分子荧光和磷光光谱PPT课件
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第十一章 分子发光―荧光、 磷光和化学发光光谱法Molecular .
2020/6/15
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第一次记录荧光现象的是16世纪西班牙的内科医生和植 物学家N.Monardes，他于1575年提到，在含有一种称为 “Lignum Nephriticum”的木头切片的水溶液中，呈现可 爱的蓝色。以后逐步有一些学者也观察和描述过荧光现 象，但对其本质及含义的认识都没有明显的进展，直到 1852年，对荧光分析法具有开拓性工作的Stokes在考察 奎宁和叶绿素的荧光时，用分光计观察到其荧光的波长 比入射光的波长稍为长些，而不是由光的漫反射引起的， 从而导入荧光是光发射的概念，并提出了“荧光”这一 术语，他还研究了荧光强度与荧光物质浓度之间的关系， 并描述了在高浓度或某些外来物质有在时的荧光猝灭现 象。可以说，他是第一个提出应用荧光作为分析手段的 人。1867年，Goppelsrode应用铝一桑色素色素配位化合 物的荧光测定铝，这是历史上首次进行的荧光分析工作。
If Ia I0 (1 e bc )
(bc)2 (bc)3 (bc)4 I0[bc 2! 3! 4! ]
I 0 bc[1
(bc) 2!
(bc)2 (bc)3 ]
3!
4!
If = I0εbc＝Kc
2020/6/15
定量关系式
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量子化效率
发射荧光的分子数＝发射光量子数＝ I f 激发分子总数 吸收光量子数 Ia
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第一次记录荧光现象的是16世纪西班牙的内科医生和植 物学家N.Monardes，他于1575年提到，在含有一种称为 “Lignum Nephriticum”的木头切片的水溶液中，呈现可 爱的蓝色。以后逐步有一些学者也观察和描述过荧光现 象，但对其本质及含义的认识都没有明显的进展，直到 1852年，对荧光分析法具有开拓性工作的Stokes在考察 奎宁和叶绿素的荧光时，用分光计观察到其荧光的波长 比入射光的波长稍为长些，而不是由光的漫反射引起的， 从而导入荧光是光发射的概念，并提出了“荧光”这一 术语，他还研究了荧光强度与荧光物质浓度之间的关系， 并描述了在高浓度或某些外来物质有在时的荧光猝灭现 象。可以说，他是第一个提出应用荧光作为分析手段的 人。1867年，Goppelsrode应用铝一桑色素色素配位化合 物的荧光测定铝，这是历史上首次进行的荧光分析工作。
If Ia I0 (1 e bc )
(bc)2 (bc)3 (bc)4 I0[bc 2! 3! 4! ]
I 0 bc[1
(bc) 2!
(bc)2 (bc)3 ]
3!
4!
If = I0εbc＝Kc
2020/6/15
定量关系式
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量子化效率
发射荧光的分子数＝发射光量子数＝ I f 激发分子总数 吸收光量子数 Ia
分子荧光和磷光光谱分析法61页PPT
分子荧光和磷光光谱分析法
31、别人笑我太疯癫，我笑他人看不 穿。(名 言网) 32、我不想听失意者的哭泣，抱怨者 的牢骚 ，这是 羊群中 的瘟疫 ，我不 能被它 传染。 我要尽 量避免 绝望， 辛勤耕 耘，忍 受苦楚 。我一 试再试 ，争取 每天的 成功， 避免以 失败收 常在别 人停滞 不前时 ，我继 续拼搏 。
33、如果惧怕前面跌宕的山岩，生命 就永远 只能是 死水一 潭。 34、当你眼泪忍不住要流出来的时候 ，睁大 眼睛， 千万别 眨眼!你会看到 世界由 清晰变 模糊的 全过程 ，心会 在你泪 水落下 的那一 刻变得 清澈明 晰。盐 。注定 要融化 的，也 许是用 眼泪的 方式。
35、不要以为自己成功一次就可以了 ，也不 要以为 过去的 光荣可 以被永 远肯定 。
▪
26、要使整个人生都过得舒适、愉快，这是不可能的，因为人类必须具备一种能应付逆境的态度。——卢梭
▪
27、只有把抱怨环境的心情，化为上进的力量，才是成功的保证。——罗曼·罗兰
▪
28、知之者不如来自百度文库之者，好之者不如乐之者。——孔子
▪
29、勇猛、大胆和坚定的决心能够抵得上武器的精良。——达·芬奇
▪
30、意志是一个强壮的盲人，倚靠在明眼的跛子肩上。——叔本华
谢谢！
61
31、别人笑我太疯癫，我笑他人看不 穿。(名 言网) 32、我不想听失意者的哭泣，抱怨者 的牢骚 ，这是 羊群中 的瘟疫 ，我不 能被它 传染。 我要尽 量避免 绝望， 辛勤耕 耘，忍 受苦楚 。我一 试再试 ，争取 每天的 成功， 避免以 失败收 常在别 人停滞 不前时 ，我继 续拼搏 。
33、如果惧怕前面跌宕的山岩，生命 就永远 只能是 死水一 潭。 34、当你眼泪忍不住要流出来的时候 ，睁大 眼睛， 千万别 眨眼!你会看到 世界由 清晰变 模糊的 全过程 ，心会 在你泪 水落下 的那一 刻变得 清澈明 晰。盐 。注定 要融化 的，也 许是用 眼泪的 方式。
35、不要以为自己成功一次就可以了 ，也不 要以为 过去的 光荣可 以被永 远肯定 。
▪
26、要使整个人生都过得舒适、愉快，这是不可能的，因为人类必须具备一种能应付逆境的态度。——卢梭
▪
27、只有把抱怨环境的心情，化为上进的力量，才是成功的保证。——罗曼·罗兰
▪
28、知之者不如来自百度文库之者，好之者不如乐之者。——孔子
▪
29、勇猛、大胆和坚定的决心能够抵得上武器的精良。——达·芬奇
▪
30、意志是一个强壮的盲人，倚靠在明眼的跛子肩上。——叔本华
谢谢！
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第五章分子发光—荧光、磷光和化学发光法
相对灵敏度：0.05-0.005ppb（0.05M H2SO4)
• 选择性高
• 重现性好
• 取样量少
• 仪器不复杂
2．Байду номын сангаас用
定性分析：依据不同结构的物质所发射的荧光波长不同； 定量分析：同种物质的稀溶液，其产生的荧光强度与浓度 呈线性关系。 • 检测：金属离子、有机物、生物分子 • 生物分子相互作用研究 • 疾病诊断
（4）取代基效应： 芳环上有给电子基团，使荧光增强。
—OH、 —CN、 —NR2、 —OR、 —NH2
芳环上有吸电子基团，使荧光减弱甚至猝灭。
—C—O、—NO2、—NO、—COOH、卤素离子
苯酚、苯、硝基苯、苯甲酸中，产生荧光最强的是__________。
3．溶剂效应 同一种荧光物质溶于不同溶剂，其荧光光谱的位置和 强度可能有明显不同。 一般情况下，随着溶剂的极性的增加，荧光物质的 π→π* 跃迁几率增加，荧光强度将增强，荧光波长也发生 红移。 4 ．温度的影响 一般说来，大多数荧光物质的溶液随着温度的降低， 荧光效率和荧光强度将增加，相反，温度升高荧光效率将 下降。 如荧光素的乙醇溶液在0℃以下每降低10 ℃，荧光效率 增加3%，冷至-80℃时，荧光效率为100%。
0.6 30 0.4 20
10
0.2
0 350
400
450
500
分子荧光和磷光光谱
低荧光材料 四面透光
第三十五页，共51页。
荧光分析方法与应用
1. 特点
（1）灵敏度高
比紫外-可见分光光度法高2～4个数量级；为什么？ 检测下限：0.1～0.1g/cm-3 相对灵敏度：0.05mol/L 奎宁硫酸氢盐的硫酸溶液。 （2）选择性强
既可依据特征发射光谱，又可根据特征吸收光谱；
（3）试样量少 缺点：应用范围小。
第三十六页，共51页。
定量依据与方法
(1)定量依据
荧光强度 If正比于吸收的光量Ia和荧光量子效率 ： If = Ia
由朗伯-比耳定律： Ia = I0(1-10- l c ) If = I0(1-10- l c ) = I0(1-e-2.3 l c )
浓度很低时，将括号项近似处理后：
If = 2.3 I0 l c = Kc
荧光 延迟荧光 磷光
系间跨越 内转移 外转移 振动弛豫
激发态停留时间短、返回速度快的途径，发生的几率大，发
光强度相对大； 荧光：10-7～10 -9 s,第一激发单重态的最低振动能级→基态；
磷光：10-4～10s；第一激发三重态的最低振动能级→基态；
第十一页，共51页。
能级图
内转换
振动弛豫
内转换
S2
• 外转换：激发分子与溶剂或其他分子之间产生相互作用而转移能量的
非辐射跃迁； 外转换使荧光或磷光减弱或“猝灭”。
第三十五页，共51页。
荧光分析方法与应用
1. 特点
（1）灵敏度高
比紫外-可见分光光度法高2～4个数量级；为什么？ 检测下限：0.1～0.1g/cm-3 相对灵敏度：0.05mol/L 奎宁硫酸氢盐的硫酸溶液。 （2）选择性强
既可依据特征发射光谱，又可根据特征吸收光谱；
（3）试样量少 缺点：应用范围小。
第三十六页，共51页。
定量依据与方法
(1)定量依据
荧光强度 If正比于吸收的光量Ia和荧光量子效率 ： If = Ia
由朗伯-比耳定律： Ia = I0(1-10- l c ) If = I0(1-10- l c ) = I0(1-e-2.3 l c )
浓度很低时，将括号项近似处理后：
If = 2.3 I0 l c = Kc
荧光 延迟荧光 磷光
系间跨越 内转移 外转移 振动弛豫
激发态停留时间短、返回速度快的途径，发生的几率大，发
光强度相对大； 荧光：10-7～10 -9 s,第一激发单重态的最低振动能级→基态；
磷光：10-4～10s；第一激发三重态的最低振动能级→基态；
第十一页，共51页。
能级图
内转换
振动弛豫
内转换
S2
• 外转换：激发分子与溶剂或其他分子之间产生相互作用而转移能量的
非辐射跃迁； 外转换使荧光或磷光减弱或“猝灭”。
第七章分子发光荧光和磷光
4400
4000
3600
3200
lex =290nm (MAX)
2800
2400
2000
1600
1200
800
400
0 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900
l
B. 发射光谱(荧光光谱)
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。
?直到1852年年stokes在考察奎宁和叶绿素的荧光时用分光光度计观察到其荧光的波长比入射光的波长稍微长些才判断这种现象是这些物质在吸收光能后重新发射不同波长的光而不是由光的漫射作用所引起的从而导入了荧光是光发射的概念他还由发荧光的矿石萤石推演而提出荧光这一术语
第七章分子发光荧光和磷光
§7.1 分子发光的基本原理
如S1到T1跃迁就是系间跃迁的例子，即单重态到三重态的 跃迁。即较低单重态振动能级与较高的三重态振动能级重叠。 这种跃迁是“禁阻”的。
改变电子自旋，禁阻跃迁，通过自旋—轨道耦合进行。
辐射能量传递过程
荧光发射：当分子处于第一激发单重态S1的最低能级时，分 子返回基态的过程比振动弛豫和内转化过程慢得多。分子可 能通过发射光子跃迁回到基态S0的各振动能级上，这个过程 称为荧光发射。
磷光发射是不同多重态之间的跃迁(即T1 →S0)，故属于“禁阻” 跃迁。因此磷光的寿命比荧光要长很多，约为10-3到10s。所以， 将激发光从磷光样品移走后，还常可以观察到发光现象，而荧 光发射却观察不到该现象。
磷光与荧光.ppt
分子轨道
T1
T2
M=3
M=3
(d)
(e)
2020/1/29
2.激发态→基态的能量传递途径
电子处于激发态是不稳定状态，返回基态时，通过辐射 跃迁(发光)和无辐射跃迁等方式失去能量；
传递途径
辐射跃迁
无辐射跃迁
荧光 延迟荧光 磷光
系间跨越 内转移 外转移 振动弛预
激发态停留时间短、返回速度快的途径，发生的几率大， 发光强度相对大； 荧光：10-7～10 -9 s,第一激发单重态的最低振动能级→基态； 磷光：10-4～10s；第一激发三重态的最低振动能级→基态；
2020/1/29
碰撞猝灭； 氧的熄灭作用等。
2020/1/29
五、仪器结构流程
测量荧光的仪器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。 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:氙灯和高压汞灯，染 料激光器(可见与紫外区) 检测器：光电倍增管。
第二章 紫外-可见吸
收光谱
UV-VIS spectroscopy
2.9 分子发光光谱
一、分子荧光与磷光产生过程
luminescence process of molecular fluorescence phosphorescence
第七章分子发光荧光与磷光
内转换
振动弛豫 内转换
S2
系间跨越
S1
能
T1 T2
量
吸 收
发
射
外转换
荧
光
发
射
磷 振动弛豫 光
S0
l3 l 1 分子吸收l 2和发射l 过2 程的Jablonski能级图
非辐射能量传递过程
振动弛豫：在凝聚相体系中，被激发到激发态(如S1和S2)的分子能通 过与溶剂分子的碰撞迅速以热的形式把多余的振动能量传递给周围的 分子，而自身返回该电子能级的最低振动能级，这个过程称为振动弛 豫。发生振动弛豫的时间10 -12 s。 内转换：当S2的较低振动能级与S1的较高振动能级的能量相当或重叠 时，分子有可能从S2的振动能级以无辐射方式过渡到S1的能量相等的 振动能级上。这个过程称为内转换。内转换发生的时间约为10 -12 s。 内转换过程同样也发生在激发态三重态的电子能级间。
❖ 19世纪以前，荧光的观察是靠肉眼进行的，直到1928年，才由 Jette和West提出了第一台荧光计。
一、荧光与磷光的产生过程
luminescence process of molecular fluorescence phosphorescence
由分子结构理论，主要讨论荧光及磷光的产生机理。
内转换
振动弛豫 内转换
S2
系间跨越
S1
第十一章-分子荧光与分子磷光光谱法
19
（2）共轭效应 实验证明，容易实现激发 的芳香族化合物容易发生荧 光，能发生荧光的脂肪族和脂环族化合物极少（仅少数高度 共轭体系化合物除外）。此外，增加体系的共轭度，荧光效 率一般也将增大。例如，在多烯结构中，ph（CH=CH）3 ph 和ph（CH=CH）2 ph在苯中的荧光效率分别为0.68和0.28。 共轭效应使荧光增强的原因 ：
为λ3的荧光。注意：基态中也有振 动驰豫跃迁。很明显，λ3的波长较 激发波长λ1或λ2都长，而且不论电 子开始被激发至什么高能级，最终将
S0
只发射出波长λ3为的荧光。荧光的 产生在10-7-10-9s内完成。
S2
S1
T1
吸光1
吸光2 荧光3
荧光
6
系间窜跃（Intersystem Conversion， ISC）系间跨跃
振动弛豫（Vibrational Relaxation, VR）它是指 在同一电子能
级中，电子由高振动能级转至低振动能级，而将多余的能量以
热的形式发出。发生振动弛豫的时间为10-12s数量级。
S2
S1
振动弛豫
T1
S0 吸光1
吸光2
荧光、磷光 能级图
→ 振动弛豫
4
内转换（Internal Conversion，IC）
13
（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。
（2）共轭效应 实验证明，容易实现激发 的芳香族化合物容易发生荧 光，能发生荧光的脂肪族和脂环族化合物极少（仅少数高度 共轭体系化合物除外）。此外，增加体系的共轭度，荧光效 率一般也将增大。例如，在多烯结构中，ph（CH=CH）3 ph 和ph（CH=CH）2 ph在苯中的荧光效率分别为0.68和0.28。 共轭效应使荧光增强的原因 ：
为λ3的荧光。注意：基态中也有振 动驰豫跃迁。很明显，λ3的波长较 激发波长λ1或λ2都长，而且不论电 子开始被激发至什么高能级，最终将
S0
只发射出波长λ3为的荧光。荧光的 产生在10-7-10-9s内完成。
S2
S1
T1
吸光1
吸光2 荧光3
荧光
6
系间窜跃（Intersystem Conversion， ISC）系间跨跃
振动弛豫（Vibrational Relaxation, VR）它是指 在同一电子能
级中，电子由高振动能级转至低振动能级，而将多余的能量以
热的形式发出。发生振动弛豫的时间为10-12s数量级。
S2
S1
振动弛豫
T1
S0 吸光1
吸光2
荧光、磷光 能级图
→ 振动弛豫
4
内转换（Internal Conversion，IC）
13
（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。
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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
S0→T1 禁阻跃迁； 通过其他途径进入
(见能级图)；进入的 几率小；
2021/3/9
授课：XXX
11
激发态→基态的能量传递途径
电子处于激发态是不稳定状态，返回基态时，通过辐射跃迁 (发光)和无辐射跃迁等方式失去能量；
传递途径
辐射跃迁
无辐射跃迁
荧光 延迟荧光 磷光
系间跨越 内转移 外转移 振动弛豫
外转换使荧光或磷光减弱或“猝灭”。 系间跨越：不同多重态,有重叠的转动能级间的非辐射跃迁。
改变电子自旋，禁阻跃迁，通过自旋—轨道耦合进行。
2021/3/9
授课：XXX
14
辐射能量传递过程
荧光发射：电子由第一激发单重态的最低振动能级→基态
（ 多为 S1→ S0跃迁），发射波长为 l ‘2的荧光； 10-7～10 -
最大，相反跃
20迁21/3也/9 然。
授课：XXX
20
镜像规则
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
2021/3/9
授课：XXX
21
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（）
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(如l
‘ 2
)。
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。
2021/3/9
授课：XXX
19
镜像规则
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
光照停止后，可持续一段时间。
2021/3/9
授课：XXX
15
激发光谱
荧光(磷光)：光致发光，照射光波长如何 选择？ 荧光(磷光)的激发光谱曲线
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；
2021/3/9
授课：XXX
16
荧光（磷光）光谱
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)。
2021/3/9
授课：XXX
17
光谱例子
荧光发射光谱 磷光光谱 荧光激发光谱
200 260 320 380 440 500 560 620
2021/3/9
授课：XXX
6
绿色荧光蛋白
GFP 绿色荧光蛋白
2021/3/9
授课：XXX
7
GFP
2021/3/9
授课：XXX
8
Generation of Molecular Fluorescence and Phosphorescence
原理
2021/3/9
授课：XXX
9
荧光和磷光的产生过程
激发态停留时间短、返回速度快的途径，发生的几率大，
发光强度相对大；
荧光：10-7～10 -9 s,第一激发单重态的最低振动能级→基态；
磷光：10-4～10s；第一激发三重态的最低振动能级→基态；
2021/3/9
授课：XXX
12
能级图
内转换
振动弛豫
内转换
S2
系间跨越
S1
能 量
吸 收
发
射
外转换
荧
光
T1 T2
2021/3/9
室 温 下 菲 的 乙 醇 溶 液授课荧：XX（X 磷 ） 光 光 谱
18
激发光谱和发射光谱关系
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。
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(如
能级图l 2 ,l 1)，产生不同吸收带，但均回到第一激发
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；
2021/3/9
授课：XXX
10
荧光和磷光的产生过程
电子激发态的多重度
单重态S 三重态T 大多数有机分子的基态处于单重态 三重态能级比相应单重态能级低
3
荧光
1852年，Stokes在考察奎宁和叶绿素的荧光时，用分光 计观察到其荧光的波长比入射光的波长稍为长些，才判明这 种现象是这些物质在吸收光能后重新发射不同波长的光。他 还由发荧光的矿物“萤石”推演而提出“荧光”这一术语.
入射光
荧光
2021/3/9
授课：XXX
4
萤石
纯净的萤石为无色，但因含有较多Y、Ce 等元素，造成萤石结构空位，
发
射
磷 光
振动弛豫
S0
l3
2021/3/9
l1
l2
l授2课：XXX
13
非辐射能量传递过程
振动弛豫：同一电子能级内以热能量交换形式由高振动能级 至低相邻振动能级间的跃迁。发生振动弛豫的时间10-12s。 内转换：同多重度电子能级中,等能级间的无辐射能级交换。
通过内转换和振动弛豫，高激发单重态的电子跃回第一 激发单重态的最低振动能级。 外转换：激发分子与溶剂或其他分子之间产生相互作用而转 移能量的非辐射跃迁；
分子荧光和磷光光谱
2021/3/9
授课：XXX
1
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
仪器 应用
2021/3/9
授课：XXX
2ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
发光现象
起因
是吸收了外在提供的能量引起的
外在的能量
热 电 光 化学能
2021/3/9
授课：XXX
9s。
由图可见，发射荧光的能量比分子吸收的能量小，波长长；
l ‘2 > l 2 > l 1 ；
磷光发射：电子由第一激发三重态的最低振动能级→基态 （ T1 → S0跃迁）； 电子由S0进入T1的可能过程：（ S0 → T1禁阻跃迁） S0 →激发→振动弛豫→内转移→系间跨越→振动弛豫→ T1 发光速度很慢： 10-4～100 s 。
产生色心而致色，常见的颜色有浅绿色至深绿色，蓝、绿蓝、黄、酒黄、
20紫21/3、/9 紫罗兰色、灰、褐、玫瑰红、深授红课：等XX。X
5
2001年美国遭受911袭击时，美国世贸大厦内一共 有2万5千多人，人们惊讶地发现了一个世界都为之惊 叹的纪录：两座大楼里，1万8千多人在上百层的大楼 完全断电的情况下，在一个半小时之内成功逃生。
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
S0→T1 禁阻跃迁； 通过其他途径进入
(见能级图)；进入的 几率小；
2021/3/9
授课：XXX
11
激发态→基态的能量传递途径
电子处于激发态是不稳定状态，返回基态时，通过辐射跃迁 (发光)和无辐射跃迁等方式失去能量；
传递途径
辐射跃迁
无辐射跃迁
荧光 延迟荧光 磷光
系间跨越 内转移 外转移 振动弛豫
外转换使荧光或磷光减弱或“猝灭”。 系间跨越：不同多重态,有重叠的转动能级间的非辐射跃迁。
改变电子自旋，禁阻跃迁，通过自旋—轨道耦合进行。
2021/3/9
授课：XXX
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辐射能量传递过程
荧光发射：电子由第一激发单重态的最低振动能级→基态
（ 多为 S1→ S0跃迁），发射波长为 l ‘2的荧光； 10-7～10 -
最大，相反跃
20迁21/3也/9 然。
授课：XXX
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镜像规则
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
2021/3/9
授课：XXX
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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（）
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(如l
‘ 2
)。
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。
2021/3/9
授课：XXX
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镜像规则
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
光照停止后，可持续一段时间。
2021/3/9
授课：XXX
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激发光谱
荧光(磷光)：光致发光，照射光波长如何 选择？ 荧光(磷光)的激发光谱曲线
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；
2021/3/9
授课：XXX
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荧光（磷光）光谱
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)。
2021/3/9
授课：XXX
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光谱例子
荧光发射光谱 磷光光谱 荧光激发光谱
200 260 320 380 440 500 560 620
2021/3/9
授课：XXX
6
绿色荧光蛋白
GFP 绿色荧光蛋白
2021/3/9
授课：XXX
7
GFP
2021/3/9
授课：XXX
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Generation of Molecular Fluorescence and Phosphorescence
原理
2021/3/9
授课：XXX
9
荧光和磷光的产生过程
激发态停留时间短、返回速度快的途径，发生的几率大，
发光强度相对大；
荧光：10-7～10 -9 s,第一激发单重态的最低振动能级→基态；
磷光：10-4～10s；第一激发三重态的最低振动能级→基态；
2021/3/9
授课：XXX
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能级图
内转换
振动弛豫
内转换
S2
系间跨越
S1
能 量
吸 收
发
射
外转换
荧
光
T1 T2
2021/3/9
室 温 下 菲 的 乙 醇 溶 液授课荧：XX（X 磷 ） 光 光 谱
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激发光谱和发射光谱关系
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。
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(如
能级图l 2 ,l 1)，产生不同吸收带，但均回到第一激发
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；
2021/3/9
授课：XXX
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荧光和磷光的产生过程
电子激发态的多重度
单重态S 三重态T 大多数有机分子的基态处于单重态 三重态能级比相应单重态能级低
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荧光
1852年，Stokes在考察奎宁和叶绿素的荧光时，用分光 计观察到其荧光的波长比入射光的波长稍为长些，才判明这 种现象是这些物质在吸收光能后重新发射不同波长的光。他 还由发荧光的矿物“萤石”推演而提出“荧光”这一术语.
入射光
荧光
2021/3/9
授课：XXX
4
萤石
纯净的萤石为无色，但因含有较多Y、Ce 等元素，造成萤石结构空位，
发
射
磷 光
振动弛豫
S0
l3
2021/3/9
l1
l2
l授2课：XXX
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非辐射能量传递过程
振动弛豫：同一电子能级内以热能量交换形式由高振动能级 至低相邻振动能级间的跃迁。发生振动弛豫的时间10-12s。 内转换：同多重度电子能级中,等能级间的无辐射能级交换。
通过内转换和振动弛豫，高激发单重态的电子跃回第一 激发单重态的最低振动能级。 外转换：激发分子与溶剂或其他分子之间产生相互作用而转 移能量的非辐射跃迁；
分子荧光和磷光光谱
2021/3/9
授课：XXX
1
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
仪器 应用
2021/3/9
授课：XXX
2ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
发光现象
起因
是吸收了外在提供的能量引起的
外在的能量
热 电 光 化学能
2021/3/9
授课：XXX
9s。
由图可见，发射荧光的能量比分子吸收的能量小，波长长；
l ‘2 > l 2 > l 1 ；
磷光发射：电子由第一激发三重态的最低振动能级→基态 （ T1 → S0跃迁）； 电子由S0进入T1的可能过程：（ S0 → T1禁阻跃迁） S0 →激发→振动弛豫→内转移→系间跨越→振动弛豫→ T1 发光速度很慢： 10-4～100 s 。
产生色心而致色，常见的颜色有浅绿色至深绿色，蓝、绿蓝、黄、酒黄、
20紫21/3、/9 紫罗兰色、灰、褐、玫瑰红、深授红课：等XX。X
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2001年美国遭受911袭击时，美国世贸大厦内一共 有2万5千多人，人们惊讶地发现了一个世界都为之惊 叹的纪录：两座大楼里，1万8千多人在上百层的大楼 完全断电的情况下，在一个半小时之内成功逃生。