荧光分析法PPT演示课件
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返回14
续前 4、荧光（fluorescence）
过程：电子由单重态的第一激发态最低振动能级跃迁到基态的 任一振动能级而发射的光量子为荧光
特点：发生在激发单重态最低振动能级与基态之间。时间约为 10-7～10-9 s。
注：
发射荧光的能量比吸收的能量小
1 > 0
即发射波长 > 激发波长
15
硫酸奎宁的激发光谱和荧光光谱
或
19
续前
返回2 返20回
11.2.2 激发光谱与发射（荧光）光谱
——荧光物质分子的两个特征光谱
发射波长
激发波长
激发光谱(excitation spectrum)： F~ ex 荧光光谱(fluorescence spectrum)： F~ em
21
激发光（谱二：）（与激吸发收光光谱谱类与似荧）表光示光不谱同激发波长的辐射引起
物质发射某一波长荧光所得的光谱。 方法：固定发射光波长λ em，依次改变激发波长λex，测
荧光强度F，以F-λ ex作图得荧光物质的激发光谱。
发射光谱：（荧光光谱）固定激发光波长λ ex，依次改变发射 波长λ em，测荧光强度F，以F-λ em作图得荧光光谱。
3
续前 荧光分析法分类：根据光源不同进行分类
激发光源
紫外－可见光
X射线
原子特征谱线
荧光分析法
分子荧光法（Molecular Fluorometry) X射线荧光法（X-ray Fluorometry) 原子荧光法（Atomic Fluorometry)
荧光分析法与可见紫外吸收光谱比较
相同点 本质
不同点 灵敏度 选择性
返回18
续前 6、外部能量转换（external conversion)
过程：如果分子在溶液中被激发，激发分子之间、分子与溶剂 之间会发生碰撞而失去能量，这种非辐射跃迁的过程称 为外部能量转换
特点：发生在激发态的最低振动能级和基态之间；所需时间约 为10-7～10-9秒。
结果：导致荧光或磷光减弱，甚至熄灭
分析化学Ⅱ
第十一章 荧光分析法
分析化学教研室
1
荧光分析法（Fluorometry)
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
2
11.1 概述
物质 基态
光照射
吸收
特定光
激发态
无辐射跃迁 放出热能或动能
光致发光 发射荧光和磷光
水溶性荧光黄
物质 基态
荧光分析法：基于对化合物的荧光测量建立起来的分析方法 荧光测量包括：荧光谱线位置及荧光强度
或
11
续前
注：
处于激发态的电子，通过振动弛豫和内部能量 转换，均回到第一激发态的最低振动能级
过程：振动弛豫→内部能量交换→振动弛豫
返回12
续前 3、体系间跨越（intersystem crossing)
过程：处于激发态的电子自旋方向发生改变，而使电子能级的 多重性发生变化的过程
特点：激发单重态与激发三重态振动能级重叠时，产生体系间 的跨越（S1*→T1 ）。
结果：这种跨越会导致荧光强度减弱，甚至熄灭。
13
续前 影响体系间跨越几率增大的因素：
含重原子的分子（如碘、溴等），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 转的发生。
在溶液中存在氧分子等，这些顺磁性物质也能增加体 系间跨越的发生几率。
荧光 分子光谱 发射光谱 10-8~10-10g/ml
高ຫໍສະໝຸດ Baidu
可见紫外
分子光谱
吸收光谱
10-5~10-7g/ml
一般
返4回
11.2 基本原理
11.2.1 分子荧光光谱的产生 11.2.2 激发光谱与发射光谱 11.2.3 分子结构与荧光的关系 11.2.4 影响荧光强度的外部因素
5
11.2.1 分子荧光光谱的产生
一、分子能级与电子能级的多重性
分子的能级包括：电子能级（10ev）、振动能级(0.1ev)
及转动能级(0.001ev)
电子能级的多重性M:M=2S+1；S为总自旋量子数
单重态：两电子自旋方向相反， 自旋量子数分别为 1 和 1
22
singlet state 总自旋量子数 S 1 ( 1) 0
续前
跃迁类型的比较
跃迁类型 基态→激发单重态S*
所需能量
大
自旋方向 跃迁几率
不变 接近于1
基态→激发三重态T* 小 改变
10－6（光学禁阻）
8
续前
二、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：
回基态途径
无辐射跃迁
1
2 36
振动 弛豫
内部能 量转换
体系间 外部能量
跨越
转换
辐射跃迁
45
荧光
22 多重性 M 1
三重态：两电子自旋方向相同， 自旋量子数分别为 1 和 1
22
triplet state 总自旋量子数 S 1 1 1
22
多重性 M 3
6
续前 基态单重态S0
能
π*
量
激发单重态S*
π* π*
激发三重态T
π
π
π
A
B
C
单重态和三重态电子分布
A：基态单重态 B：激发单重态 C：激发三重态 7
磷光
9
续前 1、振动弛豫（vibrational relexation）
过程：从电子激发态的某一振动能级以非辐射跃迁的方式， 回到同一电子激发态的最低振动能级的过程为振动驰豫
特点：发生在同一个电子能级内不同振动能级间的跃迁；时 间约10-12秒。
或
返回10
续前 2、内部能量转换（internal conversion) 过程：当两个电子的能级非常靠近，以致其振动能级有重叠 时，电子常常由高电子能级以非辐射跃迁方式转移至低 电子能级，这种过程称为内部能量转换 特点：发生在非常靠近的两个电子能级间，他们的振动能级有 重叠；时间约10-1～10-13秒。
注：
发射磷光的能量比荧光的能量小 2>1 > 0 即磷光波长 > 荧光波长 > 激发波长
17
续前
荧光与磷光的比较
跃迁
荧光
激发单重态 最低振动能级→基态
磷光
激发三重态 最低振动能级→基态
光电子能量
E激发＞ E荧光＞E磷光
波长 发射时间
λ激发＜ λ荧光＜ λ磷光
10-9~10-7秒
10-4~10秒
激发光谱 激发光谱
荧荧光光光光谱 谱
返16回
续前 5、磷光（phosporescence）
过程：电子由三重态的第一激发态最低振动能级跃迁到基态的 任一振动能级而发射的光量子为磷光
特点：发生在激发三重态最低振动能级与基态之间。分子在三 重态的最低振动能级上可以存活一段时间，发射时间约 为10-4～10 s。
续前 4、荧光（fluorescence）
过程：电子由单重态的第一激发态最低振动能级跃迁到基态的 任一振动能级而发射的光量子为荧光
特点：发生在激发单重态最低振动能级与基态之间。时间约为 10-7～10-9 s。
注：
发射荧光的能量比吸收的能量小
1 > 0
即发射波长 > 激发波长
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硫酸奎宁的激发光谱和荧光光谱
或
19
续前
返回2 返20回
11.2.2 激发光谱与发射（荧光）光谱
——荧光物质分子的两个特征光谱
发射波长
激发波长
激发光谱(excitation spectrum)： F~ ex 荧光光谱(fluorescence spectrum)： F~ em
21
激发光（谱二：）（与激吸发收光光谱谱类与似荧）表光示光不谱同激发波长的辐射引起
物质发射某一波长荧光所得的光谱。 方法：固定发射光波长λ em，依次改变激发波长λex，测
荧光强度F，以F-λ ex作图得荧光物质的激发光谱。
发射光谱：（荧光光谱）固定激发光波长λ ex，依次改变发射 波长λ em，测荧光强度F，以F-λ em作图得荧光光谱。
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续前 荧光分析法分类：根据光源不同进行分类
激发光源
紫外－可见光
X射线
原子特征谱线
荧光分析法
分子荧光法（Molecular Fluorometry) X射线荧光法（X-ray Fluorometry) 原子荧光法（Atomic Fluorometry)
荧光分析法与可见紫外吸收光谱比较
相同点 本质
不同点 灵敏度 选择性
返回18
续前 6、外部能量转换（external conversion)
过程：如果分子在溶液中被激发，激发分子之间、分子与溶剂 之间会发生碰撞而失去能量，这种非辐射跃迁的过程称 为外部能量转换
特点：发生在激发态的最低振动能级和基态之间；所需时间约 为10-7～10-9秒。
结果：导致荧光或磷光减弱，甚至熄灭
分析化学Ⅱ
第十一章 荧光分析法
分析化学教研室
1
荧光分析法（Fluorometry)
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
2
11.1 概述
物质 基态
光照射
吸收
特定光
激发态
无辐射跃迁 放出热能或动能
光致发光 发射荧光和磷光
水溶性荧光黄
物质 基态
荧光分析法：基于对化合物的荧光测量建立起来的分析方法 荧光测量包括：荧光谱线位置及荧光强度
或
11
续前
注：
处于激发态的电子，通过振动弛豫和内部能量 转换，均回到第一激发态的最低振动能级
过程：振动弛豫→内部能量交换→振动弛豫
返回12
续前 3、体系间跨越（intersystem crossing)
过程：处于激发态的电子自旋方向发生改变，而使电子能级的 多重性发生变化的过程
特点：激发单重态与激发三重态振动能级重叠时，产生体系间 的跨越（S1*→T1 ）。
结果：这种跨越会导致荧光强度减弱，甚至熄灭。
13
续前 影响体系间跨越几率增大的因素：
含重原子的分子（如碘、溴等），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 转的发生。
在溶液中存在氧分子等，这些顺磁性物质也能增加体 系间跨越的发生几率。
荧光 分子光谱 发射光谱 10-8~10-10g/ml
高ຫໍສະໝຸດ Baidu
可见紫外
分子光谱
吸收光谱
10-5~10-7g/ml
一般
返4回
11.2 基本原理
11.2.1 分子荧光光谱的产生 11.2.2 激发光谱与发射光谱 11.2.3 分子结构与荧光的关系 11.2.4 影响荧光强度的外部因素
5
11.2.1 分子荧光光谱的产生
一、分子能级与电子能级的多重性
分子的能级包括：电子能级（10ev）、振动能级(0.1ev)
及转动能级(0.001ev)
电子能级的多重性M:M=2S+1；S为总自旋量子数
单重态：两电子自旋方向相反， 自旋量子数分别为 1 和 1
22
singlet state 总自旋量子数 S 1 ( 1) 0
续前
跃迁类型的比较
跃迁类型 基态→激发单重态S*
所需能量
大
自旋方向 跃迁几率
不变 接近于1
基态→激发三重态T* 小 改变
10－6（光学禁阻）
8
续前
二、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：
回基态途径
无辐射跃迁
1
2 36
振动 弛豫
内部能 量转换
体系间 外部能量
跨越
转换
辐射跃迁
45
荧光
22 多重性 M 1
三重态：两电子自旋方向相同， 自旋量子数分别为 1 和 1
22
triplet state 总自旋量子数 S 1 1 1
22
多重性 M 3
6
续前 基态单重态S0
能
π*
量
激发单重态S*
π* π*
激发三重态T
π
π
π
A
B
C
单重态和三重态电子分布
A：基态单重态 B：激发单重态 C：激发三重态 7
磷光
9
续前 1、振动弛豫（vibrational relexation）
过程：从电子激发态的某一振动能级以非辐射跃迁的方式， 回到同一电子激发态的最低振动能级的过程为振动驰豫
特点：发生在同一个电子能级内不同振动能级间的跃迁；时 间约10-12秒。
或
返回10
续前 2、内部能量转换（internal conversion) 过程：当两个电子的能级非常靠近，以致其振动能级有重叠 时，电子常常由高电子能级以非辐射跃迁方式转移至低 电子能级，这种过程称为内部能量转换 特点：发生在非常靠近的两个电子能级间，他们的振动能级有 重叠；时间约10-1～10-13秒。
注：
发射磷光的能量比荧光的能量小 2>1 > 0 即磷光波长 > 荧光波长 > 激发波长
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续前
荧光与磷光的比较
跃迁
荧光
激发单重态 最低振动能级→基态
磷光
激发三重态 最低振动能级→基态
光电子能量
E激发＞ E荧光＞E磷光
波长 发射时间
λ激发＜ λ荧光＜ λ磷光
10-9~10-7秒
10-4~10秒
激发光谱 激发光谱
荧荧光光光光谱 谱
返16回
续前 5、磷光（phosporescence）
过程：电子由三重态的第一激发态最低振动能级跃迁到基态的 任一振动能级而发射的光量子为磷光
特点：发生在激发三重态最低振动能级与基态之间。分子在三 重态的最低振动能级上可以存活一段时间，发射时间约 为10-4～10 s。