仪器分析第9讲_分子发光-荧光(第12章 )
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分子发光分析法_
液池 检测器
ex
第二单色器
与分光光度计有两点不同
①两个单色器
检测器
em
放大器及记录器
②检测器与激发光互成直角
1、光源
激发光源一般要求比吸收测量中的光源有更大的 发射强度；适用波长范围宽 荧光光度计中常用高压汞灯和氙弧灯
利用汞蒸气放电发光的 光源；常用其发射365 nm、 405 nm、 436 nm 三条谱线 以365 nm 的谱线最强
二、分子荧光分析法的特点 1. 灵敏度高 荧光强度随激发光强度增强而增强 灵敏度荧光分析法比分光光度法高2~3个数 量级 2. 选择性好 选择不同的激发光波长 选择不同的检测荧光波长 3. 实验方法简单 4. 待测样品用量少；仪器价格适中；测定范 围较广
§ 7- 2
荧光和磷光光谱法
应用最广泛的一种光 源，可发射250~800nm 很强的连续光源
2、单色器
第一单色器作用：分离出所需要的激发光， 选择最佳激发波长 ex ，用此激发光激发液 池内的荧光物质 ex 第二单色器作用：滤掉一些杂散光和杂质 所发射的干扰光，用来选择测定用的荧光 波长 em。 在选定的 em 下测定荧光强度， 定量分析
1 荧光Fluorescence 2磷光Phosphorescence 3 化学发光Chemiluminescence 关键词：激发光谱，荧光光谱，量子产率；
荧光光谱的产生、主要影响因素、荧光强度与被 测物质浓度的关系；荧光分析仪器；定量分析
方法
§ 7- 1
概述
一、分子发光分析法及其分类 某些物质的分子吸收一定能量后，电子从基态跃 迁到激发态，以光辐射的形式从激发态回到基态， 这种现象称为分子发光，在此基础上建立起来的 分析方法为分子发光分析法
ex
第二单色器
与分光光度计有两点不同
①两个单色器
检测器
em
放大器及记录器
②检测器与激发光互成直角
1、光源
激发光源一般要求比吸收测量中的光源有更大的 发射强度；适用波长范围宽 荧光光度计中常用高压汞灯和氙弧灯
利用汞蒸气放电发光的 光源；常用其发射365 nm、 405 nm、 436 nm 三条谱线 以365 nm 的谱线最强
二、分子荧光分析法的特点 1. 灵敏度高 荧光强度随激发光强度增强而增强 灵敏度荧光分析法比分光光度法高2~3个数 量级 2. 选择性好 选择不同的激发光波长 选择不同的检测荧光波长 3. 实验方法简单 4. 待测样品用量少；仪器价格适中；测定范 围较广
§ 7- 2
荧光和磷光光谱法
应用最广泛的一种光 源，可发射250~800nm 很强的连续光源
2、单色器
第一单色器作用：分离出所需要的激发光， 选择最佳激发波长 ex ，用此激发光激发液 池内的荧光物质 ex 第二单色器作用：滤掉一些杂散光和杂质 所发射的干扰光，用来选择测定用的荧光 波长 em。 在选定的 em 下测定荧光强度， 定量分析
1 荧光Fluorescence 2磷光Phosphorescence 3 化学发光Chemiluminescence 关键词：激发光谱，荧光光谱，量子产率；
荧光光谱的产生、主要影响因素、荧光强度与被 测物质浓度的关系；荧光分析仪器；定量分析
方法
§ 7- 1
概述
一、分子发光分析法及其分类 某些物质的分子吸收一定能量后，电子从基态跃 迁到激发态，以光辐射的形式从激发态回到基态， 这种现象称为分子发光，在此基础上建立起来的 分析方法为分子发光分析法
分子发光分析..
第12章 分子发光分析 12.1 概述
分子发光分析法：基于被测物质的基态分子吸收能量
激发到较高能态后，返回基态时，以发射辐射的方式释放
能量，通过测量辐射光强度对被测物质进行定量测定的分
析方法。 当分子吸收光能被激发到较高能态，返回基态时发射出
与激发光波长相同或不同辐射的现象称为光致发光。
最常见的两种光致发光现象是荧光和磷光。由此建立的 分析. 镜像规则 通常荧光发射光谱与其吸收光谱 ( 基态 → 第一态 ) 成镜像
对称关系。
2018/9/25
镜像规则
2018/9/25
3. 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 具有一定结构，多为含芳香环、杂环的化合物或具有刚性
平面的分子
具有一定的荧光效率
荧光效率 代表物质发射荧光的能力，通常小于1。
2018/9/25
(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(等于0或1) 大多数有机分子的基态处于单重态 (Pauli 不相容原理 ， s =±½, S = 0, M = 1)； 激发时电子自旋方向不变，分子处于激发单重态S1, S2…；
激发时电子自旋方向改 变，S = 1, M = 3，分子处 于激发三重态T1, T2…； 三重态能级比相应单重 态能级低(洪特规则)。 S0→T1 禁阻跃迁。
发射的光量子数 吸收的光量子数
荧光效率与激发态分子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。
2018/9/25
(2) 化合物结构与荧光
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； 共轭效应：提高共轭度有利于增加荧光效率并产生红移; 刚性平面结构：可降低分子振动，减少与溶剂的相互作 用，故荧光量子产率高。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; 取代基效应：芳环上有 供电基，使荧光增强；相 反，芳环上有吸电子基团 ，荧光减弱或无荧光。
分子发光分析法：基于被测物质的基态分子吸收能量
激发到较高能态后，返回基态时，以发射辐射的方式释放
能量，通过测量辐射光强度对被测物质进行定量测定的分
析方法。 当分子吸收光能被激发到较高能态，返回基态时发射出
与激发光波长相同或不同辐射的现象称为光致发光。
最常见的两种光致发光现象是荧光和磷光。由此建立的 分析. 镜像规则 通常荧光发射光谱与其吸收光谱 ( 基态 → 第一态 ) 成镜像
对称关系。
2018/9/25
镜像规则
2018/9/25
3. 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 具有一定结构，多为含芳香环、杂环的化合物或具有刚性
平面的分子
具有一定的荧光效率
荧光效率 代表物质发射荧光的能力，通常小于1。
2018/9/25
(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(等于0或1) 大多数有机分子的基态处于单重态 (Pauli 不相容原理 ， s =±½, S = 0, M = 1)； 激发时电子自旋方向不变，分子处于激发单重态S1, S2…；
激发时电子自旋方向改 变，S = 1, M = 3，分子处 于激发三重态T1, T2…； 三重态能级比相应单重 态能级低(洪特规则)。 S0→T1 禁阻跃迁。
发射的光量子数 吸收的光量子数
荧光效率与激发态分子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。
2018/9/25
(2) 化合物结构与荧光
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； 共轭效应：提高共轭度有利于增加荧光效率并产生红移; 刚性平面结构：可降低分子振动，减少与溶剂的相互作 用，故荧光量子产率高。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; 取代基效应：芳环上有 供电基，使荧光增强；相 反，芳环上有吸电子基团 ，荧光减弱或无荧光。
第12章 分子发光分析
配合物（荧光） 配合物（荧光）
28
(4)取代基： (4)取代基： 取代基 OH、 NHR、 a 给电子基团 如-NH2、-OH、-OCH3、-NHR、 CN、 产生的p 共轭作用增加了的 -CN、-NR2等，产生的p-π共轭作用增加了的 电子共扼程度，使荧光效率提高， π电子共扼程度，使荧光效率提高，荧光波 长长移。 长长移。 COOH、 C=O、 b 吸收电子基团如 -COOH、 -NO2 、-C=O、 NO、 SH、 减弱分子的π -NO、-SH、-NHCOCH3、-X等；减弱分子的π 电子共轭程度，使荧光减弱甚至熄灭， 电子共轭程度，使荧光减弱甚至熄灭， 电子共轭体系作用较小， c 对π电子共轭体系作用较小，如：-R、对荧光的影响也不明显。 SO3H、-NH3+等，对荧光的影响也不明显。
5
• 电子能级的多重性可用M＝2S+1表示，S为 电子能级的多重性可用M 2S+1表示， 表示 电子自旋量子数的代数和，其数值为0 电子自旋量子数的代数和，其数值为0或1。 • 当S＝0时，分子的多重性M＝1，此时分子 分子的多重性M 所处的电子能态称为单重态，用符号S 所处的电子能态称为单重态，用符号Si表 示。 • 当S＝1时，分子的多重性M＝3，此时分子 分子的多重性M 所处的电子能态称为三重态。用符号T 所处的电子能态称为三重态。用符号Ti表 示。
6
7
激发单重态与激发三重态的区别： 激发单重态与激发三重态的区别： 激发单重态分子是抗磁性分子，激发三重 激发单重态分子是抗磁性分子， 态分子是顺磁性分子； 态分子是顺磁性分子； 激发单重态的平均寿命大约10 激发单重态的平均寿命大约10-8s，激发三 重态的平均寿命大约10 1s； 重态的平均寿命大约10-4~1s； 电子由S 电子由S0→S1，S2等的跃迁较容易，属于允 等的跃迁较容易， 许跃迁。电子由S 许跃迁。电子由S0→T1，T2等的跃迁较难发 属于禁阻跃迁。 生，属于禁阻跃迁。 激发三重态比激发单重态能级稍低一些。 激发三重态比激发单重态能级稍低一些。
仪器分析分子发光分析法讲课文档
• 自熄灭——荧光物质发射的荧光被荧光物 质的基态分子所吸收，即自吸收现象
第三十五页，共57页。
五、荧光和磷光分析仪器
（一）荧光分析仪器
——主要由光源、单色器、样品池、 检测器和显示器组成。
第三十六页，共57页。
I0
I
光源
第一单色器
液池
检测器
ex
第二单色器
与分光光度计有两点不同
em
①两个单色器
团 • 由于基团的 n 电子（孤对电子）的电子云与
苯环上的 轨道平行，共享了共轭 电子， 扩大了共轭体系，使荧光波长长移，荧光强 度增强
第二十五页，共57页。
（2）减弱荧光的取代基
-COOH 、 -NO2 、-COOR 、-NO、-SH 吸电子基 团, 使荧光波长短移，荧光强度减弱 • 芳环上被F、Cl、Br、I 取代后，使系间窜跃加强， 磷光增强，荧光减弱。磷光相应增强，这种效应为 重原子效应。
2. 无辐射去激
外部转移—激发态分子与溶剂分子或溶质分子的 相互作用产生能量转移，荧光或磷光减弱或消失 • 振动驰豫(VR)—同一电子能级中，从较高振动能 级到较低振动能级的过程 • 内部转换(IC)—相同的多重态之间的转换 S-S • 系间窜跃(ISC)—不同的多重态之间的转换S-T 发生系间窜跃电子需转向，S1—T1间进行，比内 部转换困难
第八页，共57页。
VR S2
IC
VR
S1
VR：振动驰豫 IC：内部转换 ISC：系间窜跃
ISC T1
S0
S0
吸光 吸光
第九页，共57页。
3.辐射去激—荧光和磷光产生
• S1或T1 发光 S0 这种过程叫辐射去激
(1) 荧光：
第三十五页，共57页。
五、荧光和磷光分析仪器
（一）荧光分析仪器
——主要由光源、单色器、样品池、 检测器和显示器组成。
第三十六页，共57页。
I0
I
光源
第一单色器
液池
检测器
ex
第二单色器
与分光光度计有两点不同
em
①两个单色器
团 • 由于基团的 n 电子（孤对电子）的电子云与
苯环上的 轨道平行，共享了共轭 电子， 扩大了共轭体系，使荧光波长长移，荧光强 度增强
第二十五页，共57页。
（2）减弱荧光的取代基
-COOH 、 -NO2 、-COOR 、-NO、-SH 吸电子基 团, 使荧光波长短移，荧光强度减弱 • 芳环上被F、Cl、Br、I 取代后，使系间窜跃加强， 磷光增强，荧光减弱。磷光相应增强，这种效应为 重原子效应。
2. 无辐射去激
外部转移—激发态分子与溶剂分子或溶质分子的 相互作用产生能量转移，荧光或磷光减弱或消失 • 振动驰豫(VR)—同一电子能级中，从较高振动能 级到较低振动能级的过程 • 内部转换(IC)—相同的多重态之间的转换 S-S • 系间窜跃(ISC)—不同的多重态之间的转换S-T 发生系间窜跃电子需转向，S1—T1间进行，比内 部转换困难
第八页，共57页。
VR S2
IC
VR
S1
VR：振动驰豫 IC：内部转换 ISC：系间窜跃
ISC T1
S0
S0
吸光 吸光
第九页，共57页。
3.辐射去激—荧光和磷光产生
• S1或T1 发光 S0 这种过程叫辐射去激
(1) 荧光：
仪器分析课件12荧光分析法
f = 0.29
ex = 356nm em = 404nm
f = 0.36
16
2. 分子的刚性
• 同样具有*跃迁的长共轭分子中，刚性分子 增加了共平面性， 越大， 长移。
f = 0.2
-O
O
COO-
C H2
f = 1.0
-O
O
O
COO- 荧光素钠
17
原来不发生荧光的，如：8-羟基喹啉
消除干扰，提高选择性、灵敏度
脉冲激光
样品
干扰 组分
44
3. 同步荧光分析
固定，同时扫描激光光谱和发射光谱 若： = em - ex
Fsp = KcFem Fex 提高灵敏度和选择性
混合物的同步荧光光谱（ =3nm）
45
4. 胶束增敏荧光
CH3(CH2)11OSO3-Na+ 非极性疏水基团 极性亲水基团 增加溶解度 增加荧光效率 增加荧光的稳定性
• 荧光分析法的灵敏度高于紫外-可见分光光度法
荧光法
F=Kc
紫外法 A lg T lg I
I0
36
二、定量分析方法
1. 工作曲线法
用空白溶液调零 用标准溶液调满刻度
F cx
c1
c2 c3 c4 c5
20 40 60 80 100%
16 32 48 64 80%
37
2. 比例法（对比法）
光
强
荧光光谱 横坐标em， 度
纵坐标 发射光强度
400
500
(nm)
8
溶液荧光光谱通常具有如下特征
斯托克斯位移 荧光光谱的形状与激发波长无关 荧光光谱与激发光谱的镜像关系
ex = 356nm em = 404nm
f = 0.36
16
2. 分子的刚性
• 同样具有*跃迁的长共轭分子中，刚性分子 增加了共平面性， 越大， 长移。
f = 0.2
-O
O
COO-
C H2
f = 1.0
-O
O
O
COO- 荧光素钠
17
原来不发生荧光的，如：8-羟基喹啉
消除干扰，提高选择性、灵敏度
脉冲激光
样品
干扰 组分
44
3. 同步荧光分析
固定，同时扫描激光光谱和发射光谱 若： = em - ex
Fsp = KcFem Fex 提高灵敏度和选择性
混合物的同步荧光光谱（ =3nm）
45
4. 胶束增敏荧光
CH3(CH2)11OSO3-Na+ 非极性疏水基团 极性亲水基团 增加溶解度 增加荧光效率 增加荧光的稳定性
• 荧光分析法的灵敏度高于紫外-可见分光光度法
荧光法
F=Kc
紫外法 A lg T lg I
I0
36
二、定量分析方法
1. 工作曲线法
用空白溶液调零 用标准溶液调满刻度
F cx
c1
c2 c3 c4 c5
20 40 60 80 100%
16 32 48 64 80%
37
2. 比例法（对比法）
光
强
荧光光谱 横坐标em， 度
纵坐标 发射光强度
400
500
(nm)
8
溶液荧光光谱通常具有如下特征
斯托克斯位移 荧光光谱的形状与激发波长无关 荧光光谱与激发光谱的镜像关系
《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
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。
仪器分析课件-第9章-紫外分析
仪器分析
第9章 P270
紫外吸收光谱分析
使用教材：朱明华编
13:13:52
第一节 分子光吸收谱 P270
一、光谱产生的原理
分子平动—整个分子的平动，不产生光谱； 电子能级—分子中成键电子跃迁 分子振动—整个分子内原子平衡位置运动 分子转动—分子围绕质量中心的转动
每一种运动形式都有一定的能量，用E电、E振、 E转表示 每一种能量都是量子化的，是不连续的
化合物 H2O
CH3OH CH3CL
CH3I CH3NH2
max（nm） 167 184 173 258 215
emax 1480 150 200 365 600
13:13:53
4 π→π＊跃迁 P275
所需能量较小，吸收波长处于远紫外区的近紫外端或近
紫外区，εmax一般在104L·mol－1·cm－1以上，属于强吸收。 （1） 不饱和烃π→π*跃迁 乙烯π→π*跃迁的λmax为162nm，εmax为: 1×104
B带230-270 nm e=200 苯
max（nm） 254
e max 200
p → p*与苯环振动引起； 甲苯
261
300
间二甲苯
含取代基时， B带简化， 红移。
1，3，5-三甲苯
263 266
300 305
六甲苯
272
300
13:13:53
乙酰苯紫外光谱图
羰基双键与苯环共扼： K带强；苯的E2带与K带合 并，红移； 取代基使B带简化； 氧上的孤对电子： R带，跃迁禁阻，弱；
在配体的作用下过渡金属离子的d轨道和镧系、锕系的f轨
道裂分，吸收辐射后，产生d一d、 f 一f 跃迁；
必须在配体的配位场作用下才可能产生也称配位场跃迁；
第9章 P270
紫外吸收光谱分析
使用教材：朱明华编
13:13:52
第一节 分子光吸收谱 P270
一、光谱产生的原理
分子平动—整个分子的平动，不产生光谱； 电子能级—分子中成键电子跃迁 分子振动—整个分子内原子平衡位置运动 分子转动—分子围绕质量中心的转动
每一种运动形式都有一定的能量，用E电、E振、 E转表示 每一种能量都是量子化的，是不连续的
化合物 H2O
CH3OH CH3CL
CH3I CH3NH2
max（nm） 167 184 173 258 215
emax 1480 150 200 365 600
13:13:53
4 π→π＊跃迁 P275
所需能量较小，吸收波长处于远紫外区的近紫外端或近
紫外区，εmax一般在104L·mol－1·cm－1以上，属于强吸收。 （1） 不饱和烃π→π*跃迁 乙烯π→π*跃迁的λmax为162nm，εmax为: 1×104
B带230-270 nm e=200 苯
max（nm） 254
e max 200
p → p*与苯环振动引起； 甲苯
261
300
间二甲苯
含取代基时， B带简化， 红移。
1，3，5-三甲苯
263 266
300 305
六甲苯
272
300
13:13:53
乙酰苯紫外光谱图
羰基双键与苯环共扼： K带强；苯的E2带与K带合 并，红移； 取代基使B带简化； 氧上的孤对电子： R带，跃迁禁阻，弱；
在配体的作用下过渡金属离子的d轨道和镧系、锕系的f轨
道裂分，吸收辐射后，产生d一d、 f 一f 跃迁；
必须在配体的配位场作用下才可能产生也称配位场跃迁；
《仪器分析实验》分子荧光分析法
标示量 的百分数
西北大学基础化学实验
jkzq!0&G%A7MhAj3XCnPBAigZ1iUUR7CjPlKDa+ kbJ9fv3(tCBZ% hT mEM k3b!L)YX9hQ*izToSTQ!Wo*alD75dez+Bdml xHtp7*rJEciGl01S%j0dXj xs6WxxD0C W wW%cO)H C5q%FZG2q-YcX)4afp2%(R dD$)YA%lA1#Mfvdn( 13JQqKdRIV8io3#VpNVNr w5QD v0J7ir3N d$oj vjr 1x&UKa))-uQUN7I#LsTgij WIo9wyYQpJSVECg4bTN4+ b3 v36GYph9+ ef9OBPTGSG7JOUU F kbYPHh2XgI*OC64%)rQQuOIlqpf$6Etc x5wMAx-DQ6&b+6TACIMBfKNY7i %bm8) xjfyDObYnQ)Z aPffM HEKvkqSUsH hEqPOvYJLw5*Loc4T Ih1x7eiaApMW5%9%fqKuDoL&)(LgWObFPVQ8HT GGN w&3F Wd*a9R2$KEi*euIQ*Z+z hf#43jnPxyRR rAUI$30wA&SfLdFLbQ-UK8$9g$NLe-BGH58bXo1yXOk-ek)BU A*9pN uTNRH tFoV0qKlM!lkrfgh+dQaFtSU 3&r* m-7fv!GKoU9Ls E53b6Q* xW*q-2gxdD vLtqqWPF+r SIT$%T f1zGla63m-2o5MB$xAOpdWrZ!59Z8GDz zZhAlFq+h&ILCMu2zXYPmf!8+IYXVaTbrI9TE
西北大学基础化学实验
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2019精选医学仪器分析十二章分子发光.ppt
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 。
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
光(如l’2 )。
c. 镜像规则 通常荧光发射光谱与它的吸收光谱成镜像对称关系。
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
4.荧光效率
分子产生荧光必须具备的条件： （1）具有合适的结构； （2）具有一定的荧光效率（荧光量子产率）。
Hale Waihona Puke 荧光效率（）：12.1 分子发光分析概述
物质分子吸收能量跃迁到电子激发态后，在返 回基态的过程中伴随有光辐射，这种现象称为分子 发光，以此建立起来的分析方法称为分子发光分析 法。
• 光致发光分析（ＰＬ）
分子发 • 电致发光分析（ＥＬ） 光分析 • 化学发光分析（ＣＬ）
法 • 生物发光分析（ＢＬ）
12.2 荧光和磷光分析基本原理
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。 外转移：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；
外转移使荧光或磷光减弱或“猝灭”。 系间窜跃：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
荧光定量关系式
（2）定量方法
•标准曲线法： 配制一系列标准浓度试样测定荧光强度，绘制标准曲线 ，再在相同条件下测量未知试样的荧光强度，在标准曲 线上求出浓度。 •比较法： 在线性范围内，测定标样和试样的荧光强度，比较。
为 S1→ S0跃迁），发射波长为 l’2的荧光； 10-7～10 -9 s 。
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
光(如l’2 )。
c. 镜像规则 通常荧光发射光谱与它的吸收光谱成镜像对称关系。
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
4.荧光效率
分子产生荧光必须具备的条件： （1）具有合适的结构； （2）具有一定的荧光效率（荧光量子产率）。
Hale Waihona Puke 荧光效率（）：12.1 分子发光分析概述
物质分子吸收能量跃迁到电子激发态后，在返 回基态的过程中伴随有光辐射，这种现象称为分子 发光，以此建立起来的分析方法称为分子发光分析 法。
• 光致发光分析（ＰＬ）
分子发 • 电致发光分析（ＥＬ） 光分析 • 化学发光分析（ＣＬ）
法 • 生物发光分析（ＢＬ）
12.2 荧光和磷光分析基本原理
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。 外转移：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；
外转移使荧光或磷光减弱或“猝灭”。 系间窜跃：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
荧光定量关系式
（2）定量方法
•标准曲线法： 配制一系列标准浓度试样测定荧光强度，绘制标准曲线 ，再在相同条件下测量未知试样的荧光强度，在标准曲 线上求出浓度。 •比较法： 在线性范围内，测定标样和试样的荧光强度，比较。
分子发光分析jPPT课件
第一节
三、荧光的产生与分子结构的 关系
分子荧光与磷光
relation between fluorescence
and molecular structure
molecular fluorescence 四、影响荧光强度的因素
and phosphorescence
influenced factor of fluorescence
过辐射跃迁（发光）和无辐射跃迁等方式失去能
量。
传递途径
辐射跃迁
无辐射跃迁
荧光
磷光
系间窜跃 内转移 外转移 振动弛豫
2020/12/29
内转换
振动弛豫 内转换
S2
系间跨越
S1
能
T1 T2
量
吸 收
发
射
外转换
荧
光
发
射
磷 振动弛豫 光
S0
λ3
λ1
λ2
λ 2
2020/12/29
无辐射跃迁
☆振动弛豫：激发态分子由同一电子能级中的较高振动能级 转至较低振动能级的过程，其速率极快，约10-14-10-12s。 ☆内转换：相同多重态的两个电子能级间，由高能级回到低 能级的分子内过程，取决于两能级的能量差，约10-13-10-11s。 ☆外转换：激发态分子与溶剂与其他溶质相互作用、能量转 换而使荧光 （或磷光）减弱甚至消失的过程。 ☆系间窜跃： 激发态分子的电子自旋发生倒转而使分子的多 重态发生变化的过程，其速率极慢，约10-6-10-2s。
1. 激发光谱曲线
如果将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，以激发波长为横坐标，荧光强度为纵 坐标作图，便可得到荧光物质的激发光谱。（图中红线）。
第12章 荧光分析法
荧光猝灭剂：引起荧光熄灭的物质。 荧光猝灭剂：引起荧光熄灭的物质。
例：卤素离子、重金属离子、氧分子、硝基化合物、羰基等 卤素离子、重金属离子、氧分子、硝基化合物、
自吸收现象： 自吸收现象：荧光物质发出的荧光被荧光物质的 基态吸收or激发态分子之间的碰撞 激发态分子之间的碰撞， 基态吸收or激发态分子之间的碰撞， 导致非辐射跃迁概率增大， 导致非辐射跃迁概率增大，荧光效率 降低。 降低。 增大荧光物质的浓度， 增大荧光物质的浓度，会产生荧光自熄灭现 浓度越大，此现象越严重。 象，浓度越大，此现象越严重。
化学发光：由化学反应提供激发能， 化学发光：由化学反应提供激发能，激发 产物分子或其他共存分子产生的光辐射。 产物分子或其他共存分子产生的光辐射。 化学发光与荧光、 化学发光与荧光、磷光的区别是激发能不 而它们的光谱十分相似。 同，而它们的光谱十分相似。 化学发光特点：灵敏度高， 化学发光特点：灵敏度高，对气体和痕量 金属离子的检出限可达ng/ml 金属离子的检出限可达
磷光发射： 磷光发射：分子由三线态返回到基态的各个振动能 级而发出光辐射。 级而发出光辐射。 激发三线态的最低振动能级比激发单线态的 最低振动能级能量低， 最低振动能级能量低，磷光辐射的能量比荧光更 磷光的波长长于荧光。 小，磷光的波长长于荧光。 激发三重态的平均寿命为10 s，因此， 激发三重态的平均寿命为10-4～10 s，因此，磷光 在光照停止后仍可维持一段时间。 在光照停止后仍可维持一段时间。
荧光与分子结构的关系
-O O C COOO
（1）
荧光黄
苯并芘
共轭双键体系越大, 共轭双键体系越大,越易产生荧光
刚性平面结构有利于荧光的产生； *刚性平面结构有利于荧光的产生； *有机配位剂与金属离子形成合物后荧光 强度大大增强。 强度大大增强。 *给电子取代基（如－OH、－ 2、－ 、 、－NH 、－OR、 给电子取代基（ 、－ 使共轭体系增大，荧光增强； －NR2等 ）使共轭体系增大，荧光增强； （－NO 、－COOH、C＝O、 吸电子取代基（－ 2、－ 、 ＝ 、 卤素离子等），荧光减弱。 ），荧光减弱 卤素离子等），荧光减弱。
分子发光分析法
H3C SO3N CH3
H C H C
C H C H
φF=0.75
φF=0.03
反式二苯乙烯 强荧光物质
平面构型
顺式二苯乙烯 非荧光物质
非平面构型
空间位阻对荧光发射的影响
立体异构体对荧光发射的影响
小结
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； • ④取代基团为给电子取代基。
④火焰化学发光 a．一Βιβλιοθήκη 化氮在富氢火焰上燃烧时产生强的火焰化
学发光；二氧化氮事先还原为一氧化氮。
H＋NO→HNO＊ HNO＊→HNO＋hν（660~770nm） b．挥发性硫化物（SO2、H2S、CH3SH、 CH3SCH3等）在富氢火焰上产生蓝色发光。 SO2＋H2→S＋H2O S＋S→S2＊ S2＊→S2＋hν（350~460nm）
光学分析法
光谱法 原子光谱法 原 子 吸 收 光 谱 法 原 子 发 射 光 谱 法 分子光谱法 紫 外 可 见 分 光 光 度 法
非 光 谱 法
红 外 光 谱 法
分 子 发 光 分 析
分子发光分析法
物质的分子吸收一定的能量后，其电子 从基态跃迁到激发态，如果在返回基态 的过程中伴随有光辐射，这种现象称为 分子发光 (molecular luminescence)，以 此建立起来的分析方法,即利用物质分 子被激发后具有激发发光特性建立的分 析技术，称为分子发光分析法 分子发光分析法。 分子发光分析法
式中：F：荧光强度 K：仪器常数 Φ：样品的荧光效率 I0：激发光强度 ε：是物质的摩尔吸光系数 C：物质浓度 L：样品池的光径
荧光与化学结构的关系
H C H C
C H C H
φF=0.75
φF=0.03
反式二苯乙烯 强荧光物质
平面构型
顺式二苯乙烯 非荧光物质
非平面构型
空间位阻对荧光发射的影响
立体异构体对荧光发射的影响
小结
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； • ④取代基团为给电子取代基。
④火焰化学发光 a．一Βιβλιοθήκη 化氮在富氢火焰上燃烧时产生强的火焰化
学发光；二氧化氮事先还原为一氧化氮。
H＋NO→HNO＊ HNO＊→HNO＋hν（660~770nm） b．挥发性硫化物（SO2、H2S、CH3SH、 CH3SCH3等）在富氢火焰上产生蓝色发光。 SO2＋H2→S＋H2O S＋S→S2＊ S2＊→S2＋hν（350~460nm）
光学分析法
光谱法 原子光谱法 原 子 吸 收 光 谱 法 原 子 发 射 光 谱 法 分子光谱法 紫 外 可 见 分 光 光 度 法
非 光 谱 法
红 外 光 谱 法
分 子 发 光 分 析
分子发光分析法
物质的分子吸收一定的能量后，其电子 从基态跃迁到激发态，如果在返回基态 的过程中伴随有光辐射，这种现象称为 分子发光 (molecular luminescence)，以 此建立起来的分析方法,即利用物质分 子被激发后具有激发发光特性建立的分 析技术，称为分子发光分析法 分子发光分析法。 分子发光分析法
式中：F：荧光强度 K：仪器常数 Φ：样品的荧光效率 I0：激发光强度 ε：是物质的摩尔吸光系数 C：物质浓度 L：样品池的光径
荧光与化学结构的关系
仪器分析分子发光分析法课件
第七章 分子发光分析法
分子发光：
M + 能量
光致发光：
M + hv
M*
M + hv
M*
M + hv'
第七章 分子发光分析法
第一节 分子荧光、磷光产生基本原理 第二节 荧光光谱与基本特征 第三节 荧光产率与分子结构的关系 第四节 影响荧光强度的环境因素 第五节 分子发光光谱仪结构流程 第六节 定量分析方法
共轭体系越大，荧光量子产率越高，向长波方向 移动。
化合物
苯 萘 蒽 丁省
量子产率φF 0.11 0.29 0.46 0.60
λex（nm） 205 286 365 390
λem（nm） 278 321 400 480
第三节 荧光产率与分子结构的关系
（三）、 刚性平面结构 1. 减少分子振动，减小外转换。 2. 增大分子吸光截面，增大摩尔吸光系数。
第一节 分子荧光磷光产生基本原理
(一)、非辐射跃迁
1. 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。
S2
hv
S0
e
第一节 分子荧光磷光产生基本原理 2. 内转换：相同多重度的电子能级中, 相等能级间的 非辐射能级交换。发生内转换的时间10-12 s。
外转换使荧光或磷光减弱或“猝灭”。
第一节 分子荧光磷光产生基本原理
(二)、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，发射时间约为10-7～10-9 s 。
发射荧光的能量比分子吸收的能量小，波长长。
S2
S1
T1
hv
hv′
S0 e
分子发光：
M + 能量
光致发光：
M + hv
M*
M + hv
M*
M + hv'
第七章 分子发光分析法
第一节 分子荧光、磷光产生基本原理 第二节 荧光光谱与基本特征 第三节 荧光产率与分子结构的关系 第四节 影响荧光强度的环境因素 第五节 分子发光光谱仪结构流程 第六节 定量分析方法
共轭体系越大，荧光量子产率越高，向长波方向 移动。
化合物
苯 萘 蒽 丁省
量子产率φF 0.11 0.29 0.46 0.60
λex（nm） 205 286 365 390
λem（nm） 278 321 400 480
第三节 荧光产率与分子结构的关系
（三）、 刚性平面结构 1. 减少分子振动，减小外转换。 2. 增大分子吸光截面，增大摩尔吸光系数。
第一节 分子荧光磷光产生基本原理
(一)、非辐射跃迁
1. 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。
S2
hv
S0
e
第一节 分子荧光磷光产生基本原理 2. 内转换：相同多重度的电子能级中, 相等能级间的 非辐射能级交换。发生内转换的时间10-12 s。
外转换使荧光或磷光减弱或“猝灭”。
第一节 分子荧光磷光产生基本原理
(二)、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，发射时间约为10-7～10-9 s 。
发射荧光的能量比分子吸收的能量小，波长长。
S2
S1
T1
hv
hv′
S0 e
分子发光分析法概况课件
分子发光分析法的优缺点
优点
高灵敏度
分子发光分析法通常具 有很高的灵敏度，能够 检测出低浓度的目标物
。
选择性
某些发光分子可以与目 标物发生特异性反应， 从而提高分析的选择性
。
操作简便
分子发光分析法通常操 作简单，所需仪器设备 相对简单，便于现场快
速检测。
缺点
背景干扰
发光分析法容易受到环 境背景光的影响，如日 光、荧光等，导致检测
01
02
研发能够延长发光分子寿命 的技术，以减少检测过程中
的误差和不确定性。
03
04
克服背景干扰
研究和发展能够有效排除背 景光干扰的技术和方法，以 提高检测的稳定性和准确性
。
拓展应用领域
进一步探索发光分析法在环 境监测、生物医药、食品安 全等领域的应用，以满足更
广泛的需求。
06 结论
总结分子发光分析法的概况与重要性
结果不稳定。
发光衰减
某些发光分子的发光强 度会随时间衰减，影响 检测的准确性和稳定性
。
成本较高
某些高灵敏度的发光分 子和仪器设备成本较高 ，限制了其在某些领域
的应用。
未来发展方向与挑战
提高灵敏度和选择性
延长发光寿命
进一步研发具有更高灵敏度 和选择性的发光分子，以满 足更低检测限和更高准确性
的需求。
新型的分子发光分析方法和技术不断 涌现，如荧光免疫分析、荧光偏振免 疫分析、时间分辨荧光免疫分析等。
02
分子发光分析法的基本原理
分子发光的过程与机制
01
分子发光是指分子吸收能量后，由基态跃迁至激发态，再由激 发态回到基态时释放光子的过程。
02
仪器分析分子发光课件
分子发光仪器分析的应用
环境监测
利用分子发光仪器分析技术检测水体、大气等环境中的有害物质，如 重金属离子、有机污染物等。
生物医学研究
利用分子发光仪器分析技术检测生物体内的生物分子、细胞等，如 DNA、蛋白质等，为疾病诊断和治疗提供依据。
食品安全检测
利用分子发光仪器分析技术检测食品中的有害物质，如农药残留、添 加剂等。
化学分析
利用分子发光仪器分析技术对化学物质进行定性和定量分析，如无机 物、有机物等。
04
分子发光仪器分析技术的前景
分子发光仪器分析技术的发展趋势
01
02
03
自动化与智能化
随着技术的进步，分子发 光仪器分析将更加自动化 和智能化，提高分析速度 和准确性。
高通量与高灵敏度
发展高通量和高灵敏度的 分子发光仪器，满足大规 模和复杂样品的分析需求 。
分子发光仪器分析的分类
荧光光谱法
利用荧光物质在特定波长光激发 下发出特定波长的荧光，通过对 荧光光谱的分析，实现对物质成
分和结构的分析。
化学发光法
某些化学反应能够释放出特定波长 的光子，通过对化学发光光谱的分 析，实现对物质成分和结构的分析 。
生物发光法
某些生物体能够发出特定波长的光 子，通过对生物发光光谱的分析， 实现对生物体成分和生理状态的分 析。
食品安全领域
用于食品成分分析、添加 剂检测以及农药残留检测 等，保障食品安全。
分子发光仪器分析技术的挑战与机遇
挑战
高灵敏度与特异性、复杂样品处 理、仪器小型化与便携化等。
机遇
随着新材料的发现、纳米技术的 应用以及跨学科的交叉融合，分 子发光仪器分析技术将迎来更广 阔的发展空间和应用前景。
仪器分析8张
取代基的影响
卤素取代基随卤原子序数增加荧光 减弱和磷光增强。所谓“重原子效应” 使系间窜跃速率增加所致。重原子中， 能级之间的交叉现象比较严重，容易发 生自旋轨道的相互作用，增大S1→T1系 间窜越的概率。
最低电子激发单重态的性质
比较π→π*或 n→π*跃迁：π→π*是自 旋许可的跃迁，摩尔吸收系数大，约为104， 激发态的寿命短，S1→T1系间窜越的概率较 小；n→π*属自旋禁阻的跃迁，摩尔吸收系 数小，约为102，S1→T1系间窜越的概率大， 激发态的寿命较长。因此π→π*跃迁将产生 更强的荧光，而n→π*跃迁相对有利于磷光 的产生。
碰撞猝灭
kf、kQ为相应的反应速率常数
荧光猝灭程度取决于 kf 和 kQ 相对大小 及猝灭剂的浓度。 碰撞猝灭还与溶液的黏度有关
碰撞猝灭将随温度升高而增加。
能量转移
猝灭剂与处于激发单重态的荧光作用 后，发生能量转移，使猝灭剂得到激发， 其反应如下：
M Q M Q
*
*
氧的猝灭作用
激发光谱和发射光谱
固定荧光或磷光的发射波长（或测定波长） 而不断改变激发光（即入射光）的波长，并记 录相应的荧光或磷光强度，所得到的发光强度 对激发波长的谱图称为荧光或磷光的激发光谱。
固定激发光的波长和强度而不断改变荧光 或磷光的测定波长（或发射波长） ，并记录相 应的荧光或磷光强度，所得到的发光强度对发 射波长的谱图则为荧光或磷光的发射光谱。
荧光寿命（τf ）：荧光分子处于 S1 激发态的平均寿命。 τf = 1/（k f +∑K） k f 表示荧光发射过程的速率常数， ∑K 表示各种分子内的非辐射衰变过 程的速率常数的总和。
荧光、磷光寿命和量子产率
磷光寿命（τp）：磷光分子处于 T1 激 发态的平均寿命。 荧光、磷光强度的衰变遵循以下方程 式： ln I0－ ln It ＝t /τ
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OH O-
OH
O-
OHH+
OH-
H+
pH=1, 有荧光
pH=13, 无荧光
无荧光
有荧光
Modern Instrument Analytical Method
荧光与分子结构的关系小结
（1）发光分子中要具有共轭π键体系 共轭的程度越大，π电子越容易激发，分子荧光越容易产生。 （2）具有刚性平面结构 分子有利于荧光发射
1880：Liebeman
进行了历史上首次的荧光分析工作 应用铝—桑色素配合物的荧光进行铝的测定
提出“荧光与化学结构关系”的经验法则 为荧光技术的开发应用拉开了序幕
19世纪以前，荧光的观察是靠肉眼进行的，直到1928年， 才由Jette和West提出了第一台荧光计。
§12.2 分子发光的基本原理
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；
2.温度的影响
荧光强度对温度变化敏H
对酸碱化合物，溶液pH的影响较大，需要严格控制。
Modern Instrument Analytical Method
4. 各种散射光的影响
（3）荧光发射 处于第一激发 的最低振动能 级的分子，跃 迁回基态的各 振动能级，这 一过程称为荧 光发射。
Modern Instrument Analytical Method
（4）系间窜越 分子从激发单重态转至能量较低的激发三 重态的过程，称系间窜越跃迁。 （5）外转换 溶液中的激发态分子与溶剂分子或其他溶 质分子之间相互碰撞而失去能量，并以热能 的方式释放。
F
λexmax(nm) λemmax (nm)
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
Modern Instrument Analytical Method
-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
Modern Instrument Analytical Method
夜明珠发光成因
1、矿物的发光性
矿物在外来的能量激发下，产生可见光的性质称为矿物的发光性。 外来的能量有日光、紫外线、X射线、阴极射线、加热、加压、摩擦等。 根据其发光的性质不同，分为荧光和磷光二类。
2、矿物的发光机理
矿物的发光是矿物能量的一种转换过程，物体受激发吸收能量而跃迁至激发态 （非稳定态）在反回到基态的过程中，以光的形式放出能量。
一. 主要组成及部件的功能
荧光分光光度计工作原理基及仪器结构框图
光源 氙 灯 激发单色器
样品池
光电倍增管
数据处理 仪器控制
发射单色器
Modern Instrument Analytical Method
仪器结构流程
测量荧光的仪器主要由四个部分组成：激发光源、样品 池、双单色器系统、检测器。 特殊点：有两个单色器，光源与检测器通常成直角。 基本流程如图： 单色器：选择激发光波 长的第一单色器和选择 发射光 ( 测量 ) 波长的第 二单色器； 光源：灯和高压汞灯， 染料激光器(可见与紫 外区) 检测器：光电倍增管。
一. 分子荧光与磷光的产生
Modern Instrument Analytical Method
1.激 发
通常在室温下物质分子大 部分处于基态的最低振动 能级。当电子吸收一定频 率的电磁辐射发生能级跃 迁时，可上升至不同激发 态的各振动能级，其中大 部分分子上升至第一激发 单重态（ S1 ），这一过 程称为激发。
碰撞猝灭； 配合物或电子转移猝灭等。
Modern Instrument Analytical Method
6.荧光定性分析
任何荧光都有两种特征光谱：激发（吸收）光 谱和发射（荧光）光谱。 比较法：根据波长的特征性进行鉴别。
Modern Instrument Analytical Method
§12.3 荧光(磷光)分光光度计
F
cc 一般当εb c 0.05 时, F 与c呈线性关系
Modern Instrument Analytical Method
（2）环境对荧光强度的影响
relation between fluorescence and molecular structure
影响荧光强度的外部因素
1.溶剂的影响
Modern Instrument Analytical Method
（2）内转换
同一多重态的不同电子 能级间可能发生内部转换。 S2 S1 条件：当S2较低振动 能级与S1较高振动能级的 能量相当，且发生重叠时 分子才有可能S2 S1
Modern Instrument Analytical Method
A. 激发光谱
固定发射波长 扫描激发波长
4400 4000 3600 3200 2800 2400 2000 1600 1200 800 400 0 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900
ex =290nm (MAX)
Modern Instrument Analytical Method
荧光的产生
Modern Instrument Analytical Method
二、荧光发生机理
当一些物质被光照 射后，物质的分子吸 收光以后，便以基态 跃迁到激发态， 当 电子由激发态的最低 振动能级 S1 跃迁回基 态 S0 的不同振动能级 时，则以荧光的形态 发出能量。
光源 激发 单色器 样品池 发射 单色器 检测器
数据处理 仪器控制
Modern Instrument Analytical Method
二. 光源 1. 光源的要求： 发射强度足够且稳定的连续光谱 光辐射强度随波长的变化小 有足够长的使用寿命
常用气体放电灯类型： 氙灯光源 高压汞光源 2.氙灯光源
相对荧光强度
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
2）得电子取代基减弱荧光、加强磷光 —C=0， — COOH ， —NO2
不产生 p →π共轭
O
NO2
硝基苯：不产生荧光、弱磷光
二苯甲酮：弱荧光、强磷光 S1 →T1的系间窜跃产率接近1
三、荧光光谱的特性
1.任何荧光化合物都有两个特征性光谱：激发光谱和发射光谱 2.斯托克斯位移：与激发光谱相比，荧光光谱的波谱总是出现在 更长的波长处 3.荧光光谱形状与激发波长无关 4.镜像规则： 激发光谱和发射光谱 — 激发光谱 有很好的镜像关系
— 发射光谱
Modern Instrument Analytical Method
溶剂产生的散射光，因为荧光发射波长 跟激发光波长无关，可通过改变后者来 避免散射光的干扰。
5. 激发光照射的影响
能使荧光强度降低。最好采用强度低的 激发光，缩短测定时间，减小荧光物质 分解引起的测量误差。
Modern Instrument Analytical Method
6. 溶液荧光的猝灭（quenching）
荧光激发光谱与 紫外-可见吸收光 谱类似
Modern Instrument Analytical Method
B. 发射光谱(荧光光谱)
固定激发波长 扫描发射波长
C. 激发光谱与发射 光谱的镜像关系
4 3 2 1
S1
4 3 2 1
S0
Modern Instrument Analytical Method
F
0.11
0.29
0.46
0.60
0.52
Modern Instrument Analytical Method 五、荧光与分子结构的关系
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 苯 0.11 205 278 萘 0.29 286 321 蒽 0.46 365 400 0.60 390 480 0.52 580 640
四. 荧光(磷光)的量子产率
荧光量子产率的定义：
F
发射荧光的分子数 激发分子总数
F
kF k F ki
i 1 n
kF主要取决与荧光物质的分子结构； ki主要取决化学环境， 同时也与荧光物质的分子结构有关。 大多数的荧光物质的量子产率在0.1~1之间； 例如：0.05mol/L的硫酸喹啉，F=0.55； 荧光素 F=1 化合物
§12.1 概
述
什么是荧光呢？当某些物质被光照射后，它会吸收一 定频率的光，而发射出 波长更长 的光，当光停止时，发射光 也随即消失，这就是荧光现象，它发出的光就叫荧光。
分子发光分析法是基于被测物质的基态原子吸收 能量被激发到较高电子能态后。返回到基态过程中， 以发射辐射的方式释放能量，通过测量辐射光的强 度对被测物质进行能量测定的一类分析方法。
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2.去活化过程
处于激发态的分子是不稳定，它可以通过 不同的途径回到基态，这一过程称为去活化。 去活化过程有以下几种： （1）振动驰豫 溶液中分子间碰撞机会很 多，通过碰撞溶质分子将过剩的能量转移给溶 剂分子，通过非辐射跃迁而降至同一能态的最 低振动能级，这一过程称为振动驰豫。
（1）荧光强度(F )与物质浓度(c)的关系
c--荧光物质浓度
ε—摩尔吸光系数
b—液层厚度 I0—入射光强度
OH
O-
OHH+
OH-
H+
pH=1, 有荧光
pH=13, 无荧光
无荧光
有荧光
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荧光与分子结构的关系小结
（1）发光分子中要具有共轭π键体系 共轭的程度越大，π电子越容易激发，分子荧光越容易产生。 （2）具有刚性平面结构 分子有利于荧光发射
1880：Liebeman
进行了历史上首次的荧光分析工作 应用铝—桑色素配合物的荧光进行铝的测定
提出“荧光与化学结构关系”的经验法则 为荧光技术的开发应用拉开了序幕
19世纪以前，荧光的观察是靠肉眼进行的，直到1928年， 才由Jette和West提出了第一台荧光计。
§12.2 分子发光的基本原理
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；
2.温度的影响
荧光强度对温度变化敏H
对酸碱化合物，溶液pH的影响较大，需要严格控制。
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4. 各种散射光的影响
（3）荧光发射 处于第一激发 的最低振动能 级的分子，跃 迁回基态的各 振动能级，这 一过程称为荧 光发射。
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（4）系间窜越 分子从激发单重态转至能量较低的激发三 重态的过程，称系间窜越跃迁。 （5）外转换 溶液中的激发态分子与溶剂分子或其他溶 质分子之间相互碰撞而失去能量，并以热能 的方式释放。
F
λexmax(nm) λemmax (nm)
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
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-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
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夜明珠发光成因
1、矿物的发光性
矿物在外来的能量激发下，产生可见光的性质称为矿物的发光性。 外来的能量有日光、紫外线、X射线、阴极射线、加热、加压、摩擦等。 根据其发光的性质不同，分为荧光和磷光二类。
2、矿物的发光机理
矿物的发光是矿物能量的一种转换过程，物体受激发吸收能量而跃迁至激发态 （非稳定态）在反回到基态的过程中，以光的形式放出能量。
一. 主要组成及部件的功能
荧光分光光度计工作原理基及仪器结构框图
光源 氙 灯 激发单色器
样品池
光电倍增管
数据处理 仪器控制
发射单色器
Modern Instrument Analytical Method
仪器结构流程
测量荧光的仪器主要由四个部分组成：激发光源、样品 池、双单色器系统、检测器。 特殊点：有两个单色器，光源与检测器通常成直角。 基本流程如图： 单色器：选择激发光波 长的第一单色器和选择 发射光 ( 测量 ) 波长的第 二单色器； 光源：灯和高压汞灯， 染料激光器(可见与紫 外区) 检测器：光电倍增管。
一. 分子荧光与磷光的产生
Modern Instrument Analytical Method
1.激 发
通常在室温下物质分子大 部分处于基态的最低振动 能级。当电子吸收一定频 率的电磁辐射发生能级跃 迁时，可上升至不同激发 态的各振动能级，其中大 部分分子上升至第一激发 单重态（ S1 ），这一过 程称为激发。
碰撞猝灭； 配合物或电子转移猝灭等。
Modern Instrument Analytical Method
6.荧光定性分析
任何荧光都有两种特征光谱：激发（吸收）光 谱和发射（荧光）光谱。 比较法：根据波长的特征性进行鉴别。
Modern Instrument Analytical Method
§12.3 荧光(磷光)分光光度计
F
cc 一般当εb c 0.05 时, F 与c呈线性关系
Modern Instrument Analytical Method
（2）环境对荧光强度的影响
relation between fluorescence and molecular structure
影响荧光强度的外部因素
1.溶剂的影响
Modern Instrument Analytical Method
（2）内转换
同一多重态的不同电子 能级间可能发生内部转换。 S2 S1 条件：当S2较低振动 能级与S1较高振动能级的 能量相当，且发生重叠时 分子才有可能S2 S1
Modern Instrument Analytical Method
A. 激发光谱
固定发射波长 扫描激发波长
4400 4000 3600 3200 2800 2400 2000 1600 1200 800 400 0 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900
ex =290nm (MAX)
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荧光的产生
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二、荧光发生机理
当一些物质被光照 射后，物质的分子吸 收光以后，便以基态 跃迁到激发态， 当 电子由激发态的最低 振动能级 S1 跃迁回基 态 S0 的不同振动能级 时，则以荧光的形态 发出能量。
光源 激发 单色器 样品池 发射 单色器 检测器
数据处理 仪器控制
Modern Instrument Analytical Method
二. 光源 1. 光源的要求： 发射强度足够且稳定的连续光谱 光辐射强度随波长的变化小 有足够长的使用寿命
常用气体放电灯类型： 氙灯光源 高压汞光源 2.氙灯光源
相对荧光强度
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
2）得电子取代基减弱荧光、加强磷光 —C=0， — COOH ， —NO2
不产生 p →π共轭
O
NO2
硝基苯：不产生荧光、弱磷光
二苯甲酮：弱荧光、强磷光 S1 →T1的系间窜跃产率接近1
三、荧光光谱的特性
1.任何荧光化合物都有两个特征性光谱：激发光谱和发射光谱 2.斯托克斯位移：与激发光谱相比，荧光光谱的波谱总是出现在 更长的波长处 3.荧光光谱形状与激发波长无关 4.镜像规则： 激发光谱和发射光谱 — 激发光谱 有很好的镜像关系
— 发射光谱
Modern Instrument Analytical Method
溶剂产生的散射光，因为荧光发射波长 跟激发光波长无关，可通过改变后者来 避免散射光的干扰。
5. 激发光照射的影响
能使荧光强度降低。最好采用强度低的 激发光，缩短测定时间，减小荧光物质 分解引起的测量误差。
Modern Instrument Analytical Method
6. 溶液荧光的猝灭（quenching）
荧光激发光谱与 紫外-可见吸收光 谱类似
Modern Instrument Analytical Method
B. 发射光谱(荧光光谱)
固定激发波长 扫描发射波长
C. 激发光谱与发射 光谱的镜像关系
4 3 2 1
S1
4 3 2 1
S0
Modern Instrument Analytical Method
F
0.11
0.29
0.46
0.60
0.52
Modern Instrument Analytical Method 五、荧光与分子结构的关系
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 苯 0.11 205 278 萘 0.29 286 321 蒽 0.46 365 400 0.60 390 480 0.52 580 640
四. 荧光(磷光)的量子产率
荧光量子产率的定义：
F
发射荧光的分子数 激发分子总数
F
kF k F ki
i 1 n
kF主要取决与荧光物质的分子结构； ki主要取决化学环境， 同时也与荧光物质的分子结构有关。 大多数的荧光物质的量子产率在0.1~1之间； 例如：0.05mol/L的硫酸喹啉，F=0.55； 荧光素 F=1 化合物
§12.1 概
述
什么是荧光呢？当某些物质被光照射后，它会吸收一 定频率的光，而发射出 波长更长 的光，当光停止时，发射光 也随即消失，这就是荧光现象，它发出的光就叫荧光。
分子发光分析法是基于被测物质的基态原子吸收 能量被激发到较高电子能态后。返回到基态过程中， 以发射辐射的方式释放能量，通过测量辐射光的强 度对被测物质进行能量测定的一类分析方法。
Modern Instrument Analytical Method
2.去活化过程
处于激发态的分子是不稳定，它可以通过 不同的途径回到基态，这一过程称为去活化。 去活化过程有以下几种： （1）振动驰豫 溶液中分子间碰撞机会很 多，通过碰撞溶质分子将过剩的能量转移给溶 剂分子，通过非辐射跃迁而降至同一能态的最 低振动能级，这一过程称为振动驰豫。
（1）荧光强度(F )与物质浓度(c)的关系
c--荧光物质浓度
ε—摩尔吸光系数
b—液层厚度 I0—入射光强度