第九章分子荧光光谱法Molecular-fluorescence-spectroscopy
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减弱或消失，称为荧光熄灭（或猝灭）。
辐射跃迁:
荧光：受光激发的分子从第一激发单重态的最低振 动能级回到基态所发出的辐射。寿命为10-8 ~ 10 -11s。 由于是相同多重态之间的跃迁，几率较大，速度 大，速率常数kf为106~109 s-1。
磷光： 从第一激发三重态的最低振动能级回到基态 所发出的辐射。由于磷光的产生伴随自旋多重态的 改变，辐射速度远小于荧光，磷光寿命为10-4 ~10s。
第四章§4 荧光光谱
Molecular fluorescence spectroscopy
光致发光和分子荧光光谱法 荧光光谱法基本原理 荧光分析仪器和荧光法的应用
光致发光（Photoluminescence）:
荧光和磷光是分子吸收光成为激发态分子，在返回基态 时的发光现象，称为光致发光。 特点： ★灵敏度高，检测限比吸收光谱法低1~3个数量级； ★线性范围宽； ★选择性比吸收光谱法好，因为能产生紫外可见吸收的分子 不一定发射荧光或磷光； ★应用范围不如吸收光谱法广，因为有的分子不发荧光。
荧光量子产率（ϕ）：
ϕ
=
发射的光量子数 吸收的光量Fra Baidu bibliotek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；
2.化合物的结构与荧光
（1）跃迁类型：π* → π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； （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 素有很强的荧光，酚酞却没有。
电子由S0进入T1的可能过程：（ S0 → T1为禁阻跃迁） S0 →激发→振动弛豫→内转移→系间跨越→振动弛豫→ T1
发光速度很慢： 10-4～10 s 。 光照停止后，可持续一段时间。
二、激发光谱与荧光(磷光)光谱
1.荧光(磷光) 激发的光谱曲线 固定测量波长(选最大发射波长),凝聚态物质发射的荧光
（4）取代基效应：芳环 上有供电基，使荧光增 强。
3.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 的荧光，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。
4、溶液荧光的猝灭
碰撞猝灭： 氧的熄灭作用等。
四、仪器结构流程
辐射复合发光过程：
1. 自由激子复合(X)； 2. 导带电子—中性受主复合
(e，A0)； 3. 施主—受主对复合
(D0，A0)； 4. 束缚于中性施主上的——
激子复合 (D0，X)； 5. 中性施主——价带空穴的复合(D0，h)；
中性受主、电离施主或受主上的和等电子杂质上的束缚激子复合而发 光。
3.激发光谱与发射光谱的关系
(磷光)强度与照射光波长的关系曲线 （图中曲线Ⅰ） 。 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；
2.荧光光谱(或磷光)光谱 固定激发光波长(选最大激发波长),凝聚态物质发射的荧
光(或磷光)强度与发射光波长关系曲线(图中曲线Ⅱ 或 Ⅲ)。
荧光发射光谱 荧光激发光谱
磷光光谱
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
200 260 320 380 440 500 560 620 室温下菲的乙醇溶液荧（磷）光光谱
2. 激发态分子的失活: 激发态分子不稳定，它要以辐射
或无辐射跃迁的方式回到基态。
λ1
λ2
λ2/
λ3
λ4
无辐射跃迁:
(1) 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，其效率较高。 (2) 内转换：相同多重态的两个电子能级间，电子由高能级 回到低能级的分子内过程。 (3) 系间窜越： 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。 (3) 外转换：激发态分子与溶剂或其它溶质相互作用、能量 转换而使荧光 （或磷光）减弱甚至消失的过程。荧光强度的
该型仪器可进 行荧光、磷光 的发光分析；
同步扫描技术
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(Δλ)和固定能量差及可 变波长三种；
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，因为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(如能级图中的λ1 ，λ2)，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(如λ2/ )。
基于化合物的荧光测量分析方法称为分子荧光光谱法。
一、荧光光谱法基本原理
分子的激发与失活
1. 分子的多重态
单重态 一个所有电子自旋都配对 的分子的电子状态。大多数有机 物分子的基态是单重态。当基态 一对电子中的一个被激发到较高 能级，其自旋方向不会立刻改 变，分子仍处于单重态。
三重态 有两个电子的自旋不配对 而平行的状态。激发三重态能量 较激发单重态低。
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。
仪器框图
辐射能量传递过程
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λ2/的荧光；10-7～10-9 s 。
由图可见，发射荧光的能量比分子吸收的能量小，波长更
长： λ2/ > λ2 > λ1 ；
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）；
c. 镜像规则（位型） 通常荧光发射光谱与它的吸收光谱（与激发光谱
形状一样）成镜像对称关系。
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，相反的 跃迁亦然。
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。
辐射跃迁:
荧光：受光激发的分子从第一激发单重态的最低振 动能级回到基态所发出的辐射。寿命为10-8 ~ 10 -11s。 由于是相同多重态之间的跃迁，几率较大，速度 大，速率常数kf为106~109 s-1。
磷光： 从第一激发三重态的最低振动能级回到基态 所发出的辐射。由于磷光的产生伴随自旋多重态的 改变，辐射速度远小于荧光，磷光寿命为10-4 ~10s。
第四章§4 荧光光谱
Molecular fluorescence spectroscopy
光致发光和分子荧光光谱法 荧光光谱法基本原理 荧光分析仪器和荧光法的应用
光致发光（Photoluminescence）:
荧光和磷光是分子吸收光成为激发态分子，在返回基态 时的发光现象，称为光致发光。 特点： ★灵敏度高，检测限比吸收光谱法低1~3个数量级； ★线性范围宽； ★选择性比吸收光谱法好，因为能产生紫外可见吸收的分子 不一定发射荧光或磷光； ★应用范围不如吸收光谱法广，因为有的分子不发荧光。
荧光量子产率（ϕ）：
ϕ
=
发射的光量子数 吸收的光量Fra Baidu bibliotek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；
2.化合物的结构与荧光
（1）跃迁类型：π* → π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； （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 素有很强的荧光，酚酞却没有。
电子由S0进入T1的可能过程：（ S0 → T1为禁阻跃迁） S0 →激发→振动弛豫→内转移→系间跨越→振动弛豫→ T1
发光速度很慢： 10-4～10 s 。 光照停止后，可持续一段时间。
二、激发光谱与荧光(磷光)光谱
1.荧光(磷光) 激发的光谱曲线 固定测量波长(选最大发射波长),凝聚态物质发射的荧光
（4）取代基效应：芳环 上有供电基，使荧光增 强。
3.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 的荧光，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。
4、溶液荧光的猝灭
碰撞猝灭： 氧的熄灭作用等。
四、仪器结构流程
辐射复合发光过程：
1. 自由激子复合(X)； 2. 导带电子—中性受主复合
(e，A0)； 3. 施主—受主对复合
(D0，A0)； 4. 束缚于中性施主上的——
激子复合 (D0，X)； 5. 中性施主——价带空穴的复合(D0，h)；
中性受主、电离施主或受主上的和等电子杂质上的束缚激子复合而发 光。
3.激发光谱与发射光谱的关系
(磷光)强度与照射光波长的关系曲线 （图中曲线Ⅰ） 。 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；
2.荧光光谱(或磷光)光谱 固定激发光波长(选最大激发波长),凝聚态物质发射的荧
光(或磷光)强度与发射光波长关系曲线(图中曲线Ⅱ 或 Ⅲ)。
荧光发射光谱 荧光激发光谱
磷光光谱
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
200 260 320 380 440 500 560 620 室温下菲的乙醇溶液荧（磷）光光谱
2. 激发态分子的失活: 激发态分子不稳定，它要以辐射
或无辐射跃迁的方式回到基态。
λ1
λ2
λ2/
λ3
λ4
无辐射跃迁:
(1) 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，其效率较高。 (2) 内转换：相同多重态的两个电子能级间，电子由高能级 回到低能级的分子内过程。 (3) 系间窜越： 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。 (3) 外转换：激发态分子与溶剂或其它溶质相互作用、能量 转换而使荧光 （或磷光）减弱甚至消失的过程。荧光强度的
该型仪器可进 行荧光、磷光 的发光分析；
同步扫描技术
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(Δλ)和固定能量差及可 变波长三种；
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，因为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(如能级图中的λ1 ，λ2)，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(如λ2/ )。
基于化合物的荧光测量分析方法称为分子荧光光谱法。
一、荧光光谱法基本原理
分子的激发与失活
1. 分子的多重态
单重态 一个所有电子自旋都配对 的分子的电子状态。大多数有机 物分子的基态是单重态。当基态 一对电子中的一个被激发到较高 能级，其自旋方向不会立刻改 变，分子仍处于单重态。
三重态 有两个电子的自旋不配对 而平行的状态。激发三重态能量 较激发单重态低。
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。
仪器框图
辐射能量传递过程
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λ2/的荧光；10-7～10-9 s 。
由图可见，发射荧光的能量比分子吸收的能量小，波长更
长： λ2/ > λ2 > λ1 ；
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）；
c. 镜像规则（位型） 通常荧光发射光谱与它的吸收光谱（与激发光谱
形状一样）成镜像对称关系。
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，相反的 跃迁亦然。
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。