《荧光光谱法》PPT课件
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《荧光光谱法》PPT课件
O
CC
3b
Counts
60000 40000
O C 2H 5
20000
0 300 350 400 450 500 550 600
Wavelength (nm)
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8
从图可看出激发光谱同荧光光谱大致成
镜相对称 a.荧光光谱(发射光谱）形状与基态S0振能级的分布情况（即能量间
隔情况）有关 b. 激发光谱(吸收谱)形状与激发态S1振动能级的分布有关 c. S0、、S1态中振动能级的分布是相似的(说明峰形状相 似）
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33
一般情况下，多采用相对灵敏度来表示。相对灵敏度是以喹啉硫酸氢 盐的0.05mol/L硫酸溶液为标准，并定为1，然后与相同浓度荧光物 质的荧光强度比较，可求该物质的相对灵敏度。
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34
3. 荧光分析法的选择性 很多分子在紫外可见区有吸收，但其中
只有一部分能再发射荧光或磷光，故荧光法 固有干扰很少，选择性较好。
b. 荧光物质的激发态分子M*与基态分子M形成激发态的二聚体（M*M）。
c. 基态的荧光物质分子的缔合。荧光自猝灭是与浓度有关的效应，因而 通过在荧光测定前稀释溶液的办法，可避免这一现象的发生，或减 小它所产生的影响。
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23
三、发光强度同浓度的关系
荧光强度If正比于吸收的光量Ia与荧光量子产
11
❖ 3、降落到第一电子激发态的最低振动能级的分子，继续降落到基态 的各个不同振动能级，同时发射出相应的光量子，这就是荧光；
❖ 4、到达基态的各个不同振动能级的分子，再通过无辐射跃迁最后回 到基态的最低振动能级。
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12
分子产生荧光必须具备两个条件：
X荧光光谱法(XRF)课件PPT
与其他分析方法相比，X荧光光谱法具 有较高的检测精度和稳定性，操作简 便，对环境和人员无害，尤其适用于 现场快速分析和在线检测等领域。
02 X荧光光谱法的基本原理
原子结构与能级跃迁
01
02
03
原子结构
原子由原子核和核外电子 组成，电子在不同能级上 运动。
能级跃迁
当原子受到外界能量（如 光子）的激发时，电子从 低能级跃迁到高能级，反 之亦然。
环境样品分析
总结词
X荧光光谱法在环境样品分析中具有独特的优势，能够同时测定多种元素，且对样品的 前处理要求较低。
详细描述
X荧光光谱法可用于水质检测，如测定水体中的重金属离子和溶解氧等；还可用于大气 颗粒物分析，了解空气污染物的来源和分布情况。
考古样品分析
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
总结词
详细描述
X荧光光谱法在考古样品分析中具有重要作 用，能够快速准确地测定文物中的元素组成， 为文物鉴定和保护提供依据。
现状
随着科技的不断进步，X荧光光谱仪器的性能不断提升，检测精度和稳定性不断 提高，同时新型的仪器和应用也不断涌现，如便携式X荧光光谱仪、在线X荧光 光谱仪等。
特点与优势
特点
X荧光光谱法具有非破坏性、快速、 多元素同时分析等特点，能够同时检 测物质中多种元素的含量，且对样品 形状和大小要求不高。
优势
化合物分析
总结词
X荧光光谱法不仅可以检测元素，还可以对化合物进行分析。
详细描述
通过测量不同元素荧光谱线的能量和强度，可以对化合物的类型和结构进行分析。该方法在化学、制药、生物等 领域有广泛应用，可用于药物成分分析、生物组织成分分析等。
样品制备与处理
总结词
为了获得准确的X荧光光谱分析结果，需要对样品进行适当的制备与处理。
02 X荧光光谱法的基本原理
原子结构与能级跃迁
01
02
03
原子结构
原子由原子核和核外电子 组成，电子在不同能级上 运动。
能级跃迁
当原子受到外界能量（如 光子）的激发时，电子从 低能级跃迁到高能级，反 之亦然。
环境样品分析
总结词
X荧光光谱法在环境样品分析中具有独特的优势，能够同时测定多种元素，且对样品的 前处理要求较低。
详细描述
X荧光光谱法可用于水质检测，如测定水体中的重金属离子和溶解氧等；还可用于大气 颗粒物分析，了解空气污染物的来源和分布情况。
考古样品分析
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
总结词
详细描述
X荧光光谱法在考古样品分析中具有重要作 用，能够快速准确地测定文物中的元素组成， 为文物鉴定和保护提供依据。
现状
随着科技的不断进步，X荧光光谱仪器的性能不断提升，检测精度和稳定性不断 提高，同时新型的仪器和应用也不断涌现，如便携式X荧光光谱仪、在线X荧光 光谱仪等。
特点与优势
特点
X荧光光谱法具有非破坏性、快速、 多元素同时分析等特点，能够同时检 测物质中多种元素的含量，且对样品 形状和大小要求不高。
优势
化合物分析
总结词
X荧光光谱法不仅可以检测元素，还可以对化合物进行分析。
详细描述
通过测量不同元素荧光谱线的能量和强度，可以对化合物的类型和结构进行分析。该方法在化学、制药、生物等 领域有广泛应用，可用于药物成分分析、生物组织成分分析等。
样品制备与处理
总结词
为了获得准确的X荧光光谱分析结果，需要对样品进行适当的制备与处理。
X荧光光谱法(XRF)解析(课堂PPT)
15
检出限
对于固体和粉末样品,轻元素的检出 限为50µg/g,重元素为5µg/g.轻元素的灵 敏度低是因为它们的荧光产生率(变成X射 线的比率)小.
16
17
射
荧反
全
析
光 分
射 线
X
Total—Reflection X—Ray Fluorescence Analysis
X射线 荧光基础
光谱机理
用化学联(IUPAC)的
定义，TXRF是一种
微量分析
（Microanalysis）
方法，而且总是需要
将样品进行一定的预
处理制备成溶液、悬
浊液、细粉或 薄片，
而一般原样很少能直
接分析。
27
参考文献: «X射线荧光光谱分析 作者:吉昂 陶光仪 卓尚军 罗立 强 科学出版社
全反射X射线荧光分析 作者:(德)赖因霍尔德·克洛肯凯 帕 原子能出版社
21
但应该指出，与现代的其他多元素分析技术，如电 感耦合等离子体光谱(ICP-AEC)、电感耦合等离子 体质谱(ICP-MS)和仪器中子活化分析(INAA)相比，
XRF最明显的缺点就是灵敏度低、取样量大。
22
由于常规XRF的入
射束一般采用大于 40度的入射角，不
仅样品会产生二次 X射线，载体材料 也会受到激发从而 在记录谱上产生峰， 对测量形成干扰。
3)若存在 K或L谱线，则需进行强度比的计算以 确定该元素的存在．
4)微量元素，有时只存在 K 线.
12
定量分析
因为Ｘ射线荧光分析得到的是相对分 析值，所以进行定量分析时需要标样．选 定分光晶体和检测器，统计测量样品发出 的Ｘ射线荧光的强度，将已知含量的标准 样品和未知样品在同一条件下测定，确定 未知样品的含量．
检出限
对于固体和粉末样品,轻元素的检出 限为50µg/g,重元素为5µg/g.轻元素的灵 敏度低是因为它们的荧光产生率(变成X射 线的比率)小.
16
17
射
荧反
全
析
光 分
射 线
X
Total—Reflection X—Ray Fluorescence Analysis
X射线 荧光基础
光谱机理
用化学联(IUPAC)的
定义，TXRF是一种
微量分析
（Microanalysis）
方法，而且总是需要
将样品进行一定的预
处理制备成溶液、悬
浊液、细粉或 薄片，
而一般原样很少能直
接分析。
27
参考文献: «X射线荧光光谱分析 作者:吉昂 陶光仪 卓尚军 罗立 强 科学出版社
全反射X射线荧光分析 作者:(德)赖因霍尔德·克洛肯凯 帕 原子能出版社
21
但应该指出，与现代的其他多元素分析技术，如电 感耦合等离子体光谱(ICP-AEC)、电感耦合等离子 体质谱(ICP-MS)和仪器中子活化分析(INAA)相比，
XRF最明显的缺点就是灵敏度低、取样量大。
22
由于常规XRF的入
射束一般采用大于 40度的入射角，不
仅样品会产生二次 X射线，载体材料 也会受到激发从而 在记录谱上产生峰， 对测量形成干扰。
3)若存在 K或L谱线，则需进行强度比的计算以 确定该元素的存在．
4)微量元素，有时只存在 K 线.
12
定量分析
因为Ｘ射线荧光分析得到的是相对分 析值，所以进行定量分析时需要标样．选 定分光晶体和检测器，统计测量样品发出 的Ｘ射线荧光的强度，将已知含量的标准 样品和未知样品在同一条件下测定，确定 未知样品的含量．
荧光光谱分析法课件
详细描述
通过观察化学反应过程中荧光强度的变化，可以了解反应过程中各组分的浓度变化，从而推算出反应速率常数和 反应机理等信息。
利用荧光光谱法研究化学反应的动力学过程
2. 在不同时间点测量荧光 光谱并记录数据。
1. 选择适当的荧光标记的 化学反应体系。
实验步骤
01
03 02
利用荧光光谱法研究化学反应的动力学过程
总结词
荧光光谱法可用于研究生物大分子间的相互作用，如蛋白质蛋白质、DNA-蛋白质等相互作用。
详细描述
荧光光谱法通过观察荧光标记的生物大分子在相互作用前后 的光谱变化，可以了解生物大分子间的结合方式、亲和力以 及作用机制等信息。
利用荧光光谱法研究生物大分子的相互作用
实验步骤
1
2
1. 将荧光标记的生物大分子进行纯化和制备。
荧光光谱分析法课件
目录 CONTENT
• 荧光光谱分析法概述 • 荧光光谱分析法的基本原理 • 荧光光谱分析法的实验技术 • 荧光光谱分析法的数据处理与分
析 • 荧光光谱分析法的实验案例 • 荧光光谱分析法的展望与未来发
展
01
荧光光谱分析法概述
定义与原理
定义
荧光光谱分析法是一种基于物质吸收 光能后发射荧光特性进行物质成分和 结构分析的方法。
激发态的衰变
电子从激发态返回基态时，以辐射或非辐射方式释放能量，产生荧 光光谱。
荧光光谱的产生机制
荧光光谱是由分子吸收光能后，通过内部转换、振动弛豫和辐射跃 迁等过程产生的。
荧光光谱的组成与特征
荧光光谱的组成
荧光光谱由发射峰、激发峰和斯托克斯位移组成。
荧光光谱的特征
荧光光谱的特征与分子结构、环境因素和激发波长等有关，可用于分析分子的 结构和性质。
通过观察化学反应过程中荧光强度的变化，可以了解反应过程中各组分的浓度变化，从而推算出反应速率常数和 反应机理等信息。
利用荧光光谱法研究化学反应的动力学过程
2. 在不同时间点测量荧光 光谱并记录数据。
1. 选择适当的荧光标记的 化学反应体系。
实验步骤
01
03 02
利用荧光光谱法研究化学反应的动力学过程
总结词
荧光光谱法可用于研究生物大分子间的相互作用，如蛋白质蛋白质、DNA-蛋白质等相互作用。
详细描述
荧光光谱法通过观察荧光标记的生物大分子在相互作用前后 的光谱变化，可以了解生物大分子间的结合方式、亲和力以 及作用机制等信息。
利用荧光光谱法研究生物大分子的相互作用
实验步骤
1
2
1. 将荧光标记的生物大分子进行纯化和制备。
荧光光谱分析法课件
目录 CONTENT
• 荧光光谱分析法概述 • 荧光光谱分析法的基本原理 • 荧光光谱分析法的实验技术 • 荧光光谱分析法的数据处理与分
析 • 荧光光谱分析法的实验案例 • 荧光光谱分析法的展望与未来发
展
01
荧光光谱分析法概述
定义与原理
定义
荧光光谱分析法是一种基于物质吸收 光能后发射荧光特性进行物质成分和 结构分析的方法。
激发态的衰变
电子从激发态返回基态时，以辐射或非辐射方式释放能量，产生荧 光光谱。
荧光光谱的产生机制
荧光光谱是由分子吸收光能后，通过内部转换、振动弛豫和辐射跃 迁等过程产生的。
荧光光谱的组成与特征
荧光光谱的组成
荧光光谱由发射峰、激发峰和斯托克斯位移组成。
荧光光谱的特征
荧光光谱的特征与分子结构、环境因素和激发波长等有关，可用于分析分子的 结构和性质。
荧光光谱 课件
荧含量光分光光度法测定维生素B2的
背景知识
原子光谱
原子吸收 原子发射
原子荧光
光谱分析
紫外-可见光谱 分子吸收 (对光的吸收) 红外光谱
分子光谱
光致发光：荧光、磷光 分子发光
其他形式发光：化学发光等
2
荧光光度分析法
某些物质受到光照射，除吸收某种波长的光之外，发射出 比原来所吸收光的波长更长的光——光致发光（二级光）。
Fluorescence Intensity
4800
4200
3600
3000
C
2400
1800
1200
600
0 550 560 570 580 590 600 610 620
Wavelength(nm)
当a和I0一定时 并且浓度C很小时,荧光强度与荧光物质浓 度成正比
F = K·C (K 为常数)
（☆注意：在一定浓度范围内适用）
3、标准系列溶液的配制
在五个干净的50 mL容量瓶中，分别加入1.00 mL，1.50 mL，2.00 mL，2.50 mL和3.00 mLVB2标准溶液．蒸馏水定容 至50 mL，摇匀备用。
3、激发光和荧光波长的选择
转移部分溶液至石英比色皿中，首先任意确定激发波长
（如400nm），在480－580nm波长范围内对荧光波长扫描，记
固定激发光波长（最大）然后测定不同的波长时所发射的荧 光强度即可绘制荧光发射光谱曲线。
6
A.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
萘的激发光谱、荧光光谱、磷光光谱
7
荧光定量
F = 2.3I0φfalC
I0：光源强度； φf：荧光量子产率； a：荧光分子的吸收系数 l：试液的吸收光程 C：荧光体浓度）
背景知识
原子光谱
原子吸收 原子发射
原子荧光
光谱分析
紫外-可见光谱 分子吸收 (对光的吸收) 红外光谱
分子光谱
光致发光：荧光、磷光 分子发光
其他形式发光：化学发光等
2
荧光光度分析法
某些物质受到光照射，除吸收某种波长的光之外，发射出 比原来所吸收光的波长更长的光——光致发光（二级光）。
Fluorescence Intensity
4800
4200
3600
3000
C
2400
1800
1200
600
0 550 560 570 580 590 600 610 620
Wavelength(nm)
当a和I0一定时 并且浓度C很小时,荧光强度与荧光物质浓 度成正比
F = K·C (K 为常数)
（☆注意：在一定浓度范围内适用）
3、标准系列溶液的配制
在五个干净的50 mL容量瓶中，分别加入1.00 mL，1.50 mL，2.00 mL，2.50 mL和3.00 mLVB2标准溶液．蒸馏水定容 至50 mL，摇匀备用。
3、激发光和荧光波长的选择
转移部分溶液至石英比色皿中，首先任意确定激发波长
（如400nm），在480－580nm波长范围内对荧光波长扫描，记
固定激发光波长（最大）然后测定不同的波长时所发射的荧 光强度即可绘制荧光发射光谱曲线。
6
A.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
萘的激发光谱、荧光光谱、磷光光谱
7
荧光定量
F = 2.3I0φfalC
I0：光源强度； φf：荧光量子产率； a：荧光分子的吸收系数 l：试液的吸收光程 C：荧光体浓度）
同步荧光光谱法ppt课件
18
一、时间分辨法原理
用短脉冲光源激发的荧光体群体，随时间而衰 变，其衰变率为
dN (t) ( k)N (t)
dt
N(t) dN (t)
( k)
t
dt
N0 N (t)
0
受激分子的寿命 ( k)1
t
N (t) N0e
t
t
F (t) N0e F0 e
19
用 F(t) 或 N(t) 对 t 作图
B图 57℃ 1.8 ns, 8.0 ns, 12.2 ns
33
4-5 相分辨荧光法 （ Frequency-Domain Fluorometry
/Phase-Modulation Fluorometry)
34
The objective of both time-domain and frequency-domain fluorometry is to recover the parameter describing the time-resolved decay.
苊(Ace )，2,3-苯并芴(BF)，蒽(Ant)， 苯并芘(Bap)， 苝(Per)
用标准加入法计算2,3-苯并芴 （2）低温固定能量同步荧光法
12
煤液化样品中各种有机物 的同步荧光光谱
煤液化样品的固定波长同步 荧光光谱
13
2、同步荧光法在医药检验方面的应用 （1）违禁药品中苯丙胺和吗啡加奎宁麦角酸 二乙酰胺的测定
45
3、相分辨荧光法与时间分辨荧光法比较 用于荧光参数测量的仪器可分为两大类
稳态测量 steady-state 时间依赖的测量 time dependent 相分辨荧光法与时间分辨荧光法本质上 都是时间依赖或时间分辨的测量。
一、时间分辨法原理
用短脉冲光源激发的荧光体群体，随时间而衰 变，其衰变率为
dN (t) ( k)N (t)
dt
N(t) dN (t)
( k)
t
dt
N0 N (t)
0
受激分子的寿命 ( k)1
t
N (t) N0e
t
t
F (t) N0e F0 e
19
用 F(t) 或 N(t) 对 t 作图
B图 57℃ 1.8 ns, 8.0 ns, 12.2 ns
33
4-5 相分辨荧光法 （ Frequency-Domain Fluorometry
/Phase-Modulation Fluorometry)
34
The objective of both time-domain and frequency-domain fluorometry is to recover the parameter describing the time-resolved decay.
苊(Ace )，2,3-苯并芴(BF)，蒽(Ant)， 苯并芘(Bap)， 苝(Per)
用标准加入法计算2,3-苯并芴 （2）低温固定能量同步荧光法
12
煤液化样品中各种有机物 的同步荧光光谱
煤液化样品的固定波长同步 荧光光谱
13
2、同步荧光法在医药检验方面的应用 （1）违禁药品中苯丙胺和吗啡加奎宁麦角酸 二乙酰胺的测定
45
3、相分辨荧光法与时间分辨荧光法比较 用于荧光参数测量的仪器可分为两大类
稳态测量 steady-state 时间依赖的测量 time dependent 相分辨荧光法与时间分辨荧光法本质上 都是时间依赖或时间分辨的测量。
荧光光谱分析法
荧光分析法是根据物质的荧光谱线的位置及其强度进 行物质鉴定和含量测定的仪器方法。
3
分子荧光分析的特点：
1. 灵敏度高：一般紫外一可见分光光度法的检出 限约为10-7g/ml，而荧光分析法的检出限可达到 10-10甚至10-12 g/ml。
2. 选择性好 3. 线性范围宽 4. 应用范围窄
4
第一节
6
小结：分子能级与跃迁 基态(S0)→激发态：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，发生的几率大； 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 … ；
电子能级的多重性 M=2S+1
（2）荧光的发射光谱（荧光光谱） 荧光光谱表示在所发射的荧光中各种波长组分的相对强
度。绘制发射光谱时， 使激发光波长固定在lex处，然后对发 射光谱扫描，测定各种波长下相应的荧光强度，以荧光强度 F 对发射波长l作图，得发射光谱图（即荧光光谱）。
发射光谱（荧光光谱）的位置 磷光光谱的位置
荧光发射光谱 荧光激发光谱
17
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；
基态上的某振动能级若跃迁到第一激发态的某振动能 级的几率较大的话，相反跃迁也如此。
二、荧光的产生与分子结构的关系
relation between fluorescence and molecular structure
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。
荧光量子产率（）：
发射的光量子数
吸收的光量子数
如果一个分子将吸收的光子全部释放，则其量子产率为100%。 物质的荧光量子产率范围一般是多少
原子荧光光谱法PPT课件
可用氩气来稀释火焰，减小猝灭现象。.源自6三．原子荧光光谱仪
原子荧光仪分为两类，色散型和非色散型。 荧光仪与原子吸收仪相 似，但光源与其他部件不在一条直线上，而是900 直角，而避免激发光 源发射的辐射对原子荧光检测信号的影响。
滤光片 非色散型
激发光源：空心阴极灯或氙 弧灯
原子化器：与原子吸收法相同
色散系统：色散型-光栅 非色散型-滤光片
原子荧光光谱法
Atomic Fluorescence Spectrometry(AFS)
.
1
一、概述
原子荧光光谱法的特点
(1) 有较低的检出限，灵敏度高。 (2) 干扰较少，谱线比较简单。 (3) 仪器结构简单，价格便宜。 (4) 分析校准曲线线性范围宽，可达3～5个数量级。 (5) 由于原子荧光是向空间各个方向发射的，比较容易
色散型
检测系统：光电倍增管
数据处理和仪器控制系统
氢化物发生系统
.
7
氢化物（蒸气）发生 原子荧光法
原理
As、Sb、Bi、Se、Te、Pb、Sn、Ge 8个 元素可形成气态氢化物，Cd、Zn形成气态 组分，Hg形成原子蒸气。
气态氢化物、气态组分通过原子化器原子 化形成基态原子，基态原子蒸气被激发而 产生原子荧光
光学系统
简化结构；光程短； 增强荧光信号强度
.
原子荧光仪器2结2 构
通道
单道、双道、三道、四道 优势： 多元素同时测定；单道增强
多通道设计
.
原子荧光仪器2结3 构
检测器
日盲光电倍增管
检测波长范围： 160nm~320nm
.
原子荧光仪器2结4 构
制作多道仪器，因而能实现多元素同时测定。
(6) 缺点 存在荧光淬灭效应、散射光干扰等问题；
原子荧光仪分为两类，色散型和非色散型。 荧光仪与原子吸收仪相 似，但光源与其他部件不在一条直线上，而是900 直角，而避免激发光 源发射的辐射对原子荧光检测信号的影响。
滤光片 非色散型
激发光源：空心阴极灯或氙 弧灯
原子化器：与原子吸收法相同
色散系统：色散型-光栅 非色散型-滤光片
原子荧光光谱法
Atomic Fluorescence Spectrometry(AFS)
.
1
一、概述
原子荧光光谱法的特点
(1) 有较低的检出限，灵敏度高。 (2) 干扰较少，谱线比较简单。 (3) 仪器结构简单，价格便宜。 (4) 分析校准曲线线性范围宽，可达3～5个数量级。 (5) 由于原子荧光是向空间各个方向发射的，比较容易
色散型
检测系统：光电倍增管
数据处理和仪器控制系统
氢化物发生系统
.
7
氢化物（蒸气）发生 原子荧光法
原理
As、Sb、Bi、Se、Te、Pb、Sn、Ge 8个 元素可形成气态氢化物，Cd、Zn形成气态 组分，Hg形成原子蒸气。
气态氢化物、气态组分通过原子化器原子 化形成基态原子，基态原子蒸气被激发而 产生原子荧光
光学系统
简化结构；光程短； 增强荧光信号强度
.
原子荧光仪器2结2 构
通道
单道、双道、三道、四道 优势： 多元素同时测定；单道增强
多通道设计
.
原子荧光仪器2结3 构
检测器
日盲光电倍增管
检测波长范围： 160nm~320nm
.
原子荧光仪器2结4 构
制作多道仪器，因而能实现多元素同时测定。
(6) 缺点 存在荧光淬灭效应、散射光干扰等问题；
荧光光谱的原理及应用ppt课件
58
Rhodamine 101
100
Rhodamine 6G
95
Rhodamine B
31
Tryptophan
13
L-Tyrosine
14
可编辑课件PPT
Conditions for Measurement
PBS PBS Methol 0.1M NaOH, 220C Cyclohexane 0.1 M H2SO4, 220C Ethanol Water
13
荧光波长和强度与结构的关系
①跃迁类型（pi->pi*荧光比较强，即有双键的物质荧光强） ②共轭效应（共轭体系是pi电子更容易被激发，荧光强） ③刚性平面结构（有这种结构的分子可以减小分子的振动，碰撞失活
可能性小，荧光强） ④取代基效应（给电子基团，荧光增强；吸电子基团，荧光减弱甚至
猝灭）
荧光光谱的原理及其在分 子自组装中的应用
郑永丽 上海交通大学化学化工学院
20131115
可编辑课件PPT
1
主要内容
概述 荧光光谱法原理 荧光的光谱特性 我们有关荧光的工作
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2
概述
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基本概念
能级: 现代量子物理学认为原子的可能状态是不连续的， 因此各状态对应能量也是不连续的。这些能量值就是能级
温度，溶剂，激发波长，浓度
应用：
量子产率取决于辐射和非辐射跃迁过程，即荧光发射、系 间跨越、外转移和内转移等的相对速率
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常用物质的量子产率
Q.Y. Standards
Q.Y. [%]
Cy3
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❖ 产生荧光的第二个必要条件是：吸收了与其本身特征频率相同的能量 之后的分子，必须具有高的荧光效率。
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强荧光物质的结构特征
❖ 分子吸收辐射的能力愈强，则产生的荧光或磷光也愈强。能强烈发光 的分子几乎都是通过吸收π→π*跃迁而到达电子激发态的。因此， 只有那些具有共轭双键，尤其是具有刚性、平面和多环结构的分子有 利于发光。
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❖ 3、降落到第一电子激发态的最低振动能级的分子，继续降落到基态 的各个不同振动能级，同时发射出相应的光量子，这就是荧光；
❖ 4、到达基态的各个不同振动能级的分子，再通过无辐射跃迁最后回 到基态的最低振动能级。
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12
分子产生荧光必须具备两个条件：
❖ 第一个必要条件是：该物质的分子必须具有与所照射的光线相同的频 率，这与分子的结构密切有关。
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kf_强荧光物质（ kf值大）特征：有大的共轭双键、刚性平面多环结构 、最低单重激发态S1，取代基为给电子基。这均由分子的性质和结 构决定，即内因。
kf是S*→ S电子跃迁几率的量度。这意味着影响分子吸收带强度的因素 也将影响kf，因此吸收带的ε最大能作kf的定性量度。当ε最大降低 时可看到kf相应地降低。
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二、荧光猝灭
广义的说，指任何可使物质荧光强度下降的 作用，任何可使荧光强度不与荧光物质的浓 度呈线性关系的作用，或任何可使荧光量子 产率降低的作用。 狭义的说，指荧光分子与溶剂分子或溶质分 子之间所发生的导致荧光强度下降的物理或 化学作用过程。 荧光猝灭剂：与荧光物质分子发生相互作用而引起荧光强度下降的物质
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d. 根据Frankcondon原理，电子跃迁过程中核的相对位置不变（近似的 ），若吸收光谱中某一振动带的跃迁几率最大，则在荧光发射光谱 中，其相反跃迁的几率也应最大(说明高峰对高峰，低峰对低峰）非 镜像对称的峰出现，则表示有散射光或杂质存在。
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二、产生荧光的过程和条件
O
CC
3b
Counts
60000 40000
O C 2H 5
20000
0 300 350 400 450 500 550 600
Wavelength (nm)
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8
从图可看出激发光谱同荧光光谱大致成
镜相对称 a.荧光光谱(发射光谱）形状与基态S0振能级的分布情况（即能量间
隔情况）有关 b. 激发光谱(吸收谱)形状与激发态S1振动能级的分布有关 c. S0、、S1态中振动能级的分布是相似的(说明峰形状相 似）
❖ 由第一电子激发态的最低振动能级继续往下降落至基态的各个不同振动 能级时，则以光的形式发出，所产生的光即是荧光．
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6
荧光光谱和吸收光谱的“镜象对称”关系
蒽的乙醇溶液的荧光光谱（右）和吸收光谱（左）
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100000 80000
C H 2C H C H 2
369
431 O
N
第五章 荧光光谱法
当紫外光照射到某些物质的时傀这些物质会发射出各种颜色和不同强 度的可见光，而当紫外光停止照射时，这种光线也加之很快地消失， 这种光线称为荧光。
利用某些物质被紫外光照射后所产生的、能够反映出该物质特性的荧 光，以进行该物质的定性分析和定量分机称为荧光分析。
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❖ 荧光分析的灵敏度一般都高过应用最广泛的比色法和分光光度法。比 色法及分光光度法的灵敏度通常在千万分之几；而荧光分析法的灵敏 度常达亿分之几，甚至有千亿分之几的。
❖ 荧光光谱表示在该物质所产生的荧光中各种不同波长组分的比较强度 。
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吸收光谱和荧光光谱能级跃迁示意图
吸光 吸光
无辐射 荧光
3
2 1
S2
V=0
系间窜跃 磷光
热激活
3
2 1
S1
V=0
T1 迟滞荧光
3பைடு நூலகம்
2 1
S0
V=0
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5
❖ 大多数的分子在吸收了光而被激发至第一或以上的电子激发态的各个振 动能级之后，通常急剧降落至第一电子激发态的最低振动能级，在达一 过程中它们和同类分子或其它分子碰撞而消耗了相当于这些能级之间的 能量，因而不发出光，即无辐射跃迁。
❖ 为吸收必须先于荧光发射。由于碰撞和热的耗散常使一部分吸收能丧 失，剩余荧光的能量比吸收的能量小，因此荧光在更长的波长发射。
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3
一、荧光的产生
❖ 如果使激发光的波长和强度保持不变，而让荧光物质所产生的的荧光 通过单色器而照射于探测器上，移动单色器至各种不同波长并由探测 器测得荧光强度，然后以荧光强度对照着荧光波长所绘成的曲线称为 该荧光物质的荧光发射光谱，简称荧光光谱。
❖ 荧光物质产生荧光的过程可以分为这样四个步骤：
❖ 1、处于基态最低振动能级的荧光物质分子受到紫外线的照射，吸收 了和它所具有的特征频率相一致的光线，跃迁到第一电子激发态的各 个振动能级；
❖ 2、被激发到第一电子激发态的各个振动能级的分子，通过无辐射跃 迅降落到第一电子激发态的最低振动能级；
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❖ 荧光分析法的另一优点是选择性高。
❖ 荧光分析法还有方法快捷，重现性好，取样容易，试样需要少等优点 。
❖ 荧光分析法也有它的不足之处。主要是指它比起其它方法来说应用范 围还不够广泛。因为有许多物质本身不会产生荧光。
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第一节 荧光光谱的基本原理
❖ 荧光是分子从激发态的最低振动能级回到它原来的基态时发射的光， 激发的完成是由于光的吸收。吸收与荧光密切相关，因
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第二节 荧光效率及影响因素
❖一、荧光效率
表示物质发射荧光的能力 = 发射荧光分子数 / 激发分子总数
或 = 发射荧光量子数 / 吸收光量子数
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Kc、kc’和kx：非辐射去能量 过程的速度常数；kf和kp依 次表示荧光和磷光过程速
度常数；凡是能使kf 值升 高而使其它ki值降低的因素，
都可增强荧光。
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荧光过程的量子效率φf :
f
kf
kf kc kx
如kf>>kc和kx，φf→1。如kc或 kx>>kf，则φf → 0。
kf , kp----决定于分子结构;kx-----决定于分子结 构，受环境有一定影响
Kc ，kc，-受环境影响强烈，而受分子结构影响较小
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强荧光物质的结构特征
❖ 分子吸收辐射的能力愈强，则产生的荧光或磷光也愈强。能强烈发光 的分子几乎都是通过吸收π→π*跃迁而到达电子激发态的。因此， 只有那些具有共轭双键，尤其是具有刚性、平面和多环结构的分子有 利于发光。
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❖ 3、降落到第一电子激发态的最低振动能级的分子，继续降落到基态 的各个不同振动能级，同时发射出相应的光量子，这就是荧光；
❖ 4、到达基态的各个不同振动能级的分子，再通过无辐射跃迁最后回 到基态的最低振动能级。
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分子产生荧光必须具备两个条件：
❖ 第一个必要条件是：该物质的分子必须具有与所照射的光线相同的频 率，这与分子的结构密切有关。
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kf_强荧光物质（ kf值大）特征：有大的共轭双键、刚性平面多环结构 、最低单重激发态S1，取代基为给电子基。这均由分子的性质和结 构决定，即内因。
kf是S*→ S电子跃迁几率的量度。这意味着影响分子吸收带强度的因素 也将影响kf，因此吸收带的ε最大能作kf的定性量度。当ε最大降低 时可看到kf相应地降低。
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二、荧光猝灭
广义的说，指任何可使物质荧光强度下降的 作用，任何可使荧光强度不与荧光物质的浓 度呈线性关系的作用，或任何可使荧光量子 产率降低的作用。 狭义的说，指荧光分子与溶剂分子或溶质分 子之间所发生的导致荧光强度下降的物理或 化学作用过程。 荧光猝灭剂：与荧光物质分子发生相互作用而引起荧光强度下降的物质
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d. 根据Frankcondon原理，电子跃迁过程中核的相对位置不变（近似的 ），若吸收光谱中某一振动带的跃迁几率最大，则在荧光发射光谱 中，其相反跃迁的几率也应最大(说明高峰对高峰，低峰对低峰）非 镜像对称的峰出现，则表示有散射光或杂质存在。
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二、产生荧光的过程和条件
O
CC
3b
Counts
60000 40000
O C 2H 5
20000
0 300 350 400 450 500 550 600
Wavelength (nm)
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从图可看出激发光谱同荧光光谱大致成
镜相对称 a.荧光光谱(发射光谱）形状与基态S0振能级的分布情况（即能量间
隔情况）有关 b. 激发光谱(吸收谱)形状与激发态S1振动能级的分布有关 c. S0、、S1态中振动能级的分布是相似的(说明峰形状相 似）
❖ 由第一电子激发态的最低振动能级继续往下降落至基态的各个不同振动 能级时，则以光的形式发出，所产生的光即是荧光．
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荧光光谱和吸收光谱的“镜象对称”关系
蒽的乙醇溶液的荧光光谱（右）和吸收光谱（左）
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C H 2C H C H 2
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431 O
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第五章 荧光光谱法
当紫外光照射到某些物质的时傀这些物质会发射出各种颜色和不同强 度的可见光，而当紫外光停止照射时，这种光线也加之很快地消失， 这种光线称为荧光。
利用某些物质被紫外光照射后所产生的、能够反映出该物质特性的荧 光，以进行该物质的定性分析和定量分机称为荧光分析。
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❖ 荧光分析的灵敏度一般都高过应用最广泛的比色法和分光光度法。比 色法及分光光度法的灵敏度通常在千万分之几；而荧光分析法的灵敏 度常达亿分之几，甚至有千亿分之几的。
❖ 荧光光谱表示在该物质所产生的荧光中各种不同波长组分的比较强度 。
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吸收光谱和荧光光谱能级跃迁示意图
吸光 吸光
无辐射 荧光
3
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S2
V=0
系间窜跃 磷光
热激活
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S1
V=0
T1 迟滞荧光
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S0
V=0
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❖ 大多数的分子在吸收了光而被激发至第一或以上的电子激发态的各个振 动能级之后，通常急剧降落至第一电子激发态的最低振动能级，在达一 过程中它们和同类分子或其它分子碰撞而消耗了相当于这些能级之间的 能量，因而不发出光，即无辐射跃迁。
❖ 为吸收必须先于荧光发射。由于碰撞和热的耗散常使一部分吸收能丧 失，剩余荧光的能量比吸收的能量小，因此荧光在更长的波长发射。
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一、荧光的产生
❖ 如果使激发光的波长和强度保持不变，而让荧光物质所产生的的荧光 通过单色器而照射于探测器上，移动单色器至各种不同波长并由探测 器测得荧光强度，然后以荧光强度对照着荧光波长所绘成的曲线称为 该荧光物质的荧光发射光谱，简称荧光光谱。
❖ 荧光物质产生荧光的过程可以分为这样四个步骤：
❖ 1、处于基态最低振动能级的荧光物质分子受到紫外线的照射，吸收 了和它所具有的特征频率相一致的光线，跃迁到第一电子激发态的各 个振动能级；
❖ 2、被激发到第一电子激发态的各个振动能级的分子，通过无辐射跃 迅降落到第一电子激发态的最低振动能级；
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❖ 荧光分析法的另一优点是选择性高。
❖ 荧光分析法还有方法快捷，重现性好，取样容易，试样需要少等优点 。
❖ 荧光分析法也有它的不足之处。主要是指它比起其它方法来说应用范 围还不够广泛。因为有许多物质本身不会产生荧光。
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第一节 荧光光谱的基本原理
❖ 荧光是分子从激发态的最低振动能级回到它原来的基态时发射的光， 激发的完成是由于光的吸收。吸收与荧光密切相关，因
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第二节 荧光效率及影响因素
❖一、荧光效率
表示物质发射荧光的能力 = 发射荧光分子数 / 激发分子总数
或 = 发射荧光量子数 / 吸收光量子数
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Kc、kc’和kx：非辐射去能量 过程的速度常数；kf和kp依 次表示荧光和磷光过程速
度常数；凡是能使kf 值升 高而使其它ki值降低的因素，
都可增强荧光。
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荧光过程的量子效率φf :
f
kf
kf kc kx
如kf>>kc和kx，φf→1。如kc或 kx>>kf，则φf → 0。
kf , kp----决定于分子结构;kx-----决定于分子结 构，受环境有一定影响
Kc ，kc，-受环境影响强烈，而受分子结构影响较小
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