激发光谱与荧光磷光光谱
gaussian中用tddft计算激发态和吸收、荧光、磷光光谱的方法
gaussian中用tddft计算激发态和吸收、荧光、磷光光谱的方法tddft方法是一种用于计算分子激发态和吸收、荧光、磷光光谱的计算方法。
在这种方法中,密度泛函理论(DFT)和时间相关密度泛函理论(TDDFT)被结合使用,可以精确地描述分子的激发态和光学性质。
tddft方法是一种在量子化学和分子物理领域中被广泛应用的分子结构和光电性质的计算方法。
它可以以较低的计算成本来预测并解释分子和材料的一系列光学性质,如吸收光谱、荧光光谱和磷光光谱,因此在材料科学、光电子学和生物化学等领域有着重要的应用价值。
在计算激发态和光谱性质的过程中,tddft方法的基本思路是通过计算电子的能级和波函数来获取分子在激发态下的结构和光学性质。
在DFT方法的基础上,TDDFT方法引入了时间相关的处理,通过求解相关的方程来描述分子在外部激发下的响应。
计算得到的激发态波函数和能级可以用于进一步计算吸收、荧光和磷光光谱,通过分析这些光谱可以得到分子的激发态结构和相应的光学性质。
在使用高斯软件进行tddft计算时,需要先进行分子结构优化和能级计算,然后再进行激发态和光谱性质的计算。
在分子结构优化过程中,需要选择合适的基组与密度泛函,并通过几何构型优化计算得到最稳定的分子结构。
接着在优化后的分子结构上进行能级计算,计算得到分子的基态和激发态能级。
最后利用这些能级计算分子的吸收、荧光和磷光光谱,通过计算得到的光谱可以分析分子在不同激发态下的吸收、发射和磷光性质。
除了分子结构和能级的计算外,tddft计算中需要考虑一些其他因素。
首先是选择合适的基组函数和密度泛函,这直接影响到计算结果的准确性和可靠性。
其次是考虑溶剂化效应和环境因素对分子光学性质的影响,这可以通过在计算中加入合适的溶剂模型或者通过含时密度泛函理论的扩展来处理。
最后还需要考虑计算误差和数值稳定性的问题,这在tddft方法中尤为重要,因为激发态波函数和波函数是时间相关的,计算稳定性对于得到准确的激发态和光谱性质非常关键。
荧光和磷光解析
一、基本原理
(1)螯合物中配位体的发光
不少有机化合物虽然具有共轭双键,但由于不是刚性结构, 分子处于非同一平面,因而不发生荧光。若这些化合物和金 属离子形成螯合物,随着分子的刚性增强,平面结构的增大, 常会发生荧光。
如8-羟基喹啉本身有很弱的荧光,但 其金属螯合物具有很强的荧光
一、基本原理
(2)螯合物中金属离子的特征荧光 这类发光过程通常是螯合物首先通过配位体的跃迁激发, 接着配位体把能量转给金属离子,导致dd 跃迁和ff 跃迁, 最终发射的是d*d跃迁和f *f 跃迁光谱。
一、基本原理
单重态分子具有抗磁性,其激发态的平均寿命大约为10-8s, 而三重态分子具有顺磁性,其激发态的平均寿命为10-4 ~ 1s 以上(通常用S和T分别表示单重态和三重态)。
一、基本原理
1.2 激发态分子退激 辐射跃迁方式 无辐射跃迁方式
辐射跃迁主要涉及到荧光、延迟荧光或磷光的发射
无辐射跃迁则是指以热的形式辐射其多余的能量,包括振动弛 豫(VR)、内部转移(IR)、系间窜跃(IX)及外部转移 (EC)等
一、基本原理
(3)镜像规则
通常荧光发射光谱和它的吸收光谱呈镜像对称关系。
S2
S1 T1
S0
吸光1
吸光2
荧光3
一、基本原理
(3)镜像规则 通常荧光发射光谱和它的吸收光谱呈镜像对称关系。 吸收光谱是物质分子由基态激发至第一电子激发态的各振动能 级形成的。其形状决定于第一电子激发态中各 振动能级的分布 情况。
激发波长的选择与发射波长的判断
一、基本原理
2.3 荧光发射光谱的普遍特性: (1)Stokes位移 在溶液中,分子荧光的发射相对于吸收位移到较长的波长, 称为Stokes位移。这是由于受激分子通过振动弛豫而失去能 量,也由于溶液中溶剂分子与受激分子的碰撞,也会有能量 的损失。因此,在激发和发射之间产生了能量损失。
第十一章 分子发光―荧光、 磷光和化学发光光谱法Molecular .
已逐步形成一支在这个研究领域中的工作队伍,研究内
容2已020从/6/15经典的荧光分析方扩展到新近发展起来的新技术。
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§11-1 分子荧光和磷光光谱法
1.产生机理
在一般温度下,大多数分子处在基态的最低振动 能级。处于基态的分子吸收能量(电能、热能、化 学能或光能等到)后天激发为激发态。激发态是很 不稳定的,它得很快地释放出能量又重新跃迁回 基态。若分子返回基态时以发射的电磁辐射(即光) 的形式释放能量,就称为“发光”;如果物质的 分子吸收了光能而被激发,跃迁回基态所发射的 电磁辐射,称为荧光和磷光。现从分子结构理论 来讨论荧光和磷光的产生机理。
进入二十世纪以后,荧光现象被研究得更多了,在理论 或实验技术上都得到极大的发展。特别是随着激光、计 算机和电子学的新成就及技术的引入,大大推动了荧光 分析法在理论上及实验技术的发展,出现了许多新的理 论和新的方法。
在我国,二十世纪五十年代初期仅有极少数的分析工作
者从事荧光分析方面的研究工作。到了 下一张幻灯片
磷光也是某些物质受紫外光照射后产生的光。1944年 Lewis和Kasha提出了磷光与荧光的不同概念,指出磷光 是分子从亚稳的激发三重态跃迁回基态所发射出的光, 它有别于从激发单态跃迁回基态所发射的荧光。磷光分 析法由于其有某些特点,几十年来的理论研究及应用也 不断得到发展。
2020/6/15
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处于分子基态单重态的分子轨道上的电子,激发 时不能直接跃迁至第一激发三重态轨道上(不符 合光谱选择定则),但处于单重激发态的轨道上 的电子,可以通过体系跨越(系间窜跃),转移 到三重态轨道上;在这个过程中,处于激发态的 电子自旋发生变化,这个过程需要时间较长,故 处于三重激发态的寿命为10-4~1s;当其由三重激 发态的最低振动能级跃迁回基态时产生磷光。
第九章分子荧光光谱法Molecular-fluorescence-spectroscopy
特殊点:有两个单色器,光源与检测器通常成直角。 基本流程如图: 单色器:选择激发光波长 的第一单色器和选择发射 光(测量)波长的第二单色 器; 光源:灯和高压汞灯,染 料激光器(可见与紫外区) 检测器:光电倍增管。
仪器框图
该型仪器可进 行荧光、磷光 的发光分析;
同步扫描技术
根据激发和发射单色器在扫描过程中彼此间所保持的 关系,同步扫描可分为固定波长差(Δλ)和固定能量差及可 变波长三种;
辐射复合发光过程:
1. 自由激子复合(X); 2. 导带电子—中性受主复合
(e,A0); 3. 施主—受主对复合
(D0,A0); 4. 束缚于中性施主上的——
激子复合 (D0,X); 5. 中性施主——价带空穴的复合(D0,h);
中性受主、电离施主或受主上的和等电子杂质上的束缚激子复合而发 光。
3.激发光谱与发射光谱的关系
(4)取代基效应:芳环 上有供电基,使荧光增 强。
3.内滤光作用和自吸现象
内滤光作用:溶液中含有能吸收激发光或荧光物质发射 的荧光,如色胺酸中的重铬酸钾;
自吸现象:化合物的荧光发射光谱的短波长端与其吸收 光谱的长波长端重叠,产生自吸收;如蒽化合物。
4、溶液荧光的猝灭
碰撞猝灭: 氧的熄灭作用等。
四、仪器结构流程
2. 激发态分子的失活: 激发态分子不稳定,它要以辐射
或无辐射跃迁的方式回到基态。
λ1
λ2
λ2/
λ3
λ4
无辐射跃迁:
(1) 振动弛豫:激发态分子由同一电子能级中的较高振动能 级转至较低振动能级的过程,其效率较高。 (2) 内转换:相同多重态的两个电子能级间,电子由高能级 回到低能级的分子内过程。 (3) 系间窜越: 激发态分子的电子自旋发生倒转而使分子的 多重态发生变化的过程。 (3) 外转换:激发态分子与溶剂或其它溶质相互作用、能量 转换而使荧光 (或磷光)减弱甚至消失的过程。荧光强度的
分子发光分析法
1, 无辐射去激
不伴随发光现象的过程叫无辐射去激, 不伴随发光现象的过程叫无辐射去激,体 系内的多余的能量以热的形式释放
(1)内部转换(IC,Internal Conversion) 内部转换(IC, Conversion) 两个电子能级非常靠近以至其振动能级有重叠时 非常靠近以至其振动能级有重叠 当两个电子能级非常靠近以至其振动能级有重叠时, 相同的多重态之间的转换, 相同的多重态之间的转换,S2 → S1,T2-T1 (2)振动驰豫(VR,Vibrational Relaxation) 振动驰豫(VR, Relaxation) 同一电子能级中 同一电子能级中,从较高振动能级到较低振动能级 的过程.速率极大, 完成. 的过程.速率极大, 10-14 ~ 10-12s 完成.
分子发光分析法
Molecular luminescence analysis
§ 5- 1 概述
一,分子发光分析法及其分类 某些物质的分子吸收一定能量后, 某些物质的分子吸收一定能量后,电子从基态跃 迁到激发态,以光辐射的形式从激发态回到基态, 迁到激发态,以光辐射的形式从激发态回到基态, 分子发光, 这种现象称为分子发光 这种现象称为分子发光,在此基础上建立起来的 分析方法为分子发光分析法
VR S2 IC VR S1 ISC
VR:振动驰豫 : IC:内部转换 : ISC:系间窜跃 : VR T1
S0 吸光 吸光 荧光 磷光
S0
分子荧光, 图5-1 分子荧光,磷光光谱产生过程示意图
内转换 S2 S1 能 量 吸 收
内转换 振动弛豫 系间跨越
T1 发 射 荧 光
T2
外转换
发 射 磷 振动弛豫 光
620
3.激发光谱与发射光谱的关系 3.激发光谱与发射光谱的关系
激发光谱和发射光谱
激发光谱和发射光谱荧光和磷光均属于光酸发光,因此都涉用到两种辐射,即激发光(吸收)和发射光,因此也都具有两种特点光谱,即激发光谱和发射光谱。
它们是笑光和磷光定性和定量分析的大体参数及依据。
1. 激发光谱通过测量荧光(或磷光)体的发光通量(即强度)随激发光波长的转变而取得的光谱,称为激发光谱。
激发光谱的具体测绘方式,是通过扫描激发单色器,使不同波长的转变而取得的光谱,称为激发光谱。
激发光谱的具体测绘方式,是通过扫描激发单色器,使不同波长的入射光照射激发荧光(磷光)体,发出的荧光(磷光)通过固定波长的发射单色器而照射到检测器上,检测其荧光(磷光)强过,最后通过记录仪记录光强度对激发光波长的关系曲线,即为激发光谱。
通过激发光谱,选择最正确激发波长——发射荧光(磷光)强度最大的激发光波长,经常使用λex表示。
2. 发射光谱,也称荧光光谱或磷光光谱通过测量荧光(或磷光)体的发光通量(强度)随发射光波长的转变而取得的光谱,称为发射光谱。
其测绘方式,是固定激光发光的波长,扫描发射的光的波长,记录发射光强度对发射光波长的关系曲线,即为发射光谱。
通过发射光谱选择最正确的发射波长——发射荧光(磷光)强度最大的发射波长,经常使用λem表示,磷光发射波长比荧光来得长,图为萘的激发光谱及荧光和磷光的发射光谱。
3. 荧江激发光谱和发射光谱的特点★斯托克斯位移在溶液荧光光谱中,所观察到的荧光发射波长总是大于激发波长,λem>λex Stokes于1852年首次发现这种波长位移现象,故称Stokes位移。
斯托克斯位移说明了在激发与发射之间存大着一定的能量损失。
激发态分子由于振动弛豫及内都转移的无辐射跃迁而迅速衰变到S1电子态的最低振动能级,这是产生其位移的主要原因;其次,荧光发射时,激发态的分子衰变到基态的各振动能级,此时,不同振动能级也发生振动弛豫至最低振动能级,也造成能量的损失;第三,溶剂效应和激发态分子可能发生的某些反应,也会加大斯托克斯位移。
荧光光谱的原理及应用
30
2 荧光量子产率Φ
物质分子发射荧光的能力用荧光量子产率(Φ)表示:
发射荧光的分子数 发射的光子数 Φ = 激发态的分子数 =吸收的光子数
Φ与失活过程的速率常数k有关:
kf k f k i k ec k ic
凡是使荧光速率常数 kf增大而使其他失活过程(系间窜越、外转
换、内转换)的速率常数减小的因素(环境因素和结构因素)都可使
②能够使荧光物质产生吸收并发射出荧光的激发光的波长并不具 有唯一性; ③在保证激发的前提下,不同激发波长处的荧光发射光谱相同, 但荧光强度不同。 ④在进行荧光测定时,须选择激发光波长以保证荧光强度最大。
25
镜像规则
荧光发射是光吸收的逆过程。荧光发射光谱与吸收光谱有类似镜 影的关系。但当激发态的构型与基态的构型相差很大时,荧光发射 光谱将明显不同于该化合物的吸收光谱。
19
光谱图
荧光发射光谱 荧光激发光谱 磷光光谱
200
260 320 380 440 500 560 室温下菲的乙醇溶液荧(磷)光光谱
620
20
二、主要光谱参量 吸收光谱
化合物的吸收光强度与入射光波长的关系曲线 。
激发光谱
固定发射波长(一般将其固定于发射波段中感兴趣的峰位),扫描 出的化合物的发射光强度(荧光/磷光) 与入射光波长的关系曲线。
23 2
,l 1),产生不同吸收带,但均回到第一激发单重态的最
‘ 2
低振动能级再跃迁回到基态,产生波长一定的荧光(如l
)
斯托克位移 产生斯托克位移的主要原因:
1.跃迁到激发态高振动能级的激发态分子,首先以更快的速 率发生振动弛豫(其速率在1013/s数量级),散失部分能量,
第七章 分子发光分析
如8-巯基喹啉在下列四种不同极性溶剂中的情况
溶剂 介电常数 四氯化碳 2.24 氯仿 5.2 丙酮 21.5 乙腈 38.8
荧光峰λ/nm 荧光效率
390
0.002
398
0.041
405
0.055
410
0.064
22:50
③ 溶液pH值对荧光强度的影响 不同的pH值,化合物所处状态不同,不同的 化合物或化合物的分子与其离子在电子构型上有 所不同。 对于金属离子与有机试剂形成的发光鏊合物, 一方面pH会影响鏊合物的形成,另一方面还会 影响鏊合物的组成,因而影响它们的荧光性质。 如:苯酚在酸性溶液中呈现荧光,但在碱性 溶液中,无荧光。
浓度范围为:10-5μg/ml~100μg/ml 。对于较 浓溶液,由于猝灭现象和自吸收等原因,使荧光 强度和浓度不呈线性关系,将向浓度轴偏离。
22:50
(2)影响荧光强度的因素 ① 溶剂对荧光强度的影响 一般来说,随着溶剂介电常数的增大,荧光 峰的波长越大,荧光效率也越大。 ② 温度对荧光强度的影响 温度上升使荧光强度下降。
22:50
① 碰撞猝灭 处于激发单重态的荧光分子与猝灭剂分子相碰 撞,使激发单重态的荧光分子以无辐射跃迁的方 式回到基态,产生猝灭作用。 。
② 静态猝灭(组成化合物的猝灭) 由于部分荧光物质分子与猝灭剂分子生成非荧 光的配合物而产生的。此过程往往还会引起溶液 吸收光谱的改变。
22:50
③ 氧的猝灭作用 分子由于系间的跨越跃迁,由单重态跃迁到三 重态。转入三重态的分子在常温下不发光,它们 在与其它分子的碰撞中消耗能量而使荧光猝灭。 溶液中的溶解氧对有机化合物的荧光产生猝灭 效应是由于三重态基态的氧分子和单重激发态的 荧光物质分子碰撞,形成了单重激发态的氧分子 和三重态的荧光物质分子,使荧光猝灭。
第五章分子发光—荧光、磷光和化学发光法
2.化学发光效率
发射光子的分子数 cl ce em 参加反应的分子数
激发态分子数 化学效率: ce 参加反应分子数
发光效率:
em
产生光子数 激发态分子数
时刻t 的化学发光强度(单位时间发射的光量子数):
dc I cl t cl dt
dc/dt 分析物参加反应的速率;
目 录
5-1 荧光和磷光光谱法
5-1-1 5-1-2 5-1-3 5-1-4 基本原理 荧光分析仪器 荧光分析方法的特点与应用 磷光分析法
5-2 化学发光与生物发光分析法
5-1-1 基本原理
5-1-1-1 5-1-1-2 5-1-1-3 5-1-1-4 荧光和磷光的产生 光谱曲线 荧光的影响因素 荧光强度的定量关系
5-1-1-4 荧光强度的定量关系
根据Parker方程,荧光强度F与荧光物质的浓度c 之间的关系是:
F 2.3kI 0 Fcl[1 (2.3cl) / 2! (2.3cl) 2 / 3! ]
k 与仪器有关的常数
I0 激发光的强度 F 荧光量子产率 荧光物质在激发波长处的摩尔吸光系数 l 光程长度。
当cl项很小时,括号内第二项及以后的高次项均 可忽略不计,Parker方程可简化为: F 2.3kI 0 Fcl F = Kc
5-1-2 荧光分析仪器
5-1-2-1 荧光分析仪器框图
光源
消除溶液中可能共存的其它 光线的干扰,以获得所需要 的荧光.
显示
激发光单色器
信号处理
I0
样品池 F 发射光单色器 (荧光单色器) 检测器
4.化学发光反应的类型
(1)气相化学发光反应 a. 一氧化氮与O3的发光反应(可测定空气中NO2的含量) NO + O3 → NO2* NO2* → NO2 + h
荧光和磷光的产生过程
1.荧光和磷光的产生过程荧光:处于基态的分子吸收光子能量,跃迁至电子激发态,然后通过内转换和振动弛豫回到第一激发单重态的最低振动能级,最后跃迁回基态时发射的光S0 激发态振动弛豫内转换振动弛豫发射荧光磷光:处于基态的分子吸收光子能量,跃迁至电子激发态,然后通过内转换和振动弛豫和系间窜越到了第一激发三重态,最后回到基态时发射的光S0 激发态振动弛豫内转换系间跨越振动弛豫发射荧光2.激发光谱和发射光谱概念,有何异同(1)激发光谱:固定发射光的波长,测量激发光的波长与发射光强度之间的关系(选择最佳激发波长)(2)发射光谱:固定激发波的波长,测定发射光强度与发射光波长的关系(选择最佳发射波长)同:都是给样品能量使之发光测量发光强度异:控制的变量不同。
3.化合物荧光与结构的关系a.具有一定的荧光量子产率b.具有合适的结构如:大的共轭π键、刚性平面结构、最低的单重电子激发态为S1 为π* π型、取代基为给电子基团4.荧光量子产率、荧光猝灭、系间跨越、振动弛豫A.荧光量子产率Q:量子产率表示物质将吸收的光能转化为荧光的本领,是荧光物质发出光子数与吸收光子数的比值。
B.荧光猝灭:指荧光物质分子与溶剂分子之间相互作用,导致荧光强度下降的现象,荧光猝灭分为静态猝灭、动态猝灭等。
C.系间跨越:处于激发态分子的电子发生自旋反转而使分子的多重性发生变化的过程;分子由激发单重态跨越到激发三重态。
D.振动弛豫:同一电子能级内异热交换形式由高振动能级至地振动能级间的跃迁。
时间为10-12s5.实时定量PCR与普通PCR的区别所谓实时荧光定量PCR技术[1],是指在PCR反应体系中加入荧光基团,利用荧光信号积累实时监测整个PCR进程,最后通过标准曲线对未知模板进行定量分析的方法。
实时荧光定量PCR技术是起点检测,实现了每一轮循环均检测一次荧光信号的强度,并记录在电脑软件之中,通过对每个样品Ct值的计算,根据标准曲线获得定量结果。
荧光光谱
(4)系间跨跃 系间跨跃 系间跨越指的是不同多重度状态间 的一种无辐射跃迁过程.它涉及受激电 子自旋状态的改变.如S1到T 1,使原来 两个自旋配对的电子不再配对.这种跃 迁是禁阻的,但如果两个电子能态的振 动能层有较大的重叠时,如图中激发单 重态S1的最低振动能层与激发三重态T1 的较高振动能层重叠,则可能通过自旋 -轨道耦合等作用使S1态转入 T1态的某 一振动能层.
(2)非共振荧光
当荧光与激发光的波长不相同时,产生非共振荧光; 分为:直跃线荧光、阶跃线荧光、anti-Stokes荧光三种; 直跃线荧光(Stokes荧光) 直跃线荧光(Stokes荧光):跃回到高于基态的亚稳态时 荧光 所发射的荧光;荧光波长大于激发线波长(荧光能量间隔小 于激发线能量间隔); a b c d
激发光谱与发射光谱的关系
a.Stokes位移 Stokes位移 激发光谱与发射光谱之间的波长差值。发射光谱的波长比 激发光谱的长,振动弛豫消耗了能量。 b.发射光谱的形状与激发波长无关 . 电子跃迁到不同激发态能级,吸收不同波长的能量,产生 不同吸收带,但均回到第一激发单重态的最低振动能级再跃 迁回到基态,产生波长一定的荧光。 c. 镜像规则 . 通常荧光发射光谱与它的吸收光谱(与激发光谱形状一 样)成镜像对称关系。
镜像规则的解释
基态上的各振动能级分布 与第一激发态上的各振动能级 分布类似; 基态上的 零振动能级与 第一激发态的 二振动能级之 间的跃迁几率 最大,相反跃 迁也然。
荧光激发光谱
荧光发射光谱
200
250500 nm
蒽的激发光谱和荧光光谱
荧光的产生与分子结构的关系
relation between fluorescence and molecular structure
光电子物理 光谱总结
3通常分子处于基态,物质吸收电磁辐射后,基态的分子被激发到激发态。
而处于激发态的分子不稳定,会回到基态,这个过程中会释放光子如果多重度不变,仍是单重态到单重态跃迁,那么就是荧光;多重度改变,从激发单重态系间窜越到三重态,那么再回到基态的发光称为磷光)。
3.4激发谱是荧光物质在不同波长的激发光作用下测得的某一波长处的荧光强度的变化情况,也就是不同波长的激发光的相对效率发射谱则是某一固定波长的激发光作用下荧光强度在不同波长处的分布情况,也就是荧光中不同波长的光成分的相对强度.5如何选择激发光波长和发射光波长1.查资料有个基本范围2..固定发射波长,测定激发光谱;再固定激发波长,测定发射光谱;通常选择在最大激发波长和最大发射波长进行物质测定4.先将发射波长确定为550nm,测量样品的激发光谱;5.根据测得的激发光谱,选定一个激发波长测量样品的发射光谱;6.根据测得的发射光谱,选择各主要发射峰,分别测量其激发光谱,比较并对结果进行分析;7、选择不同的激发波长,分别测量其发射光谱,比较并对结果进行分析;紫外可见吸收光谱(UV/Vis)研究材料的吸收,从而判定材料所在的激发光谱(PLE),显示的是从导带跃迁到价带所需要的能量,这个能量一般比PL要高。
荧光是材料的发射光谱PL表示电子从高能级跃迁到低能级,发射出来光子的能量(即禁带宽度band gap)荧光的原理是吸收一个高能量的光子,通过内部弛豫,然后发射出一个低能量光子。
前者是PLE,后者是PL,中间有一个能量差。
6①托克斯位移(Stokes shift)。
与激发光谱相比,荧光光谱的波长总是出现在更长的波长处;PLE能量比PL高。
②荧光光谱与激发波长无关。
无论用λ=250和350nm作激发光源,所得荧光光谱形状和峰的位置都是相同;③吸收光谱与发射光谱大致成镜像对称。
斯托克斯位移是指荧光光谱较相应的吸收光谱红移。
固体吸收光子(吸收)的能量将大于辐射光子(发光),因此发光光谱与吸收光谱相比,将向能量较低的方向偏移(红移),两个光子能量的差值称为斯托克斯谱位移。
第四章 分子光谱法
一、概述
分子和原子一样,也有它的特征分子能级, 分子和原子一样 ,也有它的特征分子能级 , 分子内 部的运动可分为价电子运动、 部的运动可分为价电子运动、 分子内原子在平衡位置附 近的振动和分子绕其重心的转动。 近的振动和分子绕其重心的转动。因此分子具有电子能 振动能级和转动能级。 级、振动能级和转动能级。 分子从外界吸收能量后,就能引起分子能级的跃迁, 分子从外界吸收能量后,就能引起分子能级的跃迁, 即从基态跃迁到激发态, 即从基态跃迁到激发态,分子吸收能量同样具有量子化的 特征,即分子只能吸收等于二个能级之差的能量,符合: 特征,即分子只能吸收等于二个能级之差的能量,符合: ⊿E=E2-E1=hν=hc/λ = 由于三种能级跃迁所需能量不同, 由于三种能级跃迁所需能量不同,所以需要不同波长 的电磁辐射使它们跃迁, 的电磁辐射使它们跃迁,即在不同的光学区域出现吸收或 发射谱带。 发射谱带。
第一节
紫外- 紫外-可见吸收光谱法
一、紫外可见吸收光谱
紫外可见吸收光谱法是研究分子吸收190紫外可见吸收光谱法是研究分子吸收 750nm波长范围内的吸收光谱 。 紫外可见吸收 波长范围内的吸收光谱。 波长范围内的吸收光谱 光谱主要产生于分子中价电子在电子能级间的跃 是研究物质电子光谱的分析方法, 迁,是研究物质电子光谱的分析方法,通过测定 分子对紫外可见光的吸收, 分子对紫外可见光的吸收,可以鉴定和测定大量 的无机化合物和有机化合物。 的无机化合物和有机化合物。
2. 分子磷光:处于最低单重激发态的分子以无辐 分子磷光: 射弛豫方式进入第一最低三重激发态, 射弛豫方式进入第一最低三重激发态,再由三重 激发态跃迁回到基态而发出的光。 激发态跃迁回到基态而发出的光。 分子荧光和磷光同属光致发光, 分子荧光和磷光同属光致发光,磷光发射则 在超过10-5s后发生,并且在激发的电磁辐射停止 后发生, 在超过 后发生 照射后,仍能持续数分钟至数小时。 照射后,仍能持续数分钟至数小时。 3. 化学发光:是化学反应物或反应产物受反应释 化学发光: 放的化学能激发而产生的光辐射。 放的化学能激发而产生的光辐射。
原子荧光光谱的名词解释
原子荧光光谱的名词解释一、引言原子荧光光谱是研究原子和分子的基本光谱现象之一,也是光谱学的重要分支之一。
它通过对原子荧光现象的观测和分析,研究原子的结构、能级和电子转移等信息。
本文将介绍与原子荧光光谱有关的几个重要名词,逐步解释其含义和相关原理。
二、激发态和基态在原子荧光光谱中,激发态和基态是两个重要的概念。
原子的基态是指其电子处于能量最低的状态,而激发态是指电子吸收了外界能量而跃迁到高能级的状态。
激发态通常具有较短的寿命,会通过辐射或碰撞等过程回到基态,释放出能量并产生光谱信号。
三、荧光和磷光荧光是指物质在吸收能量后,电子从激发态返回基态时发出的光。
而磷光是一种长寿命的荧光现象,电子在激发态停留的时间较长,返回基态时会放出能量较低的光子。
在原子荧光光谱中,我们能观测到这两种光谱信号,通过其强度、频率和波长等参数,可以推测出原子的结构和能级信息。
四、吸收和发射光谱在原子荧光光谱的研究中,吸收光谱和发射光谱是两种常用的分析技术。
吸收光谱是在外界能量作用下,原子从基态跃迁到激发态,吸收光的波长和频率可以揭示原子的能级结构。
而发射光谱则是原子从激发态返回基态时,释放出光谱信号的过程。
通过分析吸收和发射光谱,可以确定原子的电子转移途径和能级差异。
五、荧光量子产率荧光量子产率是衡量原子荧光光谱强度的一个重要指标。
在原子荧光光谱中,当某个特定能级的原子被激发后,返回基态并发射光子的比例就是荧光量子产率。
荧光量子产率的大小与能级跃迁的速率、碰撞和辐射等过程有关,它可以反映原子的稳定性和光谱强度。
六、荧光光谱仪荧光光谱仪是用于观测和分析原子荧光光谱的仪器。
它一般由光源、样品激发系统和信号检测系统等部分组成。
光源可以是连续光源或激光光源,用于激发样品中的原子。
样品激发系统通过吸收或散射光信号使原子处于激发态。
信号检测系统用来记录和分析荧光光谱信号,可以采用光电倍增管等探测器。
七、应用领域原子荧光光谱在各个领域都有广泛的应用。
分子荧光和磷光光谱讲解ppt课件
GFP
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Generation of Molecular Fluorescence and Phosphorescence
原理
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荧光和磷光的产生过程
• 分子能级和跃迁
– 电子能级、振动能级和转动能级 – 基态(S0)→激发态(S1、S2、激发态振动能
级):吸收特定频率的辐射;量子化;跃迁一 次到位; – 激发态→基态:多种途径和方式(见能级图); 速度最快、激发态寿命最短的途径占优势;
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500
nm
蒽的激发光谱和荧光光谱
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分子产生荧光的条件
• 分子产生荧光必须具备的条件
– 具有合适的结构(强的紫外可见吸收) – 具有一定的荧光量子产率
荧光量子产率()
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内容(contents)
• 原理
– 分子荧光与磷光产生过程 – 激发光谱与荧光光谱 – 荧光的产生与分子结构关系 – 影响荧光强度的因素
荧光和磷光
S2
S1
T1
S0 吸光1
吸光2 荧光3
荧光
一、基本原理
系间窜跃
不同多重态间的无辐射跃迁, 例如S1→T1就是一种系间窜 跃。通常,发生系间窜跃时 ,电子由S1的较低振动能级 转移至T1的较高振动能级处 。有时,通过热激发,有可 能发生T1→S1,然后由S1发 生荧光。这是产生延迟荧光 的机理。
系间窜跃
在极稀的溶液中,当lc0.05时 If =2.3 I0 lc
当入射光强度I0 和l一定时,上式为: If = K c
较浓溶液,由于猝灭现象和自吸收等原因, 使荧光强度和浓度不呈线性关系
一、基本原理
(2)影响荧光强度的因素 ① 溶剂对荧光强度的影响
荧光光谱是激发分子从第一电子激发态的最低振动能级回到基 态中各不同能级形成的。所以荧光光谱的形状决定于基态中各 振动能级的分布情况。
基态中振动能级的分布和第一电子激发态中振动能级的分布 情况是类似的。 因此荧光光谱的形状和吸收光谱的形状极为 相似。
由基态最低振动能级跃迁到 第一电子激发态各个振动能级的 吸收过程中,振动能级越高,两个能级之间的能量差越大, 即激发所需的能量越高,所以吸收峰的波长越短。反之,由
在荧光和磷光的产生过程中,由于存在各种形式的无辐射跃 迁,损失能量,所以它们的最大发射波长都向长波方向移动 ,以磷光波长的移动最多,而且它的强度也相对较弱。
激发波长的选择与发射波长的判断
一、基本原理
2.3 荧光发射光谱的普遍特性:
(1)Stokes位移
在溶液中,分子荧光的发射相对于吸收位移到较长的波长, 称为Stokes位移。这是由于受激分子通过振动弛豫而失去能 量,也由于溶液中溶剂分子与受激分子的碰撞,也会有能量 的损失。因此,在激发和发射之间产生了能量损失。
磷光光谱测试衰减时间
磷光光谱测试衰减时间1.引言1.1 概述概述部分的内容可以介绍磷光光谱测试衰减时间的背景和重要性。
可以参考以下内容进行撰写:磷光光谱测试衰减时间是一种用来研究物质在激发后所释放出的磷光信号随时间衰减的方法。
磷光光谱测试衰减时间的测量技术被广泛应用于许多领域,如生物医学、材料科学和化学等。
磷光光谱测试衰减时间的原理是基于物质分子在受到激发后所发生的光子转换过程。
当物质受到激发后,其分子会从基态跃迁到激发态,此时会释放出一定能量的磷光信号。
通过测量这个磷光信号随时间的变化情况,我们可以了解物质在不同条件下的衰减速度和模式,进而推断其性质和特性。
磷光光谱测试衰减时间在衰减动力学研究中具有重要的应用价值。
首先,它可以帮助我们理解物质在激发态和基态之间的能量转化过程,从而揭示其内部结构和电子能级分布情况。
其次,磷光光谱测试衰减时间可以用来研究物质的光敏性质和光稳定性,对于开发新型光学材料和光电器件具有重要意义。
此外,磷光光谱测试衰减时间还可以被应用于生物医学领域,用于研究生物分子的相互作用、药物代谢过程等。
因此,深入了解和研究磷光光谱测试衰减时间对于推动科学研究和技术创新具有重要作用。
本文将深入探讨磷光光谱测试衰减时间的原理和方法,并介绍其在衰减时间研究中的应用。
通过对磷光光谱测试衰减时间的深入研究,我们可以更好地理解物质的衰减动力学行为,为相关领域的研究和应用提供有力支持。
同时,本文还将展望未来磷光光谱测试衰减时间研究的发展方向,以期推动相关领域的研究进展和技术创新。
1.2 文章结构本文主要分为三个部分进行讨论。
首先,在引言部分,我们将概述本研究的背景和目的,并介绍磷光光谱测试衰减时间的重要性。
接下来,在正文部分,我们将详细介绍磷光光谱测试的原理以及其在衰减时间研究中的应用。
最后,在结论部分,我们将总结磷光光谱测试衰减时间的重要性,并展望未来研究的方向。
在引言部分,我们将首先概述磷光光谱测试衰减时间的背景和意义。
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荧光量子产率():
发射的光量子数
吸收的光量子数
荧光量子产率与激发态能量释放各过程的速率常数有关 ,如外转换过程速度快,不出现荧光发射;
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2.化合物的结构与荧光 Structure
12.3 分子发光分析法 Molecular luminescence analysis
12.3.1 分子荧光与磷光
Molecular fluorescence and phosphorescence
12.3.2 荧光与磷光分析法
Fluorescence and phosphorescence analysis
2020/3/29
仪 器 光 路 图
2020/3/29
仪器框图
该型仪器可进 行荧光、磷光 和发光分析;
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同步扫描技术 Synchronous scanning
根据激发和发射单色器在扫描过程中彼此间所保持的 关系,同步扫描可分为固定波长差()和固定能量差及可 变波长三种;
同步扫描技术可简化光谱,谱 带变窄,减少光谱重叠,提高分辨 率; 如图。
Fluorescence or phosphorescence spectrum
固定激发光波长(选 最大激发波长), 化合物 发射的荧光(或磷光强度) 与发射光波长关系曲线( 图中曲线II或III)。
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荧光发射光谱 荧光激发光谱
磷光光谱
200 260 320 380 440 500 560 620 室温下菲的乙醇溶液荧(磷)光光谱
2020/3/29
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四、影响荧光强度的因素 Influencing factors on fluorescence
影响荧光强度的外部因素 External
1.溶剂的影响 Solvent
除一般溶剂效应外,溶剂的极性、氢键、配位键的形成 都将使化合物的荧光发生变化;
2.温度的影响 Temperature
合适的可减少光谱重叠; 酪氨酸和色氨酸的荧光激发光谱相 似,发射光谱严重重叠,但 <15nm的同步光谱只显示酪氨酸 特征光谱; >60nm时,只显示色 氨酸的特征光谱,实现分别测定。
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三维光谱图 3-D spectrogram
可获得激发光谱与发射光谱同时变化时的荧(磷)光光谱图
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荧光(磷光):光致发光,照射光波长如何选择?
1.荧光(磷光)的激发光谱曲线Excitation spectrum
固定测量波长(选最大发射波长),化合物发射的荧光(磷 光)强度与照射光波长的关系曲线 (图中曲线I ) 。
激发光谱曲线的最高处,处于激发态的分子最多,荧光 强度最大;
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2.荧光光谱(或磷光光谱)
基态上的 零振动能级与 第一激发态的 振动能级2之间 的跃迁几率最 大,相反跃迁 也然。
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荧光激发光谱
荧光发射光谱
200 250 300 350 400 450 500 nm
蒽的激发光谱和荧光光谱
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三、荧光的产生与分子结构的关系 Relation between fluorescence and molecular structure
12.3.3 化学发光分析法
Chemiluminescence analysis
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12.3.1 分子荧光与磷光
Molecular fluorescence and phosphorescence 一、激发光谱与荧光(磷光)光谱
Excitation spectrum and fluorescence spectrum
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3.激发光谱与发射光谱的关系
Relations between excitation and emission spectrum
a.Stokes位移
指激发光谱与发射光谱之间的波长差值。发射光谱的波长
比激发光谱的长,振动弛豫消耗了能量。
b.发射光谱的形状与激发波长无关
电子跃迁到不同激发态,吸收不同波长的能量(如能级图 2
荧光强度对温度变化敏感,温度增加,外转换去活的几 率增加。
3. 溶液pH Acidity
对酸碱化合物,溶液pH的影响较大,需要严格控制;
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内因:Internal 1.内滤光作用和自吸现象
Inner filtration and self-absorption
内滤光作用:溶液中含有能吸收激发光或荧光物质发射的荧 光,如色胺酸中的重铬酸钾;
一、仪器结构流程 Instrumentation
荧光仪主要由四个部分组成:激发光源、样品池、双单 色器系统、检测器。
特殊点:有两个单色器,光源与检测器通常成直角。 单色器:选择激发光波长 的第一单色器和选择发射 光(测量)波长的第二单色 器; 光源:灯和高压汞灯,染 料激光器(可见与紫外区) 检测器:光电倍增管。
自吸现象:化合物的荧光发射光谱的短波长端与其吸收光谱 的长波长端重叠,产生自吸收;如蒽化合物。
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2.溶液荧光的猝灭 Fluorescence quenching
碰撞猝灭; 氧的熄灭作用等。
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12.3.2 荧光与磷光分析法 Fluorescence and phosphorescence analysis
, 1),产生不同吸收带,但均回到第一激发单重态的最 2
)。
c. 镜像规则 Mirror image role
通常荧光发射光谱与它的吸收光谱(与激发光谱形状一
样)成镜像对称关系。
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镜像规则的解释
基态上的各振动能级分布 与第一激发态上的各振动能级 分布类似;
(1)跃迁类型:* → 的荧光效率高,系间跨越过程的速率 常数小,有利于荧光的产生; (2)共轭效应:提高共轭度有利于增加荧光效率并产生红移 (3)刚性平面结构:可降低分子振动,减少与溶剂的相互作 用,故具有很强的荧光。如荧光素和酚酞有相似结构,荧光 素有很强的荧光,酚酞却没有。 (4)取代基效应:芳环 上有供电基,使荧光增 强。