仪器分析第七章分子发光

∴激发光一旦停止，则荧光立即停止，而磷 光还可持续一段时间。
某些分子在跃迁至T1后，通过热激活有可 能再回到S1的各个振动能级，然后再由S1 的最低振动能级弛豫回基态而发射荧光， 此称延迟荧光。
以上荧光、磷光产生过程可用Jablonski图 来说明。
7.2分子荧光、磷光和化学结构的关系
一、荧光量子产率（量子产率或荧光效率）
三、无几化合物的荧光
除过渡元素的顺磁性原子会发生线状荧光 光谱外，大多数无几盐类金属离子在溶液 中不能产生荧光（无辐射跃迁）。但某些 金属螯合物（配合物）却能产生很强的荧 光。
产生过程：①配体吸收光能产生π→π*
②配体将能量转移给金属离子导致d→d*或 f→f*，③由d*→d或f*→f弛豫回低能级产生 荧光。
例如：苯环与双键的共轭体系、酰基苯衍 生物及杂环类衍生物等。
2.大多数荧光物质在激发光照射下吸收能量， 首先经历π→π*或n→π*产生激发态分子， 经振动弛豫或其它无辐射跃迁，在发生 π*→π或π*→n产生荧光。
其中π*→π产生的荧光强度大于π*→n （∵π→π*的ε大）。但是在发生n→π*跃迁 时，紧接着产生系间窜跃，最后从π*的T1 态弛豫回π的S0态，产生更强的磷光。
φ=
发射荧光的分子数
激发分子总数 =
发射光量子数 吸收光量子数
kf = kf+∑ki
kf—荧光发射过程的速率常数。其大小主要 取决于化学结构；
∑ki—为其它有关过程的速率常数的总和。 其大小主要取决于化学环境，同时与结构 有关。
二、荧光、磷光与有机化合物结构的关系
1.荧光、磷光的产生是光致发光，目前，我 们常用的激发光波长范围在紫外-可见光区， 即200～800nm，且主要为紫外光。因此， 产生荧光、磷光的有机化合物主要为不饱 和共轭结构的分子。
处于三重态分子的能量低于相应单重态分 子，但通常第一激发三重态的一个振动能 级几乎与第一激发单重态的最低振动能级 的能量相同，因此，由第一激发单重态的 最低振动能级有可能通过系间窜跃至第一 激发三重态，在经过振动弛豫回到激发三 重态的最低振动能级，然后以光的形式弛 豫回到基态，发射磷光（寿命10-4～10s或 更长）。T1→S0属禁阻跃迁，速度慢。
2,2‘-二羟基偶氮苯
NN
OH HO
N
8-羟基喹啉
OH
7.3影响光致发光的因素
一、环境对光致发光的影响
1.荧光强度（IF）与溶液浓度（c）的关系 发射的荧光强度应正比于物质吸收的激发
光的光强，即
IF = K’(I0-I) 又由比尔定律I0/I=10 -εbc并 代入上式得：
IF = K’I0(1-10 -εbc)
第七章 分子发光—荧光、磷光
和化学发光
学习目的
通过本章学习，明确分子发光研究的对象， 了解分子发光产生的机理，理解分子发光 的影响因素。掌握分子发光的一些基本概 论，基本仪器结构及定量分析法。
本章主要内容
7.1分子荧光、磷光光谱法 7.2分子荧光、磷光和化学结构的关系 7.3影响光致发光的因素 7.4分子荧光、磷光光谱仪 7.5分子荧光、磷光光谱的应用 7.6化学发光光谱法简介
①
将①式展开，（参见教材139页）
当εbc＜0.05时，式展开中后面项可忽略不 计，则
IF =2.303 K’εbcI0 当I0时
IF =Kc
由上述过程可知，在稀溶液中， IF 和c成线 性关系。在较高浓度下，由于分子之间相
互作用增强，碰撞几率增大，导致自熄灭。
又由于基态分子增多，产生自吸。结果导
在溶液中测定物质荧光时，要注意溶剂中 杂质的荧光以及溶剂的拉曼光谱可能干扰 荧光的测定。消除方法：①选用高分辨率 的仪器，②测定溶剂的拉曼峰，在荧光光 谱中加以校正。
7.1分子荧光、磷光光谱法
一、分子荧光、磷光光谱法概述
分子发光
①荧光 fluorescence
②磷光 pห้องสมุดไป่ตู้osphorescence
→ 光致发光
③化学发光 chemiluminescence
光致发光可表示为：
无辐射跃迁
hν
M
M*
If
Ip
化学发光可表示为：
A+B
C+D*
hν
分子荧光光度法、磷光光度法和化学发光 法主要用于定量分析，灵敏度高，线性范 围宽，用于测定痕量的无机物和有机物， 一般可达ng·mL-1。但是，由于方法的高灵 敏度，基体干扰严重。因此，发光法可作 为液相色谱和毛细管电泳的检测器。
和吸收光谱相比，分子发光除了在定量分 析方面应用外，还在许多领域得到应用。
总的来说，分子发光法的应用不如分子吸 收光谱法，主要是能产生发光的物质较少。
二、分子荧光、磷光的产生
1.分子的单重态和三重态
根据保里原理，处于分子同一轨道的两个 电子自旋方向相反，自旋量子数I分别为 +1/2和-1/2，其代数和S=0（总自旋量子 数）。自旋多重性2S+1=1，称单重态，用 S（singlet）表示。
由洪特规则，ES1>ET1
单重态分子具有抗磁性，三重态分子具有 顺磁性。
2.荧光、磷光的产生
在室温下，大多数分子均处于基态的最低 振动能级，当分子吸收特征辐射后可以跃 迁至S1或S2中各个不同振动和转动能级产 生吸收，通过无辐射跃迁，它们急剧（1015s）降落到第一激发单重态的最低振动能 级后再回到基态的各个振动能级时，以光 的形式驰豫，所发出的光称为荧光（寿命 为10-5～10-8s）。S1→S0属允许跃迁。因 此，荧光光谱的形状和激发光的波长无关。
致IF 和c不成线性关系。
2.溶剂极性的影响
一般来说，随着溶剂介电常数的增大，物 质的荧光峰的波长越长，荧光效率φ越大。
∵溶剂介电常数增加（即极性增大）， π→π*跃迁越容易，因此，激发态分子增多， φ↑，λ红移。
另外，在含有重原子如CH3CH2I, CBr4的溶 剂中，φ↓，荧光强度减小，但磷光强度增 强。
大多数具有偶数电子的分子（氧分子例外） 在室温下都处于单重基态S0，若受能量作 用被激发，电子在跃迁过程中自旋方向保 持不变为激发单重态。
若电子跃迁过程中自旋方向发生改变，自 旋多重性2S+1=3称为激发三重态，用T （triplet）表示。三重态又称亚稳态。第一 激发态用S1或T1表示，以后类推。