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氟喹诺酮类药物(fluoroquinolones，FQs)是在医学临床与日常生活中有着广泛应用的一类广谱、高效的抗菌类药物。本文利用激光光解、脉冲辐解和瞬态荧光等时间分辨研究技术，对四种FQs的光化学性质、激发态分子内电荷转移过程、FQs激发三重态与生物分子间的氧化还原反应进行了研究。
本文利用激光光解时间分辨技术，研究了依诺沙星(enoxacin，ENX)、诺氟沙星(norfloxacin，NFX)、环丙沙星(ciprofloxacin，CPX)和乙酰诺氟沙星(4-N acetylnorflxoacin，ANFX)的光化学性质。在中性水溶液中，四种FQs激发三重态的最大吸收峰分别位于520(ENX)、620(NFX)、610(CPX)和610 nm(ANFX)；寿命分别为0.7(ENX)、3.0(NFX)、2.1(CPX)、7.6μs(ANFX)。四种3FQs*可以被氧气迅速地猝灭(猝灭速率常数kq在2-5×109M-1s-1之间)。FQs的水溶液经355 nm激光激发后容易发生光电离。激光能量较低时，以单光子过程为主；激光能量较高时，以双光子过程为主。同时利用脉冲辐解时间分辨技术研究了FQs与eaq-、N3·和·OH的反应，测定了反应速率常数；并对FQs阴阳离子自由基及其中性自由基的吸收峰位置和动力学进行了研究。结果表明：FQs阴离子与阳离子自由基的吸收峰主要在370 nm左右。
本文还利用荧光分光光度法、激光光解和瞬态荧光时间分辨技术，研究了pH对NFX和ANFX的影响。研究表明，pH对NFX和ANFX激发态的影响主要是由pH引起的基态质子平衡过程的变化所导致的，不同NFX和ANFX质子化形式的激发态产额明显不同。稳态荧光实验中，NFX阳离子的荧光量子产额(ΦF)最大；随着pH的增加，NFX两性离子的荧光发生了蓝移，ΦF降低；NFX阴离子的ΦF几乎为零。ANFX的荧光随着pH的增加也发生了蓝移，ΦF逐渐增加，当pH超过8.0时，达到最大值。瞬态荧光实验中，在所有不同pH水溶液和乙腈溶液瞬念荧光实验中，都观察到了三种不同寿命的荧光组分。激光光解实验中，NFX两性离子的激发三重态产额(ΦISC)比阳离子的高，而NFX阴离子的ΦISC几乎为零。ANFX阴离子的ΦISC比中性分子的高。结合稳态荧光、瞬态荧光和激光光解的实验结果，分析总结了三种激发态分子内电荷转移的途径以解释pH和极性对NFX和ANFX激发态的影响。第一种途径是1’-N的重新杂化与喹啉环形成一个大范围的共轭；第二种途径是1-N的重新杂化与喹啉环形成一个人范围的共轭；第三种途径是4’-N作为供电子基团，给芳香环一个电子。在不同质子化形式的NFX和ANFX激发态中，三种电荷转移途径都会发生，只是发生的比例不同。以哪种途径为主取决于1-N，1’-N和4’-N的供电子能力。不同分子内电荷转移途径中的ΦF和ΦISC明显不同。
本文利用激光光解时间分辨技术对FQs激发三重态与不同氨基酸、dGMP的氧化还原反应进行了研究。当激光能量较低时，FQs的光电离可以忽略不计。无氧条件下，ENX、NFX和CPX激发三重态可以直接氧化色氨酸(0.5-1.2×109M-1s-1)、酪氨酸(ENX：8.7×108M-1s-1；NFX与CPX：<107M-1s-1)和dGMP(0.9-6.5×107M-1s-1)。ANFX的激发三重态可以氧化色氨酸(5.4×108M-1s-1)和dGMP(9.5×106 M-1 s-1)；有氧条件下，FQs与氨基酸和dGMP的光诱导的氧化反应是通过Ⅰ型机理和Ⅱ型机理两种途径进行的。当激光能量较高时，除了FQs激发三重态、单线态氧以外，光电离过程中产生的氧化性自由基也参与了对氨基酸的氧化反应。
通过上述研究，发现FQs具有较高的激发态产额。其激发态中通过分子内电荷转移形成的大范围共轭，对其激发态的光化学性质有重要影响。FQs激发三重态具有较强的氧化性；8位取代基为吸电子基团的ENX的氧化性要高于其他FQs。FQs对生物分子的氧化是此类药物具有光敏毒性的重要原因。这种氧化过程是多种途径共同作用的结果。除了激发三重态，单线态氧、光电离过程中产生的溶剂化电子和氧化性自由基、以及氧气与溶剂化电子反应生成的的超氧阴离子自由基等，都可以对生物分子造成不同程度的损伤。