. Chem. Mater., 37, N 11 (2025) 3903—3926, https://doi.org/10.1021/acs.chemmater.5c00666F. Ali, S. Kundu. Chem. Mater., 37, N 11 (2025) 3903—3926, https://doi.org/10.1021/acs.chemmater.5c00666A. A. Istratov, O. F. Vyvenko. Rev. Sci. Instrum., 70, N 2 (1999) 1233—1257, https://doi.org/10.1063/1.1149581A. A. Istratov, O. F. Vyvenko. Rev. Sci. Instrum., 70, N 2 (1999) 1233—1257, https://doi.org/10.1063/1.1149581M. vandeVen, M. Ameloot, B. Valeur, N. Boens. J. Fluoresc., 15, N 3 (2005) 377—413, https://doi.org/10.1007/s10895-005-2632-1M. vandeVen, M. Ameloot, B. Valeur, N. Boens. J. Fluoresc., 15, N 3 (2005) 377—413, https://doi.org/10.1007/s10895-005-2632-1U. Noomnarm, R. M. Clegg. Photosynthesis Res., 101, N 2 (2009) 181—194, https://doi.org/10.1007/s11120-009-9457-8U. Noomnarm, R. M. Clegg. Photosynthesis Res., 101, N 2 (2009) 181—194, https://doi.org/10.1007/s11120-009-9457-8F. de Jong, C. Martin, J. Hofkens, M. Van der Auweraer. Chem. A. Eur. J., 31, N 34 (2025) e202401799, https://doi.org/10.1002/chem.202401799F. de Jong, C. Martin, J. Hofkens, M. Van der Auweraer. Chem. A. Eur. J., 31, N 34 (2025) e202401799, https://doi.org/10.1002/chem.202401799E. V. Péan, S. Dimitrov, C. S. De Castro, M. L. Davies. Phys. Chem. Chem. Phys., 22, N 48 (2020) 28345—28358, https://doi.org/10.1039/D0CP04950FE. V. Péan, S. Dimitrov, C. S. De Castro, M. L. Davies. Phys. Chem. Chem. Phys., 22, N 48 (2020) 28345—28358, https://doi.org/10.1039/D0CP04950FD. V. O. O’Connor, W. R. Ware, J. C. Andre. J. Phys. Chem., 83, N 10 (1979) 1333—1343D. V. O. O’Connor, W. R. Ware, J. C. Andre. J. Phys. Chem., 83, N 10 (1979) 1333—1343A. Grinvald, I. Z. Steinberg. Anal. Biochem., 59, N 2 (1974) 583—598, https://doi.org/10.1016/00032697(74)90312-1A. Grinvald, I. Z. Steinberg. Anal. Biochem., 59, N 2 (1974) 583—598, https://doi.org/10.1016/00032697(74)90312-1M. Straume, S. G. Frasier-Cadoret, M. L. Johnson. Topics in Fluorescence Spectroscopy: Principles, Boston MA, Springer US (2002) 177—240, https://doi.org/10.1007/0-306-47058-6_4M. Straume, S. G. Frasier-Cadoret, M. L. Johnson. Topics in Fluorescence Spectroscopy: Principles, Boston MA, Springer US (2002) 177—240, https://doi.org/10.1007/0-306-47058-6_4K. Holmström, J. Petersson. Appl. Mathem. and Comp., 126, N 1 (2002) 31—61, https://doi.org/10.1016/S0096-3003(00)00138-7K. Holmström, J. Petersson. Appl. Mathem. and Comp., 126, N 1 (2002) 31—61, https://doi.org/10.1016/S0096-3003(00)00138-7J. Enderlein, R. Erdmann. Opt. Commun., 134, N 1-6 (1997) 371—378, https://doi.org/10.1016/S00304018(96)00384-7J. Enderlein, R. Erdmann. Opt. Commun., 134, N 1-6 (1997) 371—378, https://doi.org/10.1016/S00304018(96)00384-7D. J. S. Birch, R. E. Imhof. Topics in Fluorescence Spectroscopy: Techniques, Boston MA, Springer US (1991) 1—95D. J. S. Birch, R. E. Imhof. Topics in Fluorescence Spectroscopy: Techniques, Boston MA, Springer US (1991) 1—95J. A. Jo, Q. Fang, T. Papaioannou, L. Marcu. J. Biomed. Optics, 9, N 4 (2004) 743—752, https://doi.org/10.1117/1.1752919J. A. Jo, Q. Fang, T. Papaioannou, L. Marcu. J. Biomed. Optics, 9, N 4 (2004) 743—752, https://doi.org/10.1117/1.1752919L. Marcu. Annals Biomed. Eng., 40, N 2 (2012) 304—331, https://doi.org/10.1007/s10439-011-0495-yL. Marcu. Annals Biomed. Eng., 40, N 2 (2012) 304—331, https://doi.org/10.1007/s10439-011-0495-yA. S. Dabir, C. A. Trivedi, Y. Ryu, P. Pande, J. A. Jo. J. Biomed. Opt., 14, N 2 (2009) 024030(1–13), https://doi.org/10.1117/1.3103342A. S. Dabir, C. A. Trivedi, Y. Ryu, P. Pande, J. A. Jo. J. Biomed. Opt., 14, N 2 (2009) 024030(1–13), https://doi.org/10.1117/1.3103342J. M. Beechem, M. Ameloot, L. Brand. Chem. Phys. Lett., 120, N 4-5 (1985) 466—472, https://doi.org/10.1016/0009-2614(85)85642-6J. M. Beechem, M. Ameloot, L. Brand. Chem. Phys. Lett., 120, N 4-5 (1985) 466—472, https://doi.org/10.1016/0009-2614(85)85642-6J. Duhamel. Langmuir, 30, N 9 (2014) 2307—2324, https://doi.org/10.1021/la403714uJ. Duhamel. Langmuir, 30, N 9 (2014) 2307—2324, https://doi.org/10.1021/la403714uJ. M. Beechem, E. Gratton, M. Ameloot, J. R. Knutson, L. Brand. Topics in Fluorescence Spectroscopy: Principles, Boston MA, Springer US (2002) 241—305, https://doi.org/10.1007/0-306-47058-6–5J. M. Beechem, E. Gratton, M. Ameloot, J. R. Knutson, L. Brand. Topics in Fluorescence Spectroscopy: Principles, Boston MA, Springer US (2002) 241—305, https://doi.org/10.1007/0-306-47058-6–5G. Landl, T. Langthaler, H. W. Englt, H. F. Kauffmann. J. Comp. Phys., 95, N 1 (1991) 1—28, https://doi.org/10.1016/0021-9991(91)90250-OG. Landl, T. Langthaler, H. W. Englt, H. F. Kauffmann. J. Comp. Phys., 95, N 1 (1991) 1—28, https://doi.org/10.1016/0021-9991(91)90250-OA. K. Livesey, J. C. Brochon. Biophys. J., 52, N 5 (1987) 693—706, https://doi.org/10.1016/S00063495(87)83264-2A. K. Livesey, J. C. Brochon. Biophys. J., 52, N 5 (1987) 693—706, https://doi.org/10.1016/S00063495(87)83264-2J. C. Brochon. Methods in Enzymology, 240, Academic Press (1994) 262—311, https://doi.org/10.1016/S0076-6879(94)40052-0J. C. Brochon. Methods in Enzymology, 240, Academic Press (1994) 262—311, https://doi.org/10.1016/S0076-6879(94)40052-0J. Skilling. Maximum Entropy and Bayesian Methods, New York, Kluwer Academic (1989) 45—52J. Skilling. Maximum Entropy and Bayesian Methods, New York, Kluwer Academic (1989) 45—52D. R. James, W. R. Ware. Chem. Phys. Lett., 126, N 1 (1986) 7—11D. R. James, W. R. Ware. Chem. Phys. Lett., 126, N 1 (1986) 7—11A. Siemiarczuk, B. D. Wagner, W. R. Ware. J. Phys. Chem., 94, N 4 (1990) 1661—1666, https://doi.org/10.1021/j100367a080A. Siemiarczuk, B. D. Wagner, W. R. Ware. J. Phys. Chem., 94, N 4 (1990) 1661—1666, https://doi.org/10.1021/j100367a080Y. S. Liu, W. R. Ware. J. Phys. Chem., 97, N 22 (1993) 5980—5986, https://doi.org/10.1021/j100124a033Y. S. Liu, W. R. Ware. J. Phys. Chem., 97, N 22 (1993) 5980—5986, https://doi.org/10.1021/j100124a033M. N. Berberan-Santos, E. N. Bodunov, B. Valeur. Fluorescence of Supermolecules, Polymers, and Nanosystems, Berlin Heidelberg, Springer Berlin Heidelberg (2007) 67—103, https://doi.org/10.1007/4243_2007_001M. N. Berberan-Santos, E. N. Bodunov, B. Valeur. Fluorescence of Supermolecules, Polymers, and Nanosystems, Berlin Heidelberg, Springer Berlin Heidelberg (2007) 67—103, https://doi.org/10.1007/4243_2007_001J. R. Lakowicz, H. Cherek, I. Gryczynski, N. Joshi, M. L. Johnson. Biophys. Chem., 28, N 1 (1987) 35—50, https://doi.org/10.1016/0301-4622(87)80073-XJ. R. Lakowicz, H. Cherek, I. Gryczynski, N. Joshi, M. L. Johnson. Biophys. Chem., 28, N 1 (1987) 35—50, https://doi.org/10.1016/0301-4622(87)80073-XJ. R. Alcala, E. Gratton, F. G. Prendergast. Biophys. J., 51, N 6 (1987) 925—936, https://doi.org/10.1016/S0006-3495(87)83420-3J. R. Alcala, E. Gratton, F. G. Prendergast. Biophys. J., 51, N 6 (1987) 925—936, https://doi.org/10.1016/S0006-3495(87)83420-3M. N. Berberan-Santos, B. Valeur. J. Lumin., 126, N 2 (2007) 263—272, https://doi.org/10.1016/j.jlumin.2006.07.004M. N. Berberan-Santos, B. Valeur. J. Lumin., 126, N 2 (2007) 263—272, https://doi.org/10.1016/j.jlumin.2006.07.004B. K. Nunnally, H. He, L. C. Li, S. A. Tucker, L. B. McGown. Anal. Chem., 69, N 13 (1997) 2392—2397, https://doi.org/10.1021/ac961281pB. K. Nunnally, H. He, L. C. Li, S. A. Tucker, L. B. McGown. Anal. Chem., 69, N 13 (1997) 2392—2397, https://doi.org/10.1021/ac961281pT. O. Peulen. Spectroscopy J., 3, N 2 (2025) 16, https://doi.org/10.3390/spectroscj3020016T. O. Peulen. Spectroscopy J., 3, N 2 (2025) 16, https://doi.org/10.3390/spectroscj3020016A. А. Lugovski, M. P. Samtsov, K. N. Kaplevsky, D. Tarasau, E. S. Voropay, P. T. Petrov, Y. P. Istomin. J. Photochem. Photobiol. A, 316 (2016) 31—36, https://doi.org/10.1016/j.jphotochem.2015.10.008A. А. Lugovski, M. P. Samtsov, K. N. Kaplevsky, D. Tarasau, E. S. Voropay, P. T. Petrov, Y. P. Istomin. J. Photochem. Photobiol. A, 316 (2016) 31—36, https://doi.org/10.1016/j.jphotochem.2015.10.008N. V. Kozobkova, M. P. Samtsov, A. P. Lugovski, N. V. Bel’ko, D. S. Tarasov, A. S. Kaprelyants, A. P. Savitsky, M. O. Shleeva. Int. J. Mol. Sci., 25, N 15 (2024) 8505, https://doi.org/10.3390/ijms25158505N. V. Kozobkova, M. P. Samtsov, A. P. Lugovski, N. V. Bel’ko, D. S. Tarasov, A. S. Kaprelyants, A. P. Savitsky, M. O. Shleeva. Int. J. Mol. Sci., 25, N 15 (2024) 8505, https://doi.org/10.3390/ijms25158505М. П. Самцов, С. А. Тихомиров, Л. С. Ляшенко, Д. С. Тарасов, О. В. Буганов, В. А. Галевский, А. С. Сташевский, Е. С. Воропай. Журн. прикл. спектр., 80, № 2 (2013) 177—182 [M. P. Samtsov, S. A. Tikhomirov, L. S. Lyashenka, D. S. Tarasau, O. V. Buganov, V. A. Galievsky, A. S. Stasheuski, E. S. Voropay. J. Appl. Spectr., 80, N 2 (2013) 170—175], https://doi.org/10.1007/s10812-013-9741-4М. П. Самцов, С. А. Тихомиров, Л. С. Ляшенко, Д. С. Тарасов, О. В. Буганов, В. А. Галевский, А. С. Сташевский, Е. С. Воропай. Журн. прикл. спектр., 80, № 2 (2013) 177—182 [M. P. Samtsov, S. A. Tikhomirov, L. S. Lyashenka, D. S. Tarasau, O. V. Buganov, V. A. Galievsky, A. S. Stasheuski, E. S. Voropay. J. Appl. Spectr., 80, N 2 (2013) 170—175], https://doi.org/10.1007/s10812-013-9741-4М. П. Самцов, Д. С. Тарасов, Е. С. Воропай. Журн. прикл. спектр., 90, № 5 (2023) 738—746 [M. P. Samtsov, D. S. Tarasov, E. S. Voropay. J. Appl. Spectr., 90, N 5 (2023) 1029—1036], https://doi.org/10.1007/s10812-023-01628-1М. П. Самцов, Д. С. Тарасов, Е. С. Воропай. Журн. прикл. спектр., 90, № 5 (2023) 738—746 [M. P. Samtsov, D. S. Tarasov, E. S. Voropay. J. Appl. Spectr., 90, N 5 (2023) 1029—1036], https://doi.org/10.1007/s10812-023-01628-1А. Гордон, Р. Форд. Спутник химика, Москва, Мир (1976)А. Гордон, Р. Форд. Спутник химика, Москва, Мир (1976)М. П. Самцов, Д. С. Тарасов, А. Е. Радько, К. А. Шевченко, А. А. Кирсанов, Н. В. Лобода, Е. С. Воропай. Журн. прикл. спектр., 92, № 5 (2025) 640—649 [M. P. Samtsov, D. S. Tarasau, A. E. Radzko, K. A. Shevchenko, A. A. Kirsanov, N. V. Laboda, E. S. Voropay. J. Appl. Spectr., 92, N 5 (2025) 1013—1021], https://doi.org/10.1007/s10812-025-02001-0М. П. Самцов, Д. С. Тарасов, А. Е. Радько, К. А. Шевченко, А. А. Кирсанов, Н. В. Лобода, Е. С. Воропай. Журн. прикл. спектр., 92, № 5 (2025) 640—649 [M. P. Samtsov, D. S. Tarasau, A. E. Radzko, K. A. Shevchenko, A. A. Kirsanov, N. V. Laboda, E. S. Voropay. J. Appl. Spectr., 92, N 5 (2025) 1013—1021], https://doi.org/10.1007/s10812-025-02001-0E. S. Voropai, K. F. Ermalitskaia, F. A. Ermalitski, A. E. Rad’ko, N. V. Rzheutsky, M. P. Samtsov. Instrum. and Exp. Techniques, 65, N 1 (2022) 83—88, https://doi.org/10.1134/S0020441222010213E. S. Voropai, K. F. Ermalitskaia, F. A. Ermalitski, A. E. Rad’ko, N. V. Rzheutsky, M. P. Samtsov. Instrum. and Exp. Techniques, 65, N 1 (2022) 83—88, https://doi.org/10.1134/S0020441222010213Е. С. Воропай, Ф. А. Ермалицкий, А. Е. Радько, М. П. Самцов. Приборы и техника эксперимента, № 1 (2020) 151—152, https://doi.org/10.31857/S0032816222010232Е. С. Воропай, Ф. А. Ермалицкий, А. Е. Радько, М. П. Самцов. Приборы и техника эксперимента, № 1 (2020) 151—152, https://doi.org/10.31857/S0032816222010232A. V. Digris, E. G. Novikov, V. V. Skakun, V. V. Apanasovich. Fluorescence Spectroscopy and Microscopy: Methods and Protocols, Totowa NJ, Humana Press (2013) 257—277A. V. Digris, E. G. Novikov, V. V. Skakun, V. V. Apanasovich. Fluorescence Spectroscopy and Microscopy: Methods and Protocols, Totowa NJ, Humana Press (2013) 257—277T. Welton, C. Reichardt. Solvents and Solvent Effects in Organic Chemistry, Weinheim, John Wiley & Sons (2011)T. Welton, C. Reichardt. Solvents and Solvent Effects in Organic Chemistry, Weinheim, John Wiley & Sons (2011)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.