荧光课件

n→﹡
S=0 （跃迁几率很小） 激发单重态 S
电子从 S0 到 S 分子能量相应增加改变了分子对称性、
分子净的电子自旋（多重性）可能改变
2、去活化过程
溶液中： 10-14-10-12 s 10-13-10-11 s 10-2-10-6 s 振动弛豫 内部转换 体系间的跨越 （发生在相同多重度间） （发生在不同多重度间） S1 T1(＜S1) T2 A2 F P 磷光发射 10-2-10 s
S2
10-15 s A1
基态 S0 荧光发射 外部转换 10-7-10-9 s 发生在不同电子能态间 （熄灭）
注意点
(1)气相分子中易观察到以发射光子方式失去振动能 (2) 实现内部转换 a. S1，S2 电子能级差小 、易实现。
b. S1，S2 振动能级的位能面有交叉
(3)体系间跨越的必要条件
电子自旋与磁场微扰耦合
发光相同波长λ1的辐射
或稍低能级上 不同方向伴随的波长
发射为 λ1±Δλ
特征：
瑞利散射 散射强度 ∝ 1/λ4
拉曼散射
（拉)强度﹤ ﹤ (瑞)强度(﹤ IF/1000) 拉曼带波长随激发光波长而变
散射光波长＝激发光波长
ν拉- νF = Δν为定值
反映了分子结构特性
第15章 分子发光分析法
15-1 光致发光及影响荧光发射因素
15-1
光致发光及影响荧光发射因素
涉及吸收和发射两个过程
激发态
↑ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑ ↑↓ ↑↓ ↓ ↑↓ ↑↓ S=1 M=2S+1=3 激发三重态 T 分立轨道上 非成对电子
一. 荧光 1、激发态
基态 ﹡
n
平行自旋更 稳定

→﹡
净电子自旋 S=0 分子重态 M=2S+1=1 单重基态 S0
荧光发射速率常数 内在寿命 τ0 （即∑K 时的τ ）
各种单分子的非辐射去
活化过速率常数之总和
τ0 = 1 / kf 荧光强度衰变 速率方程 It = I 0 e - t / τ 或 ㏑ It = ㏑ I0 - t / τ
d.荧光物质的两个重要参数 (2)荧光的量子产率 φf 定义： 发射荧光的光子数／吸收辐射的光子数 φf = kf / ( kf +∑K )
4. 取代基效应
1）给电子取代剂加强荧光 —NH2， — NHR ， —NR2， — OH， — OR ， — CN 产生 化合物
相对荧光强度
p →π共轭
苯 10 苯酚 18 苯胺 20 苯基氰 20 苯甲醚 20
λ emmax (nm) 278~310 285~365 310~405 280~390 285~345
④取代基团为给电子取代基。
2. 共轭效应 产生荧光的有机物质，都含有共轭双键体系，共轭体系越 大，离域大π键的电子越容易激发，荧光与磷光越容易产生。
化合物 萘 0.29 286
苯 0.11 205
蒽 0.46 365
丁 省 0.60 390
戊
省 0.52 580
F
λexmax(nm)
λemmax (nm)
1. 碰撞熄灭
与分子的直径、 激发 粘度、温度等因素 发射 有关。 熄灭 2. 能量转移熄灭
再吸收过程：
相对速率
M hv M *
k M * 1 M hv ,
1
K1 [M*]
M * Q k 2 M Q ΔH K2 [M*] [Q]
共振能量转移：
D* D hv , A hv A *
* 3 k1
没有除氧，溶液中 难以观察到磷光
M * 3 M * 3 ( M * M ) 2 M kT
4. 自熄灭与自吸收 当荧光物质的浓度大于1g/L时，常发生荧光的自熄灭(浓度熄灭) 自吸收：
D* D hv D hv D*
1 * 1 *
由于F < 1，使荧光 强度减弱或消失.
第15章 分子发光分析法
（Molecular Luminescence Analysis）
第一次记录荧光现象 1575 西班牙内科医生、植物
学家
荧光是光发射概念、引入荧光术语 1852 Stokes
观察奎宁、叶绿素
提出用荧光作为分折手段 1864 Stokes 第一个实际应用、铝一桑色素荧光测 1867 1965以来, 荧光光谱兴趣激增，生物化学 家利用它的高灵敏度。二十世纪七十年代后 期，引起国内学者注意
３、荧光的一些基本问题
c. 激发光谱和荧光光谱
(1) 激发光谱 (2)荧光光谱
注意：１、实际测得的荧光光谱和激发光谱随仪器而异,其真实光 谱必须要对其光源、单色器、检测器的光谱特性加以校正 ２、真实的激发光谱与吸收光谱非常近似，而不是相同
c. 激发光谱和荧光光谱 (3) 溶液荧光光谱的特征
●斯托克斯位移（ λ荧＞λ激 ）
p(s)
含有重原子的溶剂，由于重原子效应荧光减弱、磷光增强。
6.溶剂效应 在极性溶剂中： 红移: 蓝移: 无溶剂化作用 △ Eπ→π* ＞ △ E n →π* ＜ 有溶剂化作用 △ Eπ→π* △ E n →π*
四、 影响荧光强度的外部因素 1 温度： 温度越高，荧光效率及荧光强度越低。 因为温度升高，分子运动速度加快，分 子间碰撞几率增加，使无辐射跃迁增加 ，降低了荧光效率。
278
321
400
480
640
3. 刚性平面结构
荧光物质的刚性和平面 性增加，有利于荧光发射。
芴 联苯
F=1
F=0.2
-O
O C
O
N N
荧光黄 不产生荧光
产生荧光
偶氮苯
COO-
F=0.92
-O C COOO
N N
偶氮菲
酚酞 产生荧光 不产生荧光
H3C CH3
萘 VA
CH2OH
F(萘)= 5F(VA)
对于有机荧光物质: n →π* εmax＜ 100 平均寿命10-5~10-7sec π→π* εmax≥104 平均寿命10-7~10-9sec kS → T小
π*→π 是有机化合物产生荧光的主要跃迁类型。 强荧光的有机化合物具备下特征: ①具有大的共轭π键结构； ②具有刚性的平面结构； ③具有最低的单重电子激发态为S1为π * →π型；
三种形式: ① 荧光物质的分子和熄灭剂分子发生碰撞而损 失能量。 ② 荧光物质的分子与熄灭剂分子作用生成本身 不发光的配位化合物。 ③ 荧光物质分子中引入溴或碘后易发生体系间 跨越而转变至三线态。
五、 荧光的熄灭
荧 光 熄 灭：荧光分子与溶剂分子或其它溶质分子相互作用引起 荧光强度降低或消失的现象。 荧光熄灭剂：这些溶剂分子或其它溶质分子称为荧光熄灭剂。
H3C SO3-
N
C H
C
HF=0.75来自=0.03反式二苯乙烯 强荧光物质
顺式二苯乙烯 非荧光物质
电离效应对荧光发射的影响
OH O-
OH
O-
OHH+
OH-
H+
pH=1, 有荧光
pH=13, 无荧光
无荧光
有荧光
5.重原子取代基效应
—Cl， — Br ， —I
S1 →T1的系间窜跃由于重原子的存在增强
2 溶剂： ① 一般情况下，荧光波长随溶剂极性增大而长 移，强度也有所增加。 ② 荧光强度随溶剂粘度的减小而减弱。溶剂粘 度减小时，可增加分子间碰撞机会，使无辐 射跃迁增加而使荧光减弱。 ③ 若溶剂与荧光物质形成化合物或溶剂使荧光 物质的电离状态改变，那么，荧光峰的波长 和荧光强度将发生变化。 3 pH的影响： 每种荧光物质都有最适宜的pH范围
φf (0.1～1)有使用价值
注意： a. 荧光的能量产率φeq= 荧光发射时的能量／吸收的能量 φeq﹤1 (红移) b. 荧光的量子效率 ηf = 处于发射荧光的激发电子态的分子的百 分率 c. φf, φeq, ηf三个概念不同
三、分子荧光与磷光强度的影响因素 一.荧光的量子产率 二. 荧光与有机化合物的结构 π * →π 1. 跃迁的类型 π* → n
a. 荧光类型
(2)激发光与荧光波长比较
●Stokes荧光（溶液中） λ荧＞λ激
●Antistokes荧光（高温稀薄气体中） λ荧＜λ激 ●共振荧光（气体、晶体中） λ荧=λ激
可能
(3)荧光波长
● X光荧光 ● 紫外、可见荧光 ● 红外荧光
b.分子被激发时的散射问题
激发光的能量太低、不足以外层电子跃迁到 S1 但仍可将电子激发至基态的高振动能级上 受激后能量无损失, 受激发后有能量改 瞬间(10-12) 返回原 变,返回原来稍高 能级 在不同方向上发射与原激
第15章 分子发光分析法
（Molecular Luminescence Analysis）
分子吸收能量，电子由基态进入激发态，当电子由激发态 返回基态时发射光谱 M+能量→M＊ →M+热量 →M+ h ′+热量 光子 —— 光致发光 M+ h →M ＊
阴极射线—— 阴极射线发光 荧光 X 射线—— X 射线发光 F 热—— 白炽发光 寿命10-7—10-9s 超声波—— 声纳发光 离子流—— 离子发光 化学反应能——化学发光 M+化学能→M＊ 磷光 P 10-3—10s
分子内能量转移：
N
D* ( S 1 ) A( S 0 ) D( S 0 ) A * ( S 1 ) D* (T1 ) A( S 0 ) D( S 0 ) A * ( S 1 )
CH3 CH3
hv
_ +
N
CH3
CH3
3. 氧的熄灭作用 氧分子是荧光、磷光的熄灭剂，