荧光分析技术与应用

RoHS AnalyzerX射线荧光光谱仪
原子荧光光度计
LS45荧光分光光度计
一、概述 • 3、荧光分析法与 • 紫外－可见分光光度法和红外光谱法的比较：
荧光
相同点 本质 分子光谱 发射光谱
红外和紫外可见
分子光谱 吸收光谱
不同点
灵敏度 选择性
10-8~10-10g/mL 高
10-5~10-7g/mL 一般
荧光分析法（Fluorometry)
一
概述 基本原理 荧光定量分析方法
二 三 四
荧光分析技术与应用
小结
五
二、基本原理
• 1、分子荧光光谱的产生
（1）分子能级与电子能级的多重性(M=2S+1) 单重态（singlet state):总自旋S=0，两个电子自 旋相反，M=2S+1=1,用符号S表示。 三重态（triplet state):总自旋S=1，两个电子 自旋方向平行，M=2S+1=3，用符号T表示。
S0
ν ν4 3 ν2 ν1 ν0
b
c
ν ν4 3 ν2 ν1 ν0 ν ν4 3 ν2 ν1 ν0 ν ν4 3 ν2 ν1 ν0
b
e
T1
特点：发生在同 一个激发态的电子能 级上；时间约10-12秒。
a
d
f
a 吸收；b.振动驰豫；c.内部能量转换；d.荧光；e.体系间跨 越；f.磷光
荧光和磷光产生的示意图
ν ν4 3 ν2 ν1 ν0
b
c
ν ν4 3 ν2 ν1 ν0 ν ν4 3 ν2 ν1 ν0 ν ν4 3 ν2 ν1 ν0
b
e
T1
S0
a d f
a 吸收；b.振动驰豫；c.内部能量转换；d.荧光；e.体系间跨 越；f.磷光
荧光和磷光产生的示意图
二、基本原理
e.磷光（Phosphorescence)：
b
e
T1
S0
a d f
~10秒（分子激发三重
a 吸收；b.振动驰豫；c.内部能量转换；d.荧光；e.体系间跨 越；f.磷光
态的寿命较长） 。
荧光和磷光产生的示意图
二、基本原理 外部能量转换 （external conversion)：
如果分子在溶液中 激发，在激发总分子之 间、分子与溶剂分子之 间或通过与其他分子的 碰撞而失去能量，常以 热能的方式放出，这个 过程称为外部能量转换。 特点：发生分子 与分子的碰撞时；时 间约10-9~10-7秒。
S0
a d
e
T1
动能级有重叠时内部转
换易发生。 秒可完成。 10-1~10-13
f
a 吸收；b.振动驰豫；c.内部能量转换； d.荧光；e.体系间跨越；f.磷光
荧光和磷光产生的示意图
二、基本原理
c.体系间跨越 （intersystem crossing) 受激分子的电子在 S2 * 激发态发生反旋而改变 多重性的过程（如右图 e所示）。 S 1* 例如：S1* T1 特点：振动能级重 迭时，产生体系间跨越 的可能大;跨越后，荧 光量子减弱,甚至会荧 光熄灭.
由第一电子激发态 S * 2 三线态的最低振动能级 跃迁到基态单线态任一 振动能级发射的光量子 S * 1 为磷光. 特点：磷光能量比 荧光小，波长比荧光长; 发射时间长,约为104
b
ν ν4 3 ν2 ν1 ν0
c
ν ν4 3 ν2 ν1 ν0 ν ν4 3 ν2 ν1 ν0 ν ν4 3 ν2 ν1 ν0
S2 *
b S1 * c
ν ν4 3 ν2 ν1 ν0 ν ν4 3 ν2 ν1 ν0 ν ν4 3 ν2 ν1 ν0 ν ν4 3 ν2 ν1 ν0
二、基本原理
b.内部能量转换（internal conversion)： 电子常常由高能级以 S2* 非辐射跃迁方式转移至低
b S 1* b c
ν ν4 3 ν2 ν1 ν0 ν ν4 3 ν2 ν1 ν0 ν ν4 3 ν2 ν1 ν0
ν ν4 3 ν2 ν1 ν0
能级，这种过程称为内部
能量转换. 特点：两个电子的 能级非常靠近以致其振
发生。
在溶液中存在氧分子等顺磁性物质也能增加体系间 跨越的发生几率。
二、基本原理
d.荧光（Fluorescence)： 电子由第一激发态 单线态的最低振动能级 S2* 跃迁到基态的任一振动 能级而发射的光量子为 荧光（如右图d所示）。 S1* 特点：荧光的能 量小于所吸收的紫外 光的能量，故发射荧 光的波长比吸收的紫 外光波长更长；时间 约为10-14~10-8 。
π* π π* π π* π
a 基态单重态 b 激发态单重态 c 激发态三重态
二、基本原理
跃迁类型
单重态
单重态
单重态
三重态
△E 自旋方向 跃迁几率
大 不变 ≈1
跃迁类型的比较
小 改变 10-6（光学禁阻， 几率小）
（2）荧光的产生
处于激发态的分子返回到基态共有以下几种途径：
a.振动驰豫 （vibrational relexation)： S2* 从电子激发态的某一振 动能级到达同一电子激 S 1* 发态的最低振动能级的 过程为振动驰豫（如右 图b所示）。
荧光分析法（Fluorometry)
一
概述 基本原理 荧光定量分析方法 荧光分析技术与应用 小结
二 三 四
五
荧光分析法（Fluorometry)
一
概述 基本原理 荧光定量分析方法 荧光分析技术与应用 小结
二 三 四
五
一、概述
• 1、荧光（Fluorescence)
荧光棒
荧光手镯
物质吸收光子能量而被激发，然后从激发单线态的最 低振动能级回到基态时所发射出的光称为荧光。
一、概述
• 2、荧光分析法（Fluorometry)
根据物质的荧光谱线位置及其强度鉴定物质并测定物 质含量的方法称为荧光分析法。 根据光源不同，荧光可分为X射线荧光法（X-ray fluorometry)、原子荧光法（Atomic Fluorometry)及分子 荧光法（Molecular Fluorometry).
S0
a d f
a 吸收；b.振动驰豫；c.内部能量转换； d.荧光；e.体系间跨越；f.磷光
b
ν ν4 3 ν2 ν1 ν0
c
ν ν4 3 ν2 ν1 ν0 ν ν4 3 ν2 ν1 ν0 ν ν4 3 ν2 ν1 ν0
b
e
T1
荧光和磷光产生的示意图
二、基本原理
影响体系间跨越几率增大的因素： ▲含重原子如碘、溴等的分子，体系间跨越最为常见。 原因：高原子序数的原子中，电子的自旋与轨道 运动之间的相互作用较大，有利于电子自旋反转的