关于分子荧光和磷光光谱课件

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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 .

第十一章 分子发光―荧光、 磷光和化学发光光谱法Molecular .

已逐步形成一支在这个研究领域中的工作队伍,研究内
容2已020从/6/15经典的荧光分析方扩展到新近发展起来的新技术。
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§11-1 分子荧光和磷光光谱法
1.产生机理
在一般温度下,大多数分子处在基态的最低振动 能级。处于基态的分子吸收能量(电能、热能、化 学能或光能等到)后天激发为激发态。激发态是很 不稳定的,它得很快地释放出能量又重新跃迁回 基态。若分子返回基态时以发射的电磁辐射(即光) 的形式释放能量,就称为“发光”;如果物质的 分子吸收了光能而被激发,跃迁回基态所发射的 电磁辐射,称为荧光和磷光。现从分子结构理论 来讨论荧光和磷光的产生机理。
进入二十世纪以后,荧光现象被研究得更多了,在理论 或实验技术上都得到极大的发展。特别是随着激光、计 算机和电子学的新成就及技术的引入,大大推动了荧光 分析法在理论上及实验技术的发展,出现了许多新的理 论和新的方法。
在我国,二十世纪五十年代初期仅有极少数的分析工作
者从事荧光分析方面的研究工作。到了 下一张幻灯片
磷光也是某些物质受紫外光照射后产生的光。1944年 Lewis和Kasha提出了磷光与荧光的不同概念,指出磷光 是分子从亚稳的激发三重态跃迁回基态所发射出的光, 它有别于从激发单态跃迁回基态所发射的荧光。磷光分 析法由于其有某些特点,几十年来的理论研究及应用也 不断得到发展。
2020/6/15
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处于分子基态单重态的分子轨道上的电子,激发 时不能直接跃迁至第一激发三重态轨道上(不符 合光谱选择定则),但处于单重激发态的轨道上 的电子,可以通过体系跨越(系间窜跃),转移 到三重态轨道上;在这个过程中,处于激发态的 电子自旋发生变化,这个过程需要时间较长,故 处于三重激发态的寿命为10-4~1s;当其由三重激 发态的最低振动能级跃迁回基态时产生磷光。

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61页PPT


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、知之者不如好之者,好之者不如乐之者。——孔子
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 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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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 。

第十一讲义章分子荧光与分子磷光光谱法

第十一讲义章分子荧光与分子磷光光谱法
电子通常的情况下分子的电子处于最低的能级状态(大多数有机物的分子 的基态是处于单重态的)。用S0表示。若分子受激发,其电子从基态的电子能 级跃迁到较高的电子能级,即激发态,用S1, S2……表示。
(一)荧光和磷光的产生
处于分子基态单重态中的电子对,其自旋方向相反,当分子吸收能量,若 电子在跃迁过程中不发生自旋方向的改变,通常跃迁至第一激发态单重态轨道 上,也可能跃迁至能级更高的单重态上。这种跃迁是符合光谱选律的。
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(二)激发光谱曲线和荧光、磷光光谱曲线 荧光和磷光均为光致发光,因此必须选择合适的激发光波长,可根 据它们的激发光谱曲线来确定。绘制激发光谱曲线时,固定测量波 长为荧光(或磷光)最大发射波长,然后改变激发波长,根据所测 得的荧光(磷光)强度与激发光波长的关系,即可绘制 激发光谱 曲线。
应该指出,激发光谱曲线与其吸收曲线可能相同,但激发光谱 曲线是荧光强度与波长的关系曲线,吸收曲线则是吸光度与波长的 关系曲线,两者在性质上是不同的。当然,在激发光谱曲线的最大 波长处,处于激发态的分子数目是最多的,这可说明所吸收的光能 量也是最多的,自然能产生最强的荧光。
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。辐射跃迁主要涉及到荧光、延迟荧光或磷光的发射; 无辐射跃迁则是指以热的形式辐射其多余的能量,包括振动弛豫 (VR)、内部转移(IR)、系间窜跃(IX)及外部转移(EC) 等,各种跃迁方式发生的可能性及程度,与荧光物质本身的结构 及激发时的物理和化学环境等因素有关。
下面结合荧光和磷光的产生过程,进一步说明各种能量传递 方式在其中所起的作用。
设处于基态单重态中的电子吸收波长为λ1和λ2的辐射光之后, 分别激发至第二单重态S2及第一单重态S1。
4

chapter5分子磷光和荧光

chapter5分子磷光和荧光
有不同衍射图
电子衍射:电子衍射是透射电子显微镜的
一、荧光与磷光的产生过程
luminescence process of molecular fluorescence phosphorescence
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,都存在振动、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;
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); 分子中一对电子为自旋反平行,S=0,M=1,这 种态被称为单重态或单线态,大多数有机分子 的基态处于单重态。 处于S0态的一对电子吸收光子受激后,产生了在 两平个行轨自道旋中比自成旋 方 向 平 行 的 电 子 , 这 时 S=1 , M对=自3,旋这稳种定状(态洪称为三重态或三线态。 特规则),三重 态能级比相应
11. 顺磁共振波谱分析法 在外磁场的作用下,电子的自旋磁矩
与磁场相互作用而裂分为磁量子数不同的 磁能级,吸收微波辐射后产生能级跃迁, 1根2. 据旋吸光收法光谱可进行结构分析。
溶液的旋光性与分子的非对称结构有 密切关系,可利用旋光法研究某些天然产 物及配合物的立体化学问题,旋光计测定 1糖3. 的衍含射量法。 X射线衍射:研究晶体结构,不同晶体具
二、激发光谱与荧光光谱
excitation spectrum and fluore-scence 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

分子荧光和磷光光谱PPT课件

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吡啶硫胺荧浓度
-
4422
荧光分析法的应用
(1)无机化合物的分析
与有机试剂配合物后测量;可测量约60多种元素。
铍、铝、硼、镓、硒、镁、稀土常采用荧光分析法;
氟、硫、铁、银、钴、镍采用荧光熄灭法测定;
铜、铍、铁、钴、锇及过氧化氢采用催化荧光法测定;
铬、铌、铀、碲采用低温荧光法测定;
铈、铕、锑、钒、铀采用固体荧光法测定
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
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。
-
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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;
入射光
荧光
-
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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,
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、
紫、紫罗兰色、灰、褐、玫瑰红、深红-等。
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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。
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 。

分子磷光和荧光优质资料课件

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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

S1→
S0跃迁),发射波长为
λ
’ 的荧光;而且不论电子开始
2
被激发至什么高能级,最终将只发射出波长为λ ‘2的荧光。时间
10-7~10 -9 s 。
由图可见,发射荧光的能量比分子吸收的能量小,波长长;
λ
‘ 2
>
λ
2
>
λ
1
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
激发光的光源用单色器分光,测定不同波长激发光照射下 荧光强度的变化。以激发波长(λ)为横坐标,荧光强度(IF) 为纵坐标作图,便可得到荧光物质的激发光谱 (图中曲线I ) 。
2 .化合物的结构与荧光
(1)跃迁类型
对于大多数荧光物质,首先经历π→π∗或n(非键电子轨道)→π∗ 激发,然后经过振动弛豫或其它无辐射跃迁,再发生π∗→π或 π∗→n跃迁而得到荧光。
二、激发光谱与荧光光谱
excitation spectrum and fluore-scence 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
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(2)分子光谱 基于分子中电子能级、振-转能级跃迁 紫外光谱法(UV) 红外光谱法(IR) 分子荧光光谱法(MFS) 分子磷光光谱法(MPS)

3版仪器分析第2节 分子荧光和磷光分析法 课件

3版仪器分析第2节 分子荧光和磷光分析法 课件
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2.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-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
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同步扫描技术
根据激发和发射单色器在扫描过程中彼此间所保持的 关系,同步扫描可分为固定波长差()和固定能量差及可 变波长三种;
同步扫描技术可简化光谱,谱 带变窄,减少光谱重叠,提高分辨 率; 如图。
合适的可减少光谱重叠; 酪氨酸和色氨酸的荧光激发光谱相 似,发射光谱严重重叠,但 <15nm的同步光谱只显示酪氨酸 特征光谱; >60nm时,只显示色 氨酸的特征光谱,实现分别测定。
3.药物分析和临床分析
见表
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内容选择
第一节 分子荧光和磷光
molecular fluorescence and phosphoremolecular fluorescence and phosphorescence analysis
谦受益,满招损。
骄傲自满是我们的一座可怕的陷阱;而且,这个陷 阱是我们自己亲手挖掘的。 —— 老舍
尺有所短;寸有所长。物有所不足;智有所不 明。 —— 屈原
• 1、正视自己的长处,扬长避短, • 2、正视自己的缺点,知错能改, • 3谦虚使人进步, • 4、人应有一技之长, • 5、自信是走向成功的第一步, • 6强中更有强中手,一山还比一山高, • 7艺无止境 • 8、宝剑锋从磨砺出,梅花香自苦寒来,刻苦
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影响荧光的外部效应
1.溶剂的影响
除一般溶剂效应外,溶剂的极性、氢键、配位键的形成都 将使化合物的荧光发生变化;
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
S0→T1 禁阻跃迁; 通过其他途径进入 (见能级图);进入的 几率小;
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;
入射光
荧光
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, 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、 紫、紫罗兰色、灰、褐、玫瑰红、深红等。
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。
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。
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 -
9s。
由图可见,发射荧光的能量比分子吸收的能量小,波长长;
绿色荧光蛋白
GFP 绿色荧光蛋白
GFP
Generation of Molecular Fluorescence and Phosphorescence
原理
荧光和磷光的产生过程
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;
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;
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)。
镜像规则
荧光激发光谱
荧光发射光谱
ห้องสมุดไป่ตู้
200
250
300
350 400
450
500
nm
蒽的激发光谱和荧光光谱
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()
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
化合物的结构和荧光
(1)跃迁类型:* → 的荧光效率高,系间跨越过程的速率 常数小,有利于荧光的产生; (2)共轭效应:提高共轭度有利于增加荧光效率并产生红移 (3)刚性平面结构:可降低分子振动,减少与溶剂的相互作 用,故具有很强的荧光。如荧光素和酚酞有相似结构,荧光 素有很强的荧光,酚酞却没有。
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
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;
能级图
内转换
振动弛豫
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 室温下菲的乙醇溶液荧(磷)光光谱
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
内转换
S2
系间跨越
S1
能 量
吸 收


外转换


T1 T2


磷 光
振动弛豫
S0
l3
l1
l2
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10-12s。 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;
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 。
光照停止后,可持续一段时间。
(4)取代基效应:芳环 上有供电基,使荧光增 强。
荧光和取代基
长共轭结构
✓共轭系统↑→ f ↑→lex、 lem↑
取代基
▪供电子基: –NH2、-OH、-NHR、-NR2、-CN
→f ↑,F↑
▪吸电子基: -NO2、-COOH、-NHCOCH3、 -C=O、-NO、-SH、-X
→ f ↓,F↓,甚至荧光熄灭 ▪-R、-SO3H、-NH3+→对f 无影响
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
)。
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。
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 最大,相反跃 迁也然。
关于分子荧光和磷光光谱
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
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.
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