第十一章_荧光分析法

长共轭结构
分子的刚性
取代基类型
共轭高荧 光效率高
刚性平面使 荧光效率高
1、给电子基团使荧光增强-
OH,-OCH3,-NH2,-CN,-NR2; 2、吸电子基团使荧光减弱-
COOH,-NO2,-SH,-C=O,-X; 3、-R,-SO3H,-NH3+等基团对 荧光影响不明显。
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
Stokes位移： 荧光波长一般比激发波长要长(前者能量较低)
荧光光谱形状与激发波长无关；
荧光光谱与激发光谱形状相似，呈镜像对称。
镜像关系的原因
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
蒽的激发光谱和荧光光谱
ν=4
ν=3 ν=2
ν=1 ν=0
ΔEΔΔ4EEΔ3 2E1
S1*
b4b3b2b1b0
N OH
8-羟基喹啉 弱荧光
N O Zn
8-羟基喹啉-Zn螯合物 黄绿色强荧光
NN
OH
HO
2,2`-二羟基偶氮苯 无荧光
NN
O Al
O
2,2`-二羟基偶氮苯-Al螯合物 强荧光
三、影响荧光强度的外部因素
A、温度影响 温度上升，荧光减弱
B、溶剂的影响 ❖ 增大溶剂的极性使荧光增强
含重原子的溶剂（e.g. CBr4）使荧光减弱 ❖ 溶剂粘度降低荧光强度减弱
c0c1c2c3c4
ν=4
ν=3 ν=2 ν=1 ν=0
ΔEΔΔ4EE3 2 ΔE1
S0
蒽的能级跃迁图
返回
二、 荧光与分子结构
荧光产生的必要条件
有吸收结构
有高的荧光效率
（一）、荧光效率（ fluorescence efficiency）
发出荧光的量子数
F 吸收激发光的量子数
分子结构与荧光 的关系
第十一章 荧光分析法
Fluoreometry
荧光
荧光的产生
发射与激发光谱
荧光效率
定量关系
荧光仪器
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2020年8月14日星期五8时6分53秒
概述
用荧光来进行定性定量的分析方法——荧光分析法。
物质基 态
光照射
吸收
特定光
激发态
无辐射跃迁 放出热能或动能
两电子自旋方向相同， 自旋量子数分别为 1 和 1 22
总自旋量子数 S 1 1 1 22
多重性 M 2S 1 3
续前
基态单重态S0
能
π*
量
激发单重态S*
π* π*
激发三重态T
π
π
π
A
B
C
单重态和三重态电子分布
A：基态单重态 B：激发单重态 C：激发三重态
激发单重态S与激发三重态T的不同点：
光致发光 发射荧光和磷光
物质基 态
可见-紫外光源 分子荧光分析 由荧光波长可确定物质分子结构 由荧光强度可测物质的含量
§1 荧光分析法基本原理
一、分子荧光
（一）、分子荧光的产生 分子在辐射能的照射下，电子跃迁至单重激发态，
并以无辐射弛豫方式回到第一单重激发态的最低振动 能级，由此再跃回基态或基态中其它振动能级时所发 出的光。
荧光黄
F=0.2
-O
O
O
荧光黄
C COO产生荧光
F=0.92
NN
偶氮苯
不产生荧光
-O
O
酚酞
C COO不产生荧光
NN
偶氮菲
产生荧光
. 取代基效应
1）给电子取代基加强荧光 产生 p →π共轭
—HN2， — NHR ， —NR2， — OH， — OR ， — CN
化合物
λemmax (nm）
相对荧光强度
荧光形成机制
三重态
振 动 弛 豫
体系 跨越
振 动 弛
豫
荧
磷
光
光
基 态
荧光
磷光
处于第一电子激发 单重态最低振动能 级的分子发射光量 子回到基态各振动 能级，这一过程为 荧光发射
起源不同
不同点 波长不同
处于第一电子激发 三重态最低振动能 级的分子发射光量 子回到基态各振动 能级，这一过程为 磷光发射。
C、酸度的影响 D、荧光熄灭剂
激发分子与溶剂分子或其它溶质分子的相互 作用， 使能量转移，荧光强度减弱甚至消失。 . E、散射光
.散射光干扰及消除
散射光：当一束平行光投射在液体试样上，大部 分被吸收或透过，小部分由于光子和物质分子相 碰撞，使光子的运动方向改变，而向不同方向散 射形成的光。
寿命不同
吸 收
荧光峰
峰
磷 光 峰
(二)、荧光的激发和发射光谱
光源
激发 单色器
激发波长
样品池
发射 单色器
检测器
发射波长
数据处理 仪器控制
激发光谱(excitation spectrum)： F~ ex
荧光光谱(fluorescence spectrum)： F~ em
荧光的激发光谱和发射光谱
激发光谱
苯
278~310
10
苯酚
285~365
18
苯胺
310~405
20
苯基氰
280~390
20
苯甲醚
285~345
20
2）吸电子取代基减弱荧光 —C=O， — COOH ， —NO2
NO2
不产生 p →π共轭 O
硝基苯：不产生荧光
二苯甲酮：弱荧光 S1 →T1的系间窜跃产率接近1
. 金属螯合物的荧光
1. 螯合物中配位体的发光
概
➢ 基态和激发态
念
➢ 单重态和三重态
➢ 辐射跃迁（光）和无辐射跃迁（热） 电子能级的多重性M:M=2S+1；
S为总自旋量子数
单重态： singlet state
两电子自旋方向相反， 自旋量子数分别为 1 和 1 22
总自旋量子数 S 1 ( 1 ) 0 22
多重性 M 2S 1 1
三重态： triplet state
固定发射波长， 改变激发波长， 测荧光强度和激 发光波长的关系。
荧光光谱
固定激发波长， （为最大激发波 长）， 测不同 波长时的荧光强 度。
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
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
激发单重态S
1.能量高
2.激发单重态平均寿命短，
tS = 10-8s,
3.基态单重态到激发单重态 的激发为允许跃迁
激发三重态T
1.能量低 2.激发三重态平均寿命长， tS = 10-4-- 1s, 3.基态单重态到激发三重态
的激发为禁阻跃迁
回基态途经
单重态
第 二 激 内转换 发 态
第 一 激 发 态
大，离域大π键的电子越容易激发，荧光越容易产生。
化合物
苯萘
F
0.1
λexmax(nm) 2015
λ max em
(nm)
278
0.29 286 321
蒽
0.源自文库6 365 400
丁省
0.60 390 480
戊省
0.62 580 640
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