分析化学(仪器分析)第五章 分子发光分析法PPT课件
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6
2.电子激发态的多重性
电子激发态的多重性：2S+1
S为电子自旋量子数的代数和(0或1)；
平行自旋比成对自旋稳定(洪特规则)，三重态能级比相应
单重态能级低；
大多数分子含有偶数电子（即，S=0），因此，其基态处
于单重态；
S0
S1
T1
S0→T1 禁阻跃迁；
通过其他途径进入
(见能级图)；进入的
几率小；但并非绝对
给电子基团(-OH, -NH2, -NR2, -OR)使共轭体系增 大，导致荧光增强。反之， 吸电子基团(-COOH, NO, -NO2)使荧光减弱。
S2 吸光l1
S1 T1
吸光l2 荧光l3
磷光
磷光
11
非辐射能量传递过程
振动弛豫 内转换 外转换 系间跨越
12
S2
S1
振动弛豫
T1
Vibrational
relaxation
S0 吸光l1
吸光l2
在同一电子能级中，分子由高振动能级转至低 振动能级，而将多余的能量以热 的形式发出。 发生振动弛豫的时间为10-14-10-12s数量级。
4
荧光分析法的特点
1. 灵敏度高 检出限通常比分光光度法低2-4个数量级
2. 选择性好 包括激发和发射两个过程，通过前后两次 波长的选择，可得到更高的选择性
3. 方法简便快速，试样用量少 4. 对环境因素比较敏感，能产生强荧光的化
合物相对较少，使其应用受到一定限制
5
二、基本原理
一、荧光与磷光的产生过程
迁返回基态的概率的大小，定义为发荧光的 分子数目与激发态分子总数的比值。
荧光效率(φf)＝发荧光的分子数／激发态分子总数 Φf越高，辐射跃迁的概率越大，发射的荧光越强 具有分析应用价值的荧光化合物， φf应在0.1-1之间
16
（2）荧光与分子结构的关系 a.物质必须能够吸收紫外-可见光，即分子 中必须含有共轭双键这样的强吸收基团， 共轭体系越大，π电子的离域性越强，越 易被激发而产生荧光。 b. 共轭芳环增大，荧光效率提高，荧 光峰向长波方向移动。 萘 φf＝0.29, λem=310nm
蒽 φf＝0.46, λem=400nm
17
b. 分子的刚性平面结构有利于荧光的产生
O-
O
O
O-
O
COO -
C COO -
荧光素， φf接近1
酚酞，没有荧光
刚性平面结构可以减少分子振动和碰撞去
活的可能性。
有机配位剂与金属离子形成螯合物后荧光强 度增大，也是由于形成了共平面的配合物的原 因。
18
c. 取代基的影响
10
磷光发射
分子由基态单重态激发至 第一激发三重态的几率很 小，因为这是禁阻跃迁。 但是，由第一激发单重态 的最低振动能级，有可能 以系间窜跃方式转至第一 激发三重态，再经过振动 驰豫，转至其最低振动能 级，由此激发态跃回至基 态时，便发射磷光，这个 S0 跃迁过程（T1→S0）也是 自旋禁阻的，其发光速率 较慢，约为10-3-10s。因此， 这种跃迁所发射的光，在 光照停止后，仍可持续一 段时间。
第五章 分子发光分析法 （Molecular Luminescence Analysis）
1
整体概况
概况一
点击此处输入 相关文本内容
01
概况二
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02
概况三
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03
分子发光（Molecular Luminescence） 基态分子吸收了一定能量后，跃迁至激发 态，当激发态分子以辐射跃迁形式将其能量 释放返回基态时，便产生分子发光。 激发模式：
8
内转换
振动弛豫 内转换
S2
系间跨越
S1
能
量 发
吸 收
射 荧 光
T1 T2
发 射 磷 振动弛豫 光
S0
l3
l1
l 2 l 2
9
辐射能量传递过程
S2
S1
T1
S0 吸光l1
荧光发射
吸光l2
荧光
荧光l3
处于第一激发单重态中的分子跃回至基态各振动能级时，将得 到最大波长为λ3的荧光。λ3的波长较激发波长λ1或λ2都长，而且 不论电子开始被激发至什么高能级，最终将只发射出波长λ3为的 荧光。荧光的产生在10-6-10-9s内完成。
辐射跃迁，例如S1→T1就
S2
是一种系间跨越。通常，
发生系间跨越时，分子由
S1的较低振动能级转移至
T1的较高振动能级处。有
时，通过热激发，有可能 S0
发生T1→S1，然后由S1发
吸光l1
生荧光。这是产生延迟荧
光的机理。
系间跨越
S1 T1
吸光l2 荧光l3
15
2、荧光效率及其影响因素
（1）荧光效率 荧光效率用来描述激发态分子发生辐射跃
光致发光（荧光，磷光） 热致发光 场致发光 化学发光
3
§5.1 荧光分析法
一、概述 根据物质的分子荧光光谱进行定性，以荧光强度进行 定量 16世纪，人们已经观察到了荧光现象 1852年，Stokes考察了奎宁和叶绿素的荧光，对荧 光现象给出了解释 1864年，Stokes提出将荧光作为一种分析方法 1867年，Goppelsroder应用铝－桑色素络合物的荧 光测定了铝 1924年，Wawwilous进行了荧光量子产率的测定 1926年，Gavila对荧光寿命进行了测定
不来自百度文库生。
7
3.激发态→基态的能量传递途径
分子处于激发态是不稳定状态，返回基态时，通过辐射 跃迁(发光)和无辐射跃迁等方式失去能量；
传递途径
辐射跃迁
无辐射跃迁
荧光 延迟荧光 磷光
系间跨越 内转移
振动弛豫
激发态停留时间短、返回速度快的途径，发生的几率大， 发光强度相对大； 荧光：10-7～10 -9 s,第一激发单重态的最低振动能级→基态； 磷光：10-4～10s；第一激发三重态的最低振动能级→基态；
13
内转化
Internal conversion
S2
S1
T1
S0
吸光l1
吸光l2
当两个相同多重态的电子能级非常靠近以至其振动能级有重 叠时，常发生分子由高能级以无辐射跃迁方式转移至低能级。
处于高激发单重态的分子，通过内转移及振动弛豫，均跃回 到第一激发单重态的最低振动能级。
14
系间跨越
指不同多重态间的无
由分子结构理论，主要讨论荧光及磷光的产生机理。
1. 分子能级与跃迁
分子能级比原子能级复杂； 在每个电子能级上，都存在振动、转动能级； 基态(S0)→激发态(S1、S2、激发态振动能级)：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； 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 … ；
2.电子激发态的多重性
电子激发态的多重性：2S+1
S为电子自旋量子数的代数和(0或1)；
平行自旋比成对自旋稳定(洪特规则)，三重态能级比相应
单重态能级低；
大多数分子含有偶数电子（即，S=0），因此，其基态处
于单重态；
S0
S1
T1
S0→T1 禁阻跃迁；
通过其他途径进入
(见能级图)；进入的
几率小；但并非绝对
给电子基团(-OH, -NH2, -NR2, -OR)使共轭体系增 大，导致荧光增强。反之， 吸电子基团(-COOH, NO, -NO2)使荧光减弱。
S2 吸光l1
S1 T1
吸光l2 荧光l3
磷光
磷光
11
非辐射能量传递过程
振动弛豫 内转换 外转换 系间跨越
12
S2
S1
振动弛豫
T1
Vibrational
relaxation
S0 吸光l1
吸光l2
在同一电子能级中，分子由高振动能级转至低 振动能级，而将多余的能量以热 的形式发出。 发生振动弛豫的时间为10-14-10-12s数量级。
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荧光分析法的特点
1. 灵敏度高 检出限通常比分光光度法低2-4个数量级
2. 选择性好 包括激发和发射两个过程，通过前后两次 波长的选择，可得到更高的选择性
3. 方法简便快速，试样用量少 4. 对环境因素比较敏感，能产生强荧光的化
合物相对较少，使其应用受到一定限制
5
二、基本原理
一、荧光与磷光的产生过程
迁返回基态的概率的大小，定义为发荧光的 分子数目与激发态分子总数的比值。
荧光效率(φf)＝发荧光的分子数／激发态分子总数 Φf越高，辐射跃迁的概率越大，发射的荧光越强 具有分析应用价值的荧光化合物， φf应在0.1-1之间
16
（2）荧光与分子结构的关系 a.物质必须能够吸收紫外-可见光，即分子 中必须含有共轭双键这样的强吸收基团， 共轭体系越大，π电子的离域性越强，越 易被激发而产生荧光。 b. 共轭芳环增大，荧光效率提高，荧 光峰向长波方向移动。 萘 φf＝0.29, λem=310nm
蒽 φf＝0.46, λem=400nm
17
b. 分子的刚性平面结构有利于荧光的产生
O-
O
O
O-
O
COO -
C COO -
荧光素， φf接近1
酚酞，没有荧光
刚性平面结构可以减少分子振动和碰撞去
活的可能性。
有机配位剂与金属离子形成螯合物后荧光强 度增大，也是由于形成了共平面的配合物的原 因。
18
c. 取代基的影响
10
磷光发射
分子由基态单重态激发至 第一激发三重态的几率很 小，因为这是禁阻跃迁。 但是，由第一激发单重态 的最低振动能级，有可能 以系间窜跃方式转至第一 激发三重态，再经过振动 驰豫，转至其最低振动能 级，由此激发态跃回至基 态时，便发射磷光，这个 S0 跃迁过程（T1→S0）也是 自旋禁阻的，其发光速率 较慢，约为10-3-10s。因此， 这种跃迁所发射的光，在 光照停止后，仍可持续一 段时间。
第五章 分子发光分析法 （Molecular Luminescence Analysis）
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整体概况
概况一
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概况二
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02
概况三
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分子发光（Molecular Luminescence） 基态分子吸收了一定能量后，跃迁至激发 态，当激发态分子以辐射跃迁形式将其能量 释放返回基态时，便产生分子发光。 激发模式：
8
内转换
振动弛豫 内转换
S2
系间跨越
S1
能
量 发
吸 收
射 荧 光
T1 T2
发 射 磷 振动弛豫 光
S0
l3
l1
l 2 l 2
9
辐射能量传递过程
S2
S1
T1
S0 吸光l1
荧光发射
吸光l2
荧光
荧光l3
处于第一激发单重态中的分子跃回至基态各振动能级时，将得 到最大波长为λ3的荧光。λ3的波长较激发波长λ1或λ2都长，而且 不论电子开始被激发至什么高能级，最终将只发射出波长λ3为的 荧光。荧光的产生在10-6-10-9s内完成。
辐射跃迁，例如S1→T1就
S2
是一种系间跨越。通常，
发生系间跨越时，分子由
S1的较低振动能级转移至
T1的较高振动能级处。有
时，通过热激发，有可能 S0
发生T1→S1，然后由S1发
吸光l1
生荧光。这是产生延迟荧
光的机理。
系间跨越
S1 T1
吸光l2 荧光l3
15
2、荧光效率及其影响因素
（1）荧光效率 荧光效率用来描述激发态分子发生辐射跃
光致发光（荧光，磷光） 热致发光 场致发光 化学发光
3
§5.1 荧光分析法
一、概述 根据物质的分子荧光光谱进行定性，以荧光强度进行 定量 16世纪，人们已经观察到了荧光现象 1852年，Stokes考察了奎宁和叶绿素的荧光，对荧 光现象给出了解释 1864年，Stokes提出将荧光作为一种分析方法 1867年，Goppelsroder应用铝－桑色素络合物的荧 光测定了铝 1924年，Wawwilous进行了荧光量子产率的测定 1926年，Gavila对荧光寿命进行了测定
不来自百度文库生。
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3.激发态→基态的能量传递途径
分子处于激发态是不稳定状态，返回基态时，通过辐射 跃迁(发光)和无辐射跃迁等方式失去能量；
传递途径
辐射跃迁
无辐射跃迁
荧光 延迟荧光 磷光
系间跨越 内转移
振动弛豫
激发态停留时间短、返回速度快的途径，发生的几率大， 发光强度相对大； 荧光：10-7～10 -9 s,第一激发单重态的最低振动能级→基态； 磷光：10-4～10s；第一激发三重态的最低振动能级→基态；
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内转化
Internal conversion
S2
S1
T1
S0
吸光l1
吸光l2
当两个相同多重态的电子能级非常靠近以至其振动能级有重 叠时，常发生分子由高能级以无辐射跃迁方式转移至低能级。
处于高激发单重态的分子，通过内转移及振动弛豫，均跃回 到第一激发单重态的最低振动能级。
14
系间跨越
指不同多重态间的无
由分子结构理论，主要讨论荧光及磷光的产生机理。
1. 分子能级与跃迁
分子能级比原子能级复杂； 在每个电子能级上，都存在振动、转动能级； 基态(S0)→激发态(S1、S2、激发态振动能级)：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； 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 … ；