第四章分子发光分析.ppt
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分子发光分析法
3.检测器 3.检测器
荧光计采用光电管作检测器 荧光分光光度计采用光电倍增管作检测器 电感耦合器件（charge couple device, CCD)
四、荧光分析方法与应用
1. 特点： 特点： （1）灵敏度高 比紫外-可见分光光度法高2～4个数量级
？
光度法 A = lg I0/I = KC 荧光法 I= KC
(c) 刚性平面结构：可减少分子振动，减少与溶剂的相互作用 刚性平面结构：
(d) 取代基效应 取代基效应：给电子取代基使荧光增强；吸电子取代基使荧光减弱 如苯胺和苯酚荧光较强，而硝基苯为非荧光物质 （e）重原子效应 ）重原子效应：卤素取代基随原子序数的增加，荧光减弱，而磷光增强
（3)荧光螯合物 荧光螯合物
I p = 2 . 3ϕ p I o c
式中：Ip 为磷光效率，Io 为激发光的强度人为磷光物质的摩尔吸收系数，b为 试样池的光程。在一定的条件下，ϕ 、I p、 、b均为常数，因此上式可写成： κ
I p = Kc
根据上式可以用磷光强度对磷光物质浓度制作定量分析的标准曲线
2. 温度对磷光强度的影响：随着温度的降低，磷光逐渐增强 温度对磷光强度的影响： 3.重原子效应： 3.重原子效应：重原子的高核电荷使磷光分子的电子能级交错，容易引 重原子效应 起或增强磷光分子的自旋轨道偶合作用，从而使S 起或增强磷光分子的自旋轨道偶合作用，从而使S1→ T1的体系间窜跃 概率增大，有利于增大磷光效率。 4.室温磷光 4.室温磷光 （1）固体基质：在室温下以固体基质吸附磷光体，增加分子刚性、减少三重 态猝灭等非辐射跃迁，从而提高磷光量子效率。 （2）胶束增稳：利用表面活性剂在临界浓度形成具多相性的胶束，改变磷光 体的微环境、增加定向约束力，从而减小内转换和碰撞等去活化的几率，提 高三重态的稳定性。 （3）敏化磷光: 激发三重态将能量转移于另一易发磷光的受体，让其法磷光
《分子发光》课件
详细描述
荧光光谱法利用某些物质吸收光后， 能以荧光的形式重新发射出特定波长 的光，通过测量荧光光谱，可以分析 物质的组成和结构。
磷光光谱法
总结词
一种测量物质在激发态的磷光发射光谱的方法。
详细描述
磷光光谱法利用物质吸收光后，处于激发态的分子以磷光的形式缓慢地释放出 特定波长的光，通过测量磷光光谱，可以分析物质的组成和结构。
详细介绍了分子发光的原理、发光机制以及在各个领域的 应用，是学习分子发光的基础教材。
《荧光染料与荧光分析法》
系统介绍了荧光染料的基本性质、合成方法以及荧光分析 法的应用，对于深入了解荧光染料在分子发光领域的作用 很有帮助。
"分子发光机制研究进展"
综述了近年来分子发光机制的研究成果，包括新的发光材 料、发光过程的理论模型等。
激发态的稳定性
激发态是相对不稳定的， 分子会通过各种方式释放 能量并回到基态。
分子发光的辐射过程
辐射跃迁
激发态的分子通过释放光子的形式回到基态，这 个过程称为辐射跃迁。
光子的产生
当分子从激发态回到基态时，会释放出能量并以 光子的形式辐射出去。
光子性质
光子具有特定的波长（或频率），与其所属的分 子和激发态有关。
THANKS
感谢观看
《分子发光》PPT课件
contents
目录
• 分子发光的概述 • 分子发光的原理 • 分子发光的技术与方法 • 分子发光在科学研究中的应用 • 分子发光的发展趋势与展望 • 参考文献
01
分子发光的概述
分子发光的基本概念
分子发光是指分子在吸收能量 后以光子的形式释放能量的过 程。
分子发光现象广泛存在于自然 界和人类生产生活中，如萤火 虫、发光菌、荧光棒等。
荧光光谱法利用某些物质吸收光后， 能以荧光的形式重新发射出特定波长 的光，通过测量荧光光谱，可以分析 物质的组成和结构。
磷光光谱法
总结词
一种测量物质在激发态的磷光发射光谱的方法。
详细描述
磷光光谱法利用物质吸收光后，处于激发态的分子以磷光的形式缓慢地释放出 特定波长的光，通过测量磷光光谱，可以分析物质的组成和结构。
详细介绍了分子发光的原理、发光机制以及在各个领域的 应用，是学习分子发光的基础教材。
《荧光染料与荧光分析法》
系统介绍了荧光染料的基本性质、合成方法以及荧光分析 法的应用，对于深入了解荧光染料在分子发光领域的作用 很有帮助。
"分子发光机制研究进展"
综述了近年来分子发光机制的研究成果，包括新的发光材 料、发光过程的理论模型等。
激发态的稳定性
激发态是相对不稳定的， 分子会通过各种方式释放 能量并回到基态。
分子发光的辐射过程
辐射跃迁
激发态的分子通过释放光子的形式回到基态，这 个过程称为辐射跃迁。
光子的产生
当分子从激发态回到基态时，会释放出能量并以 光子的形式辐射出去。
光子性质
光子具有特定的波长（或频率），与其所属的分 子和激发态有关。
THANKS
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目录
• 分子发光的概述 • 分子发光的原理 • 分子发光的技术与方法 • 分子发光在科学研究中的应用 • 分子发光的发展趋势与展望 • 参考文献
01
分子发光的概述
分子发光的基本概念
分子发光是指分子在吸收能量 后以光子的形式释放能量的过 程。
分子发光现象广泛存在于自然 界和人类生产生活中，如萤火 虫、发光菌、荧光棒等。
分子发光
（ 3）基态单重态到激发单重态的激发为允许跃迁，基 态单重态到激发三重态的激发为禁阻跃迁。
（4）激发三重态的能量较激发单重态的能量低。
2、分子能级结构与分子发射光谱
处于激发态的电子，通常以辐射跃迁方式或无辐射
跃迁方式再回到基态。
辐射跃迁：荧光、磷光的发射。 无辐射跃迁：振动弛豫（VR）、内转化（ic）、体系间 窜跃（isc）等。
A
(2.3 A) 2 (2.3 A)3 I f I o [2.3 A ] 2 3
如果吸光度A<0.05, 方括号中其他各项与第一项相比 均可忽略:
I f 2.3 I o A
由于A=bc，故在实验条件固定时，荧光强度与浓
度成正比，即：
I f 2.3I 0 A
抗体、抗原
酶联免疫吸附分析示意 Enzyme-linked immunosorbent assay （ELISA）
2. 荧光与有机化合物结构的关系
（1）跃迁类型 对于大多数荧光物质，首先经历激发，然后经过
振动弛豫或其他无辐射跃迁，再发生 跃迁而得到荧光。
（2）共轭效应 容易实现激发 的芳香族化合物容易发生荧光。 增加体系的共轭度荧光效率将增大，主要是由于增大荧 光物质的摩尔吸光系数，有利于产生更多的激发态分子。
类型 转入三重态猝灭： 溶解氧与荧光物质。 发生电子转移反应猝灭： 猝灭剂与荧光物质。 浓度较高单重激发态的分子在 荧光物质的自猝灭： 发生荧光之前和未激发的荧光 物质分子碰撞而引起的自猝灭。 29
二、荧光分析仪
Cary Eclipse 荧光分光光度计 荧光、磷光化学/生物发光 美国瓦里安技术中国有限公司
抗磁性。
当分子吸收能量后，在跃迁过程中不发生电子自旋方
分子发光
(三)荧光的产生与分子结构的关系
1.分子产生荧光必须具备的条件 （1）合适的结构（芳环/多个共轭双键） （2）一定的荧光量子产率 发射的光量子数
吸收的光量子数
一般在0.1－1之间；凡是使荧光增加，使 其它去活化常数降低的因素均可增加荧光量子产 率；荧光强度由分子结构（内因）和所处化学环 境（外因）共同决定
（二）激发光谱与荧光光谱
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
（二） 磷光的特点 • 磷光波长比荧光的长(T1<S1)������ • 磷光寿命比荧光的长(磷光为禁阻跃迁产生， 速率常数小) • 磷光寿命和强度对重原子和氧敏感
（三）荧光分析法的应用 1 无机化合物的分析 铍、铝、硼、镓、硒、 镁、稀土常采用荧光分 析法
荧光试 剂/探 针
2
生物与有机化合物的分析
3. 室温磷光 低温荧光需低温实验装臵且受到溶剂选择的限制 1）固体基质：在室温下以固体基质（如纤维素等） 吸附磷光体，增加分子刚性、减少三重态猝灭等 非辐射跃迁，从而提高磷光量子效率 2）胶束增稳：利用表面活性剂在临界浓度形成具 多相性的胶束，改变磷光体的微环境、增加定向 约束力，从而减小内转换和碰撞等去活化的几率， 提高三重态的稳定性。利用胶束增稳、重原子效 应和溶液除氧是该法的三要素
2.化合物的结构与荧光
（1）跃迁类型： *→n和*→，后者的荧光效率高 ，系间跨越过程的速率常数小，利于产生荧光 （2）共轭效应：共轭利于增加荧光效率产生红移 （3）刚性平面结构：可降低分子振动，减少与溶剂的 相互碰撞作用，共轭分子共平面性增强，故具有很强 的荧光
分子发光分析法
分子发光分析法基态分子吸收了一定能量后，跃迁至激发态，当激发态分子以辐射跃迁形式将其能量释放返回基态时，便产生分子发光(Molecular Luminescence)。
依据激发的模式不同，分子发光分为光致发光、热致发光、场致发光和化学发光等。
光致发光按激发态的类型又可分为荧光和磷光两种。
本章讨论分子荧光(Molecular Fluorescence)、分子磷光(Molecular Phosphorescence)和化学发光(Chemiluminescence)分析法。
第一节荧光分析法一、概述分子荧光分析法是根据物质的分子荧光光谱进行定性，以荧光强度进行定量的一种分析方法。
早在16世纪，人们观察到当紫外和可见光照射到某些物质时。
这些物质就会发出各种颜色和不同强度的光，而当照射停止时，物质的发光也随之很快消失。
到1852年才由斯托克斯(Stokes)给予了解释，即它是物质在吸收了光能后发射出的分子荧光。
斯托克斯在对荧光强度与浓度之间的关系进行研究的基础上，于1864年提出可将荧光作为一种分析手段。
1867年Goppelsroder应用铝—桑色素络合物的荧光对铝进行了测定。
进入20世纪，随着荧光分析仪器的问世，荧光分析的方法和技术得到了极大发展，如今已成为一种重要且有效的光谱分析手段。
荧光分析法的最大优点是灵敏度高，它的检出限通常比分光光度法低2~4个数量级，选择性也较分光光度法好。
虽然能产生强荧光的化合物相对较少，荧光分析法的应用不如分光光度法广泛，但由于它的高灵敏度以及许多重要的生物物质都具有荧光性质。
使得该方法在药物、临床、环境、食品的微量、痕量分析以及生命科学研究各个领域具有重要意义。
二、基本原理(一)分子荧光的产生大多数分子含有偶数电子。
根据保里不相容原理，基态分子的每一个轨道中两个电子的自旋方向总是相反的，因而大多数基态分子处于单重态(2S+1=1)，基态单重态以S0表示。
当物质受光照射时，基态分子吸收光能就会产生电子能级跃迁而处于第一、第二电子激发单重态，以S1、S2表示。
《分子发光光谱》PPT课件
共振荧光(Resonance)：
λex = λem
2020/12/31
h
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电子重态示意图
基态单重态
激发单重态
激发三重态
2020/12/31
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• 分子中电子的运动状态除了电子所处的能级外， 还包含有电子的多重态，用M=2S+1表示，S 为各电子自旋量子数的代数和，其数值为0或1
• 根据Pauli不相容原理，分子中同一轨道所占 据的两个电子必须具有相反的自旋方向，即自 旋配对Βιβλιοθήκη 2020/12/31h
6
（一）荧光磷光的产生
分子发光的类型
按激发的模式分类： 分子发光
按分子激发态的类型分类：
按光子能量分类：
分子发光
光致发光 化学发光/生物发光 热致发光 场致发光 摩擦发光
荧光 瞬时荧光 迟滞荧光
磷光
斯托克斯荧光(Stokes)：
λex < λem
荧光 反斯托克斯荧光 (Antistokes)：λex > λem
• 辐射跃迁主要涉及到荧光、延迟荧光或磷光的 发射
• 无辐射跃迁是指以热的形式释放多余的能量， 包括振动弛豫、内(部)转移、系间跨(窜)越及 外(部)转移等过程
2020/12/31
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荧光和磷光的产生过程中能量 传递方式及作用
• 振动弛豫 • 内转移 • 荧光发射 • 系间窜跃 • 磷光发射 • 外转移 • 延迟荧光
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3
• 直到1852年，对荧光分析法具有开拓性工作的 Stokes在考察奎宁和绿色素的荧光时，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，他还由发荧光的矿石“萤 石”推演而提出了“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存在时的荧光 猝灭现象
第四章 分子光谱法
紫外可见吸收光谱 分子荧光和磷光光谱 化学发光光谱
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。
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。
分子发光分析法之荧光产生的机理
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e
hv
荧光产生的机理
（1）非辐射跃迁
2. 内转换：相同多重态的不同电子能级中, 能级间的 非辐射能级交换。
S2 S1
hv
S0eຫໍສະໝຸດ 荧光产生的机理（2）辐射跃迁
1. 荧光发射：电子由第一激发单重态的最低振动能 级→基态各振动能级。
发射荧光的能量比分子吸收的能量小，波长长。
S2 S1
hv
hv′
S0
e
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分子中的电子对的电子自旋平行的电子态称为 三重态，用“T”表示。
荧光产生的机理
三、荧光发光的机理
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)和非辐射跃迁(热)等方式失去
能量。
传递途径
辐射跃迁
非辐射跃迁
荧光
磷光 系间跨越 内转换 外转换 振动弛豫
荧光产生的机理
（1）非辐射跃迁
1. 振动弛豫：同一电子能级内以热能交换形式由高 振动能级至低相邻振动能级间的跃迁。
荧光产生的机理
二、电子自旋多重态
电子从基态跃迁到激发态，分子中的电子可以处
在不同的自旋状态,常用电子自旋多重态来描述。
M=2S+1 S: 各电子自旋量子数的代数和。
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V=0,1,2,3表示振动能级。
2020/4/16
2.电子激发态的多重度
电子激发态的多重度：M=2S+1
S为电子自旋量子数的代数和(0或1)；
平行自旋比成对自旋稳定(洪特规则)，三重态能级比相应 单重态能级低；
大多数有机分子的基态处于单重态； S0→T1 禁阻跃迁； 通过其他途径进入 (见能级图)；
内转换
振动弛豫 内转换
S2
系间窜越
S1
能
T1 T2
量
吸 收
发
射
外转换
荧
光
发 射 磷 振动弛豫 光
S0
l3
l20120/4/16
l 2 l 2
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 -12 s。 系间窜越：不同多重态,有重叠的转动能级间的非辐射跃迁。
外转换
T1 T2
磷 光 振动弛豫
l3
二、激发光谱与发射光谱
excitation spectrum and fluore-scence spectrum
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
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 ） 。
移能量的非辐射跃迁；外转换使荧光或磷光减弱或“猝灭”
。
内转换
S2
能
S1
量 吸
收
S0
l21020/4/16
l2
发 射 荧 光
l 2
振动弛豫
内转换
系间窜越
外转换
l3
T1 T2
发 射 振动弛豫 磷 光
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 -9 s 。
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；
2020/4/16
2.荧光发射光谱(或磷光发射光谱)
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)。
2020/4/16
3.激发光谱与发射光谱的关系
a.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。
荧光发射光谱
磷光光谱
荧光激发光谱
200 260 320
380 440 500 560 620
室温下菲的乙醇溶液荧（磷）光光谱
2020/4/16
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(如
改变电子的自旋状态。如S1—T1
内转换
S2
能
S1
量
发
吸
射
收
荧
光
S0
l1
l 2 l 2
2020/4/16
振动弛豫
内转换
系间窜越
外转换
l3
T1 T2
发 射 振动弛豫 磷 光
非辐射能量传递过程
内转换：相同多重度电子能级间的无辐射跃迁过程。
如S2—S1，T2—T1。在10-13～10-11s内完成。 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
第四章 分子发光分析法
molecular luminescence
analysis
第一节 分子荧光与磷光
molecular fluorescence and phosphorescence
一、分子荧光与磷光产生过程
luminescence process of molecular fluorescence phosphorescence
荧光激发光谱
荧光发射光谱
200
2020/4/16
250 300 350 400 450 500 nm
蒽的激发光谱和荧光光谱
2020/4/16
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)和非辐射跃迁等方式失去能量；
传递途径
辐射跃迁
非辐射跃迁
荧光
磷光
系间窜越 内转移 外转移 振动弛豫
激发态→基态：多种途径和方式(见下页能级图)；速度最 快、激发态寿命最短的途径占优势；
2020/4/16
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。
1. 分子能级与跃迁
分子能级比原子能级复杂； 在每个电子能级上，都存在一系列的振动、转动能级； 用S0表示基态；
第一、第二、…电子激发单重态 S1 、S2… 表示； 第一、第二、…电子激发三重态 T1 、 T2 … 表示；
2020/4/16
分子发光包括荧光，磷光，化学发光，生物发光。
室温下，大多数分子处于基态的最低 振动能级，处于基态的分子吸收能量（光能 、化学能、电能或热能）后被激发为激发态 ，激发态不稳定，将很快衰变到基态，若返 回到基态时伴随着光子的辐射，这种现象称 为“发光”。
2020/4/16
一、荧光与磷光的产生过程
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： 10-4～10 s 。 光照停止后，可持续一段时间
内转换
S2
能
S1
量 吸
收
S0
l21020/4/16
发 射 荧 光
l 2 l 2
振动弛豫
内转换
系间窜越
由图可见，发射荧光的能量比分子吸收的能量小，荧光
的发射波长比吸收波长要长；
l
‘ 2
>
l
2
>
l
1
；
内转换
S2
能
S1
量
发
吸
射
收
荧
光
S0
l1
l 2 l 2
2020/4/16
振动弛豫
内转换
系间窜越
外转换
l3
T1 T2
发 射 振动弛豫 磷 光
辐射能量传递过程
磷光发射：电子由第一激发三重态的最低振动能级→基态（
能级图l 2 ,l 1)，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(如l
‘ 2
)。
内转换
S2
能
S1
量
发
吸
射
收
荧
光
S0
l1
l 2 l 2
2020/4/16
振动弛豫
内转换
系间窜越
外转换
l3
T1 T2
发 射 振动弛豫 磷 光
c. 镜像规则 通常荧光发射光谱与激发光谱成镜像对称关系。
二、激发光谱与荧光光谱
excitation spectrum and fluorescence spectrum
三、荧光的产生与分子结构关 系 relation between fluorescence
and molecular structure
四、影响荧光强度的因素
factor influenced fluorescence
2020/4/16
2.电子激发态的多重度
电子激发态的多重度：M=2S+1
S为电子自旋量子数的代数和(0或1)；
平行自旋比成对自旋稳定(洪特规则)，三重态能级比相应 单重态能级低；
大多数有机分子的基态处于单重态； S0→T1 禁阻跃迁； 通过其他途径进入 (见能级图)；
内转换
振动弛豫 内转换
S2
系间窜越
S1
能
T1 T2
量
吸 收
发
射
外转换
荧
光
发 射 磷 振动弛豫 光
S0
l3
l20120/4/16
l 2 l 2
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 -12 s。 系间窜越：不同多重态,有重叠的转动能级间的非辐射跃迁。
外转换
T1 T2
磷 光 振动弛豫
l3
二、激发光谱与发射光谱
excitation spectrum and fluore-scence spectrum
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
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 ） 。
移能量的非辐射跃迁；外转换使荧光或磷光减弱或“猝灭”
。
内转换
S2
能
S1
量 吸
收
S0
l21020/4/16
l2
发 射 荧 光
l 2
振动弛豫
内转换
系间窜越
外转换
l3
T1 T2
发 射 振动弛豫 磷 光
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 -9 s 。
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；
2020/4/16
2.荧光发射光谱(或磷光发射光谱)
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)。
2020/4/16
3.激发光谱与发射光谱的关系
a.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。
荧光发射光谱
磷光光谱
荧光激发光谱
200 260 320
380 440 500 560 620
室温下菲的乙醇溶液荧（磷）光光谱
2020/4/16
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(如
改变电子的自旋状态。如S1—T1
内转换
S2
能
S1
量
发
吸
射
收
荧
光
S0
l1
l 2 l 2
2020/4/16
振动弛豫
内转换
系间窜越
外转换
l3
T1 T2
发 射 振动弛豫 磷 光
非辐射能量传递过程
内转换：相同多重度电子能级间的无辐射跃迁过程。
如S2—S1，T2—T1。在10-13～10-11s内完成。 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
第四章 分子发光分析法
molecular luminescence
analysis
第一节 分子荧光与磷光
molecular fluorescence and phosphorescence
一、分子荧光与磷光产生过程
luminescence process of molecular fluorescence phosphorescence
荧光激发光谱
荧光发射光谱
200
2020/4/16
250 300 350 400 450 500 nm
蒽的激发光谱和荧光光谱
2020/4/16
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)和非辐射跃迁等方式失去能量；
传递途径
辐射跃迁
非辐射跃迁
荧光
磷光
系间窜越 内转移 外转移 振动弛豫
激发态→基态：多种途径和方式(见下页能级图)；速度最 快、激发态寿命最短的途径占优势；
2020/4/16
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。
1. 分子能级与跃迁
分子能级比原子能级复杂； 在每个电子能级上，都存在一系列的振动、转动能级； 用S0表示基态；
第一、第二、…电子激发单重态 S1 、S2… 表示； 第一、第二、…电子激发三重态 T1 、 T2 … 表示；
2020/4/16
分子发光包括荧光，磷光，化学发光，生物发光。
室温下，大多数分子处于基态的最低 振动能级，处于基态的分子吸收能量（光能 、化学能、电能或热能）后被激发为激发态 ，激发态不稳定，将很快衰变到基态，若返 回到基态时伴随着光子的辐射，这种现象称 为“发光”。
2020/4/16
一、荧光与磷光的产生过程
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： 10-4～10 s 。 光照停止后，可持续一段时间
内转换
S2
能
S1
量 吸
收
S0
l21020/4/16
发 射 荧 光
l 2 l 2
振动弛豫
内转换
系间窜越
由图可见，发射荧光的能量比分子吸收的能量小，荧光
的发射波长比吸收波长要长；
l
‘ 2
>
l
2
>
l
1
；
内转换
S2
能
S1
量
发
吸
射
收
荧
光
S0
l1
l 2 l 2
2020/4/16
振动弛豫
内转换
系间窜越
外转换
l3
T1 T2
发 射 振动弛豫 磷 光
辐射能量传递过程
磷光发射：电子由第一激发三重态的最低振动能级→基态（
能级图l 2 ,l 1)，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(如l
‘ 2
)。
内转换
S2
能
S1
量
发
吸
射
收
荧
光
S0
l1
l 2 l 2
2020/4/16
振动弛豫
内转换
系间窜越
外转换
l3
T1 T2
发 射 振动弛豫 磷 光
c. 镜像规则 通常荧光发射光谱与激发光谱成镜像对称关系。
二、激发光谱与荧光光谱
excitation spectrum and fluorescence spectrum
三、荧光的产生与分子结构关 系 relation between fluorescence
and molecular structure
四、影响荧光强度的因素
factor influenced fluorescence