激发光谱与荧光光谱

c. 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）成镜金像品对质称•高关追系求。 我们让你更放心！
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镜像规则的解释
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。
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；
第一、第二、…电子激发单重态 S1 、S2… ； 第一、第二、…电子激发三重态 T1 、 T2 … ；
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◆语文•选修\中国小说欣赏•(配人教版)◆ 3.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。 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。
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◆语文•选修\中国小说欣赏•(配人教版)◆ 5.溶液荧光的猝灭
碰撞猝灭； 氧的熄灭作用等。
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二、仪器结构流程
荧光仪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：
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（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；
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（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4）很取强代的基荧效光应，：酚芳酞环却没有。 上有供电基，使荧光增 强。
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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。
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荧光光度计
环境科学与工程研究中心
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【实验目的】
• 掌握分子荧光产生的过程及其影响因素 • 熟悉荧光光度计的基本构件及操作程序 • 了解荧光分析法的特点与应用
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单色器：选择激发光波长的 第一单色器和选择发射光波 长的第二单色器；
光源：氙灯和高压汞灯，染 料激光器(可见与紫外区)
检测器：光电倍增管。 金品质•高追求 我们让你更放心！
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仪 器 光 路 图
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◆语文•选修\中国小说欣赏•(配人教版)◆ 同步扫描技术
– 接通电脑及打印机电源，Win98开始建立，随后F-4500操作界面自 动进入。
– 按界面提示选择操作方式。
• 关机顺序：
– 逆开机顺序实施操作。 – 当电源开关关闭后5秒钟，再次接通10分钟。（目的是仅让风扇工
作，使灯室散热）最后关闭电源开关。
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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
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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）具有合适的结构。 （2）具有一定的荧光量子产率。
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：
金品质•高I追f =求2.3 我I0 们 l让c 你= K更c放心！
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◆语文•选修\中国小说欣赏•(配人教版)◆ 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。
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，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。
3.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
(2)生金物品与质有•高机追化求合物我的们分让析你更放心！
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2.电子激发ห้องสมุดไป่ตู้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)；进入的几 率小；
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测试题
1.简述荧光产生过程。 2.荧光仪是由哪几部分组成？ 3.简述日立F-4500荧光分光光度计开关机
三、荧光分析方法与应用
1. 特点
（1）灵敏度高
比紫外-可见分光光度法高2～4个数量级；为什么？
检测下限：0.1～0.1g/cm-3 相对灵敏度：0.05mol/L 奎宁硫酸氢盐的硫酸溶液。
（2）选择性强
既可依据特征发射光谱，又可根据特征吸收光谱；
（3）金试品样质量•少高追求 我们让你更放心！
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◆语文•选修\中国小说欣赏•(配人教版)◆ 荧光、磷光光物理过程示意图
Sn A
VR IC
S1
VR
ISC 1
IC
F
Tm VR
T1
P
VR S0
（S0：单线基态；S1：最低激发单线态；T1：最低激发三线态；A： 吸收；F： 荧光；P：磷光；v：振动驰豫；ISC：系间窜跃）
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。
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2.化合物的结构与荧光
（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；
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【实验原理】
一、分子荧光产生过程 二、激发光谱与荧光光谱 三、荧光的产生与分子结构关系 四、影响荧光强度的因素 金品质•高追求 我们让你更放心！
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一、分子荧光的产生过程
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；
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；
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◆语文•选修\中国小说欣赏•(配人教版)◆ 2.荧光光谱(或磷光光谱)
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)。
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四、影响荧光强度的因素
影响荧光强度的外部因素 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； 2.温度的影响
荧光强度对温度变化敏感，温度增加，外转换去活的几 率增加。 3. 溶液pH
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◆语文•选修\中国小说欣赏•(配人教版)◆ 日立F-4500荧光分光光度计简易操作方法
• 开机顺序：
– 开机前首先确认主机两个开关：POWER/MAIN均处于关闭状态（ 搬向O处）。
– 先接通电源开关（POWER）， 5秒钟后再按下氙灯点灯按钮，当 氙灯点燃后，再接通主开关（MAIN）。此时主开关上方绿色指示 灯连续闪动三下。
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◆语文•选修\中国小说欣赏•(配人教版)◆ 可获得三维光谱图的仪器
可获得激发光谱与发射光谱同时变化时的荧(磷)光光谱图
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◆语文•选修\中国小说欣赏•(配人教版)◆ 日立F-4500荧光仪
荧
电
光
源
仪
开
主
关
机
金品质•高追求
光源开
主机开关
对金酸品碱质化•合高物追，求溶液我pH们的让影你响更较放大心，！需要严格控制；返回
◆语文•选修\中国小说欣赏•(配人教版)◆ 4.内滤光作用和自吸现象
内滤光作用：溶液中含有能吸收激发光或荧光物质发射荧 光，如色胺酸中的重铬酸钾。
自吸现象：化合物的荧光发射光谱的短波长端与其吸收光 谱的长波长端重叠，产生自吸收；如蒽化合物。
的顺序。 4.荧光分析法的应用有哪些方面。 5.荧光分析的特点有哪些？
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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；
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二、激发光谱与荧光光谱
荧光：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),化合物发射的荧光强度 与照射光波长的关系曲线 （图中曲线I ） 。