仪器分析课件chap12 分子发光分析法
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仪器分析分子发光分析法
VR S2
IC VR
S1
VR：振动驰豫 IC：内部转换 ISC：系间窜跃
ISC VR T1
S0
S0
吸光 吸光 荧光
磷光
图5-1 分子荧光、磷光光谱产生过程示意图
二、荧光、磷光与分子结构的关系
（一）荧光效率
• 荧光强度常用荧光量子效率φf 来描述
荧光量子效率
发荧光的分子数
f = 激发态分子总数
f 是一个物质荧光特性的重要参数， 反映了荧光物质发射荧光的能力， f 越大，荧光越强，在0~1之间。
ISC T1
S0
S0
吸光 吸光
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：
从S1的最低振动能级回到S0各振动能级所产 生的光辐射叫荧光
特点： • 产生速度快，10-9~10-6s； • 依赖于外部光源 • 荧>激
VR S2
IC VR
S1
VR：振动驰豫 IC：内部转换 ISC：系间窜跃
浓度
C1
荧光强度 If1
C2 C3 If2 If3
C4 C5 Cx If If4 If5 Ifx Ifx
Cx
C
2. 荧光猝灭法
• 把荧光猝灭用在定量分析上，具有较高的灵 敏度和选择性
• 荧光物质 M 与猝灭剂 Q 生成不发荧光的基 态配合物MQ
M + Q = MQ（非荧光物质）
Kf
C(MQ) C(M )C(Q)
• -OH、-OR、-NH2、-NHR、-NR2等给电子 基团
• 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
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。
仪器分析第9讲_分子发光-荧光(第12章 )
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。
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。
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
分子发光分析ppt课件
仪器分析
光谱分析
原子光谱
原子吸收 原子发射 原子荧光
分子吸收 分子光谱
分子发光
紫外-可见光谱 红外光谱
2
第八章 分子发光分析法
分子 吸收能量 激发为激发态 释放出能量 基态
电能 化学能 光能
分子发光
光致发光 化学发光
辐射跃迁 非辐射跃迁
光的形式释放 以热的形式释放
称为“发光”
荧光 磷光
3
分子荧光/磷光分析法 一、基本原理
式中为荧光量子效率，又根据Beer定律
A=-lg I/ I0 I= I0 .10- A Ia = I0 - I = I0(1- 10 -A)
I0和I分别是入射光强度和透射光强度。代入 上式得
If = I0(1- 10 -kb c)
28
整理得：
If =2.3 I0 kbc 当入射光强度I0 和b一定时，上式为：
特殊化学作用如氢键的生成
同一种荧光物质在不同的溶剂中的荧光光谱不同
因素
温度
内部能量转化作用增大 碰撞频率增加，使外转换的几率增加
温度上升使荧光强度下降
化合物所处状态不同
酸度 电子构型上有所不同
荧光强度和荧光光谱不同
30
31
3、荧光猝灭
定义：荧光物质分子与溶剂分子或其它溶质分子
的相互作用引起荧光强度降低的现象
增加试样的刚性:
低温冷冻
固体磷光法：
吸附于固相载体（滤纸）
分子缔合物的形成：
加入表面活性剂等
重原子效应：
加入含重原子的物质，如银盐等
敏化磷光：
通过能量转移产生磷光
42
磷光分析仪器
荧光计上配上磷光测量附件即可对磷光进行测量。 在有荧光发射的同时测量磷光
光谱分析
原子光谱
原子吸收 原子发射 原子荧光
分子吸收 分子光谱
分子发光
紫外-可见光谱 红外光谱
2
第八章 分子发光分析法
分子 吸收能量 激发为激发态 释放出能量 基态
电能 化学能 光能
分子发光
光致发光 化学发光
辐射跃迁 非辐射跃迁
光的形式释放 以热的形式释放
称为“发光”
荧光 磷光
3
分子荧光/磷光分析法 一、基本原理
式中为荧光量子效率，又根据Beer定律
A=-lg I/ I0 I= I0 .10- A Ia = I0 - I = I0(1- 10 -A)
I0和I分别是入射光强度和透射光强度。代入 上式得
If = I0(1- 10 -kb c)
28
整理得：
If =2.3 I0 kbc 当入射光强度I0 和b一定时，上式为：
特殊化学作用如氢键的生成
同一种荧光物质在不同的溶剂中的荧光光谱不同
因素
温度
内部能量转化作用增大 碰撞频率增加，使外转换的几率增加
温度上升使荧光强度下降
化合物所处状态不同
酸度 电子构型上有所不同
荧光强度和荧光光谱不同
30
31
3、荧光猝灭
定义：荧光物质分子与溶剂分子或其它溶质分子
的相互作用引起荧光强度降低的现象
增加试样的刚性:
低温冷冻
固体磷光法：
吸附于固相载体（滤纸）
分子缔合物的形成：
加入表面活性剂等
重原子效应：
加入含重原子的物质，如银盐等
敏化磷光：
通过能量转移产生磷光
42
磷光分析仪器
荧光计上配上磷光测量附件即可对磷光进行测量。 在有荧光发射的同时测量磷光
《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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《分子发光》PPT课件
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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。
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。
第12章 分子发光分析_21414
NN
偶氮苯
不产生荧光
NN
产生荧光
偶氮菲
H3C CH3
萘
F(萘)= 5F(VA)
CH2OH
VA
4 取代基的影响
• 给电子基团-OH, -OR使荧光增强 • 吸电子基团使荧光减弱
• 规律多出自实验总结和猜测，对激发态 分子的性质了解太少，不能从机制上揭 开其影响的秘密。
2020/3/4
五 影响荧光强度的外部因素
2020/3/4
2. 标准曲线法
直接荧光标准曲线法 F=KC
F Fx
Cx
Cs
荧光猝灭标准曲线法
F Fx
Cx
Cs
荧光猝灭 ∆F=KC
3 比较法(标准对照法)： 在线性范围内，测定标样和试样的荧光强度，比较；
IS CS IX CX
2020/3/4
二. 荧光分析的应用
1. 无机化合物 在紫外光照射下会发生荧光的无机化合物很少，主要依赖于
0.60
λexmax(nm) 205 286
365
390
λ max em
(nm)
278
321
400
480
3. 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
F=1
戊省 0.52 580 640
联苯
F=0.2
-O
O
O
荧光黄
C
COO产生荧光
F=0.92
-O
O
酚酞
C COO不产生荧光
检测器
数据处理 仪器控制
荧光(磷光)分光光度计:
光源
激发 单色器
2020/3/4
样品池
发射 单色器 检测器
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）。
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。
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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 延迟荧光 磷光
系间窜越 内转换 外转换 振动弛豫
返回速度快的途径，发生几率大!
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总目录
内容导航 第一节 分子荧光磷光产生基本原理 重点与难点
(一)、非辐射跃迁
e
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内容导航 第一节 分子荧光磷光产生基本原理 重点与难点
3. 系间窜越：不同多重态在有重叠的振动能级间的 非辐射跃迁。电子自旋改变，跃迁禁阻，通过自旋轨道耦合等跃迁。
S2 S1
S0 e
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内容导航 第一节 分子荧光磷光产生基本原理 重点与难点
4. 外转换：激发态分子与溶剂或其他分子之 间产生相互作用而损失能量回到基态的非辐射 跃迁。
f
S0
T1
i
e
i
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内容导航 第一节 分子荧光磷光产生基本原理 重点与难点
2. 磷光发射：电子由第一激发三重态的最低振动能 级→基态各振动能级。发光时间：10-4～100s 。
I I f
aS2
S1
T1
hv′
S0
e
S0 →激发态→振动弛豫→内转换→系间窜越→ T1→振动弛豫→ S0
电子由基态跃迁到激发态，当电子由激发态返回基态
时，以发射电磁辐射(即光)的形式释放能量。
电能
电致发光
分子 发光
+
化学能 光能
生物活性参 与化学发光
化学发光 光致发光 生物发光
荧光 磷光
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内容导航
第十二章 分子发光分析法 重点与难点
分子发光：
光致发光：
思 思考 考题 题与 与 作 作业 业题 题
M = 2S + 1 S为各电子自旋量子数的代数和。
自旋量子数是描写电子自旋运动的量子数。电子有两种 不同方向的自旋，即顺时针方向和逆时针方向的自旋。
通常用向上和向下的箭头来代表， 即↑代表正方向自旋电子，↓代表逆方向自旋电子。
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内容导航 第一节 分子荧光磷光产生基本原理 重点与难点 单重态（M=1）：电子自旋都配对的分子的电
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内容导航
第二节 荧光光谱与基本特征
重点与难点
一、荧光激发光谱 二、荧光发射光谱 三、荧光光谱的基本特征
上 二节 荧光光谱与基本特征
重点与难点
一、荧光激发光谱 相
/%
I I I I 110 对
激发光谱：荧光物
强 度
bC
质在不同波长的激
a 0 t 0 发光作用下测得的
重点与难点
分子发光分析中，处于激发态的分子是 不稳定的，可通过什么方式去活化返回 到到基态？每种方式又包括几种途径？
名词解释：荧光猝灭 理解影响荧光强度的环境因素。 分子发光分析包括哪三种分析方法？
上 页 下 页 结束
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内容导航
第十二章 分子发光分析法
重点与难点
分子发光：
基态分子吸收能量(电能、热能、化学能或光能等)，
内容导航
第二节 荧光光谱与基本特征
重点与难点
（二）、发射光谱的形状与激发波长无关 荧光分子吸收不同波长的能量，电子跃迁到
不同激发态能级，产生不同吸收带，但都通过 无辐射跃迁方式回到第一激发单重态的最低振 动能级再跃迁回到基态各振动能级，产生波长 一定的荧光。
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。
s1
hv′
e
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内容导航 第一节 分子荧光磷光产生基本原理 重点与难点
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。
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内容导航 第一节 分子荧光磷光产生基本原理 重点与难点
一、分子基态、激发态 二、电子自旋多重度 三、激发态到基态的能量传递途径
上 页 下 页 结束
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内容导航 第一节 分子荧光磷光产生基本原理 重点与难点
一、分子基态、激发态
基态： 在正常状态下，分子处于最低能级的分子轨
内容导航
重点与难点
仪器分析课件chap12 分子发光分析 法
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内容导航
第十二章 分子发光分析法 重点与难点
IfI0110bC I01e2.303bC
M+hv M* M+hv' 学习内容 发射光子的分子数 cl参加反应的分子数rf
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内容导航 本章需要掌握的知识点
某一波长处的荧光
强度的变化情况。
波长/nm
激发光谱相当于荧光物质的吸收光谱。
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内容导航
第二节 荧光光谱与基本特征
重点与难点
二、荧光发射光谱
I I I I 110 发射光谱：在某
bC
一固定波长的激
发光作用下荧光 强度在不同波长
a 0t 0
处的分布情况。
发射光谱的形状与激发波长无关。
子态称为单重态，用“S”表示。
三重态（M=3）：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。
-O
O
O
S2 > T2 > S1 > T1 > S0 (洪特规则)
C COO-
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内容导航 第一节 分子荧光磷光产生基本原理 重点与难点
三、激发态到基态的能量传递途径
外转换使荧光或磷光减弱或“猝灭”。
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内容导航 第一节 分子荧光磷光产生基本原理 重点与难点
(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。
Kf
K K S2 S1
道上称为基态。是分子的稳定状态。
激发态： 基态分子吸收能量后，价层电子跃迁到高能
级的分子轨道上称为电子激发态。是分子的亚稳 定状态。
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内容导航 第一节 分子荧光磷光产生基本原理 重点与难点
二、电子自旋多重度
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,常用电子自旋多重度来 描述。
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第二节 荧光光谱与基本特征
重点与难点
三、荧光光谱的基本特征
（一）、Stokes位移 激发光谱与发射光谱之间的波长差值。
产生原因： 1. 振动弛豫及内转换，产生位移主要原因； 2. 基态不同振动能级间振动弛豫至最低振动能级； 3. 外转换。
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