分子发光分析

4. 影响荧光及荧光强度的因素 产生并可观察到荧光的条件： i）分子具有与辐射频率相应的荧光结构（内因）； ii）吸收特征频率的光后，应可产生具一定量子效率的荧光。 即量子效率 足够大：

kF 发射的荧光量子数 吸收的光量子数 kF kVR k IC k ISC kEC kP
叠的能层之间通过振动耦合产生无辐射跃迁，如S2-S1； T2-T1。
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3）外转换（External Conversion，EC）
受激分子与溶剂或其它分子相互作用发生能量转换而使 荧光或磷光强度减弱甚至消失的过程，也称“熄灭”或“猝
灭”。
4）系间跨跃（Intersystem Conversion，ISC） 系间跨跃是发生在两个不同多重态之间的无辐射跃迁， 如从S1到T1，该跃迁是禁阻的。然而，当不同多重态的两个 电子能层有较大重叠时，处于这两个能层上的受激电子的自 旋方向发生变化，即可通过自旋 - 轨道耦合而产生无辐射跃 迁，该过程称为系间跨跃。
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5）荧光发射 分子电子从单重激发态（ Kasha 规则）的最低振动能级在很 短时间（10-9-10-6s）跃迁到基态各振动能层时所产生的光子辐射 称为荧光。由于各种去活化过程的存在，荧光辐射能通常要比激 发能量低，或者说，荧光波长大于激发波长（Stokes效应）。
分子发光：处于基态的分子吸收能量（电、热、化学和光 能等）被激发至激发态，然后从不稳定的激发态返回 至基态并发射出光子，此种现象称为发光。发光分析 包括荧光、磷光、化学发光、生物发光等。 物质吸收光能后所产生的光辐射称之为荧光和磷光。 1. 分子能级、荧光及磷光的产生 分子能级=电子能级(Ee)+振动能级(Ev)+转动能级(Er)。 其中电子能级包含振-转能级，如图。
S0 S1
具有相似性，因而呈镜像对称。
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解释2：位能曲线（Frank-Condon原理）
由于电子吸收跃迁速率极快 （10-15s），此时核的相对位置可视为不
变（核较重）。当两个能层间吸收跃迁的几率越大，其相反跃迁的几率
也越大，即产生的光谱呈镜像对称。
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6）磷光发射
从单重态到三重态分子间发生系间跨跃跃迁后，再经振动弛 豫回到三重态最低振动能层，最后，在 10-4-10s 内跃迁到基态的 各振动能层所产生的辐射。
系间跨跃 振动弛豫 磷光发射 S T （高振动能层） T （低振动能层） S 1 1 1 0
到达第一激发态一样。 换句话说，不管激发波长如何，电子都是从第一电子
激发态的最低振动能层跃迁到基态的各个振动能层。
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iii）镜像对称 通常荧光光谱与吸收光谱呈镜像对称关系。
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解释1：能层结构相似性
荧光为第一电子激发单重态的最 低振动能层跃迁到基态的各个振动能 层而形成，即其形状与基态振动能级 分布有关。 吸收光谱是由基态最低振动能层 跃迁到第一电子激发单重态的各个振 动能层而形成，即其形状与第一电子 激发单重态的振动能级分布有关。 由于激发态和基态的振动能层分布
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3. 定性分析
任何荧（磷）光都具有两种特征光谱：激发光谱与发射 光谱。它们是荧（磷）光定性分析的基础。
1）激发光谱
改变激发波长，测量在最强荧（磷）光发射波长处的强 度变化，以激发波长对荧光强度作图可得到激发光谱。 激发光谱形状与吸收光谱形状完全相似，经校正后二者 完全相同！这是因为分子吸收光能的过程就是分子的激发过 程。 激发光谱可用于鉴别荧光物质；在定量时，用于选择最 适宜的激发波长。
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三重态能级低于单重态 （Hund规则）
激发单重态：分子吸收能 量，电子自旋仍然配对， 为单重态，称为激发单 重态，以S1，S2…表示
激发三重态：分子吸收能 量，电子自旋不再配对， 为三重态，称为激发三 重态，以T1，T2….表示。
基态：电子自旋配对， 多重度=2s+1=1，为单 重态，以S0表示。
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2. 去活化过程（Deactivation） 处于激发态分子不稳定，通过辐射或非辐射跃迁等去活 化过程返回至基态 。这些过程包括： 1）振动弛豫（Vibrational Relaxation, VR） 在液相或压力足够高的气相中，处于激发态的分子因碰 撞将能量以热的形式传递给周围的分子，从而从高振动能层 失活至低振动能层的过程，称为振动弛豫。 2）内转换（Internal Conversion，IC） 对于具有相同多重度的分子，若较高电子能级的低振动 能层与较低电子能级的高振动能层相重叠时，则电子可在重
特点： 1) 灵敏度高（1-100ppb)：有的可达0.01ppb。WHY?? 荧光 灵敏度除待测物浓度有关外，还与入射光强度及光度计灵 敏度有关； 2) 选择性好
3) 方法简单快速，用样量少
4) 应用不太广泛。
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4.1 分子荧光分析及磷光分析
Fra Baidu bibliotek
一、基本原理
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2）发射光谱 发射光谱即荧光光谱。一 定波长和强度的激发波长辐照 荧光物质，产生不同波长的强 度的荧光，以荧光强度对其波 长作图可得荧光发射光谱。 由于不同物质具不同的特
激发光谱 荧光光谱
磷光光谱
征发射峰，因而使用荧光发射
光谱可用于鉴别荧光物质。 如右图所示。
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3）激发光谱与发射光谱的关系 i）波长比较 与激发（或吸收）波长相比，荧光发射波长更长，即产 生所谓Stokes位移。（振动弛豫失活所致）
ii）形状比较
荧光光谱形状与激发波长无关。尽管分子受激后可到 达不同能层的激发态，但由于去活化（内转换和振动弛豫）
到第一电子激发态的速率或几率很大，好像是分子受激只