仪器分析分子发光分析法优秀课件
合集下载
仪器分析分子发光分析法
VR S2
IC VR
S1
VR：振动驰豫 IC：内部转换 ISC：系间窜跃
ISC VR T1
S0
S0
吸光 吸光 荧光
磷光
图5-1 分子荧光、磷光光谱产生过程示意图
二、荧光、磷光与分子结构的关系
（一）荧光效率
• 荧光强度常用荧光量子效率φf 来描述
荧光量子效率
发荧光的分子数
f = 激发态分子总数
f 是一个物质荧光特性的重要参数， 反映了荧光物质发射荧光的能力， f 越大，荧光越强，在0~1之间。
ISC T1
S0
S0
吸光 吸光
3.辐射去激—荧光和磷光产生
• S1或T1 发光 S0 这种过程叫辐射去激
(1) 荧光：
从S1的最低振动能级回到S0各振动能级所产 生的光辐射叫荧光
特点： • 产生速度快，10-9~10-6s； • 依赖于外部光源 • 荧>激
VR S2
IC VR
S1
VR：振动驰豫 IC：内部转换 ISC：系间窜跃
浓度
C1
荧光强度 If1
C2 C3 If2 If3
C4 C5 Cx If If4 If5 Ifx Ifx
Cx
C
2. 荧光猝灭法
• 把荧光猝灭用在定量分析上，具有较高的灵 敏度和选择性
• 荧光物质 M 与猝灭剂 Q 生成不发荧光的基 态配合物MQ
M + Q = MQ（非荧光物质）
Kf
C(MQ) C(M )C(Q)
• -OH、-OR、-NH2、-NHR、-NR2等给电子 基团
• 由于基团的 n 电子（孤对电子）的电子云 与苯环上的 轨道平行，共享了共轭 电 子，扩大了共轭体系，使荧光波长长移，荧 光强度增强
第5章分子发光分析法PPT课件
振动弛豫：同一电子能级内以热能量交换形式由高振动能级 至低相邻振动能级间的跃迁。发生振动弛豫的时间10 -12 s。
内转换：相同多重度等能级间的无辐射能级交换。 通过内转换和振动弛豫，高激发单重态的电子跃回第
一激发单重态的最低振动能级。 外转换：激发分子与溶剂或其他分子之间产生相互作用而转
移能量的非辐射跃迁； 外转换使荧光或磷光减弱或“猝灭”。
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 … ；
样）成镜像对称关系。
22.11.2020
荧光激发光谱
荧光发射光谱
200 250 300 350 400 450 500 nm
蒽的激发光谱和荧光光谱
22.11.2020
三、荧光的产生与分子结构的关系
（实际上只有很少的有机分子能发射荧光）
1.分子产生荧光必须具备的条件
（1）具有合适的结构（与激发光频率相适应），才能吸收； （2）具有一定的荧光量子产率。
系间跨越：不同多重态,有重叠的振动能级间的非辐射跃迁。 改变电子自旋，禁阻跃迁。但若重叠程度较大时，可通
过自旋—轨道耦合等作用完成系间跨越。
22.11.2020
（2）辐射能量传递过程（辐射跃迁）
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 l ‘2的荧光； 10-7～10 -9 s 。
内转换：相同多重度等能级间的无辐射能级交换。 通过内转换和振动弛豫，高激发单重态的电子跃回第
一激发单重态的最低振动能级。 外转换：激发分子与溶剂或其他分子之间产生相互作用而转
移能量的非辐射跃迁； 外转换使荧光或磷光减弱或“猝灭”。
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 … ；
样）成镜像对称关系。
22.11.2020
荧光激发光谱
荧光发射光谱
200 250 300 350 400 450 500 nm
蒽的激发光谱和荧光光谱
22.11.2020
三、荧光的产生与分子结构的关系
（实际上只有很少的有机分子能发射荧光）
1.分子产生荧光必须具备的条件
（1）具有合适的结构（与激发光频率相适应），才能吸收； （2）具有一定的荧光量子产率。
系间跨越：不同多重态,有重叠的振动能级间的非辐射跃迁。 改变电子自旋，禁阻跃迁。但若重叠程度较大时，可通
过自旋—轨道耦合等作用完成系间跨越。
22.11.2020
（2）辐射能量传递过程（辐射跃迁）
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 l ‘2的荧光； 10-7～10 -9 s 。
分子发光分析ppt课件
仪器分析
光谱分析
原子光谱
原子吸收 原子发射 原子荧光
分子吸收 分子光谱
分子发光
紫外-可见光谱 红外光谱
2
第八章 分子发光分析法
分子 吸收能量 激发为激发态 释放出能量 基态
电能 化学能 光能
分子发光
光致发光 化学发光
辐射跃迁 非辐射跃迁
光的形式释放 以热的形式释放
称为“发光”
荧光 磷光
3
分子荧光/磷光分析法 一、基本原理
式中为荧光量子效率，又根据Beer定律
A=-lg I/ I0 I= I0 .10- A Ia = I0 - I = I0(1- 10 -A)
I0和I分别是入射光强度和透射光强度。代入 上式得
If = I0(1- 10 -kb c)
28
整理得：
If =2.3 I0 kbc 当入射光强度I0 和b一定时，上式为：
特殊化学作用如氢键的生成
同一种荧光物质在不同的溶剂中的荧光光谱不同
因素
温度
内部能量转化作用增大 碰撞频率增加，使外转换的几率增加
温度上升使荧光强度下降
化合物所处状态不同
酸度 电子构型上有所不同
荧光强度和荧光光谱不同
30
31
3、荧光猝灭
定义：荧光物质分子与溶剂分子或其它溶质分子
的相互作用引起荧光强度降低的现象
增加试样的刚性:
低温冷冻
固体磷光法：
吸附于固相载体（滤纸）
分子缔合物的形成：
加入表面活性剂等
重原子效应：
加入含重原子的物质，如银盐等
敏化磷光：
通过能量转移产生磷光
42
磷光分析仪器
荧光计上配上磷光测量附件即可对磷光进行测量。 在有荧光发射的同时测量磷光
光谱分析
原子光谱
原子吸收 原子发射 原子荧光
分子吸收 分子光谱
分子发光
紫外-可见光谱 红外光谱
2
第八章 分子发光分析法
分子 吸收能量 激发为激发态 释放出能量 基态
电能 化学能 光能
分子发光
光致发光 化学发光
辐射跃迁 非辐射跃迁
光的形式释放 以热的形式释放
称为“发光”
荧光 磷光
3
分子荧光/磷光分析法 一、基本原理
式中为荧光量子效率，又根据Beer定律
A=-lg I/ I0 I= I0 .10- A Ia = I0 - I = I0(1- 10 -A)
I0和I分别是入射光强度和透射光强度。代入 上式得
If = I0(1- 10 -kb c)
28
整理得：
If =2.3 I0 kbc 当入射光强度I0 和b一定时，上式为：
特殊化学作用如氢键的生成
同一种荧光物质在不同的溶剂中的荧光光谱不同
因素
温度
内部能量转化作用增大 碰撞频率增加，使外转换的几率增加
温度上升使荧光强度下降
化合物所处状态不同
酸度 电子构型上有所不同
荧光强度和荧光光谱不同
30
31
3、荧光猝灭
定义：荧光物质分子与溶剂分子或其它溶质分子
的相互作用引起荧光强度降低的现象
增加试样的刚性:
低温冷冻
固体磷光法：
吸附于固相载体（滤纸）
分子缔合物的形成：
加入表面活性剂等
重原子效应：
加入含重原子的物质，如银盐等
敏化磷光：
通过能量转移产生磷光
42
磷光分析仪器
荧光计上配上磷光测量附件即可对磷光进行测量。 在有荧光发射的同时测量磷光
第十六章分子发光分析法-PPT精品
2019/10/30
2.化学发光效率
发射光子的分子数
cl 参 加 反 应 的 分子 ce数e m
化学效率：
激发态分子数
ce 参加反应分子数
发光效率：
产生光子数
em 激发态分子数
时刻t 的化学发光强度(单位时间发射的光量子数)：
Iclt
cl
dc dt
dc/dt 分析物参加反应的速率；
2019/10/30
（3）液相中的化学发光反应
Cu、机M理n研、究Co较、多V、，F在e、分C析r、中C应e用、最Hg多、；Th可等测。痕量的H2O2 、 应用最多的发光试剂：鲁米诺（3-氨基苯二甲酰肼）； 化学发光反应效率：0.15～0. 05； 鲁米诺在碱性溶液中与双氧水的反应过程：
该发光反应速度慢，某些金属离子可催化反应；利用这 一现象可测定这些金属离子。 鲁米诺在碱性溶液中与双氧水的反应过程：
2. 仪器设备简单
不需要光源、单色器和背景校正；
3. 发射光强度测量无干扰
无背景光、散射光等干扰；
4. 线性范围宽 5. 分析速度快
缺点：可供发光用的试剂少；发光反应效率低（大大低于生 物体中的发光）；机理研究少。
2019/10/30
2019/10/30
2019/10/30
三、装置与技术
instrument and technology
NADH脱氢酶
NADH + FMA + H+ NAD+ + FMNH2
黄素酶
FMNH2 + RCHO + O2 FMN + RCOOH + H2O + h 最大发射波长495 nm；
2019/10/30
2.化学发光效率
发射光子的分子数
cl 参 加 反 应 的 分子 ce数e m
化学效率：
激发态分子数
ce 参加反应分子数
发光效率：
产生光子数
em 激发态分子数
时刻t 的化学发光强度(单位时间发射的光量子数)：
Iclt
cl
dc dt
dc/dt 分析物参加反应的速率；
2019/10/30
（3）液相中的化学发光反应
Cu、机M理n研、究Co较、多V、，F在e、分C析r、中C应e用、最Hg多、；Th可等测。痕量的H2O2 、 应用最多的发光试剂：鲁米诺（3-氨基苯二甲酰肼）； 化学发光反应效率：0.15～0. 05； 鲁米诺在碱性溶液中与双氧水的反应过程：
该发光反应速度慢，某些金属离子可催化反应；利用这 一现象可测定这些金属离子。 鲁米诺在碱性溶液中与双氧水的反应过程：
2. 仪器设备简单
不需要光源、单色器和背景校正；
3. 发射光强度测量无干扰
无背景光、散射光等干扰；
4. 线性范围宽 5. 分析速度快
缺点：可供发光用的试剂少；发光反应效率低（大大低于生 物体中的发光）；机理研究少。
2019/10/30
2019/10/30
2019/10/30
三、装置与技术
instrument and technology
NADH脱氢酶
NADH + FMA + H+ NAD+ + FMNH2
黄素酶
FMNH2 + RCHO + O2 FMN + RCOOH + H2O + h 最大发射波长495 nm；
2019/10/30
第五章分子发光分析法讲义
⑵、内转换（ic）
指相同多重态的两个电子态之间（S2 S1，S1 S0） 的非辐射跃迁。当两个电子能级非常靠近以至其振动能 级有重叠时，常发生电子由高能级以无辐射跃迁方式转 移至低能级。如图中S2的较低振动层与S1的较高振动层 相重叠，分子无论在哪一个激发单重态，都能通过振动 驰豫和内转化跃回到第一激发单重态的最低振动能级。
例: 区别谱图中的 三个峰，说明判断
原则。
（三）、荧光效率及其影响因素：
1、分子产生荧光必须具备的条件：
⑴、分子必须具有与所照射的辐射频率相适应的 结构，才能吸收激发光；
⑵、吸收了与其本身特征频率相同的能量之后， 必须具有一定的荧光量子产率（荧光效率）
2、荧光效率 ⑴、荧光效率
发荧光的分子数
f 激发态分子总数
在溶液中存在如氧分子等顺磁性物质也能增加体 系间跨越的发生，因而使荧光减弱。
4）、荧光发射（Fluorescence） 当分子处于单重激发态的最低振动能级时，去活
化过程的一种形式是以10-9~10-6s左右的短时间发射一 个光子返回基态。这一过程称为荧光发射。 （单重— 单重，停10-9——10-6s ）
2
S2 1
V=0
2
S1 1
V=0
VR
ic
F
S0
3 2
1
V=0
λ1 λ2 λ3
isc
2 1
T1
V=0
VR
P
ic
isc
F P
（二）荧光的激发光谱和发射光谱
1、激发光谱：荧光和磷光都是光致发光，因此必须选择 合适的激发光波长，这可从他们的激发光谱曲线来确定
以荧光（磷光）的最大发射波长为测量波长，改变 激发光的波长，测量荧光强度的变化，以激发光波长为 横座标，荧光强度为纵座标作图，即可得到激发光谱。
指相同多重态的两个电子态之间（S2 S1，S1 S0） 的非辐射跃迁。当两个电子能级非常靠近以至其振动能 级有重叠时，常发生电子由高能级以无辐射跃迁方式转 移至低能级。如图中S2的较低振动层与S1的较高振动层 相重叠，分子无论在哪一个激发单重态，都能通过振动 驰豫和内转化跃回到第一激发单重态的最低振动能级。
例: 区别谱图中的 三个峰，说明判断
原则。
（三）、荧光效率及其影响因素：
1、分子产生荧光必须具备的条件：
⑴、分子必须具有与所照射的辐射频率相适应的 结构，才能吸收激发光；
⑵、吸收了与其本身特征频率相同的能量之后， 必须具有一定的荧光量子产率（荧光效率）
2、荧光效率 ⑴、荧光效率
发荧光的分子数
f 激发态分子总数
在溶液中存在如氧分子等顺磁性物质也能增加体 系间跨越的发生，因而使荧光减弱。
4）、荧光发射（Fluorescence） 当分子处于单重激发态的最低振动能级时，去活
化过程的一种形式是以10-9~10-6s左右的短时间发射一 个光子返回基态。这一过程称为荧光发射。 （单重— 单重，停10-9——10-6s ）
2
S2 1
V=0
2
S1 1
V=0
VR
ic
F
S0
3 2
1
V=0
λ1 λ2 λ3
isc
2 1
T1
V=0
VR
P
ic
isc
F P
（二）荧光的激发光谱和发射光谱
1、激发光谱：荧光和磷光都是光致发光，因此必须选择 合适的激发光波长，这可从他们的激发光谱曲线来确定
以荧光（磷光）的最大发射波长为测量波长，改变 激发光的波长，测量荧光强度的变化，以激发光波长为 横座标，荧光强度为纵座标作图，即可得到激发光谱。
仪器分析分子发光分析法课件
第七章 分子发光分析法
分子发光：
M + 能量
光致发光：
M + hv
M*
M + hv
M*
M + hv'
第七章 分子发光分析法
第一节 分子荧光、磷光产生基本原理 第二节 荧光光谱与基本特征 第三节 荧光产率与分子结构的关系 第四节 影响荧光强度的环境因素 第五节 分子发光光谱仪结构流程 第六节 定量分析方法
共轭体系越大，荧光量子产率越高，向长波方向 移动。
化合物
苯 萘 蒽 丁省
量子产率φF 0.11 0.29 0.46 0.60
λex（nm） 205 286 365 390
λem（nm） 278 321 400 480
第三节 荧光产率与分子结构的关系
（三）、 刚性平面结构 1. 减少分子振动，减小外转换。 2. 增大分子吸光截面，增大摩尔吸光系数。
第一节 分子荧光磷光产生基本原理
(一)、非辐射跃迁
1. 振动弛豫：同一电子能级内以热能量交换形式由 高振动能级至低相邻振动能级间的跃迁。发生振动 弛豫的时间10 -12 s。
S2
hv
S0
e
第一节 分子荧光磷光产生基本原理 2. 内转换：相同多重度的电子能级中, 相等能级间的 非辐射能级交换。发生内转换的时间10-12 s。
外转换使荧光或磷光减弱或“猝灭”。
第一节 分子荧光磷光产生基本原理
(二)、辐射跃迁
1. 荧光发射：电子由第一激发单重态的最低振动能 级→基态各振动能级，发射时间约为10-7～10-9 s 。
发射荧光的能量比分子吸收的能量小，波长长。
S2
S1
T1
hv
hv′
S0 e
分子发光：
M + 能量
光致发光：
M + hv
M*
M + hv
M*
M + hv'
第七章 分子发光分析法
第一节 分子荧光、磷光产生基本原理 第二节 荧光光谱与基本特征 第三节 荧光产率与分子结构的关系 第四节 影响荧光强度的环境因素 第五节 分子发光光谱仪结构流程 第六节 定量分析方法
共轭体系越大，荧光量子产率越高，向长波方向 移动。
化合物
苯 萘 蒽 丁省
量子产率φF 0.11 0.29 0.46 0.60
λex（nm） 205 286 365 390
λem（nm） 278 321 400 480
第三节 荧光产率与分子结构的关系
（三）、 刚性平面结构 1. 减少分子振动，减小外转换。 2. 增大分子吸光截面，增大摩尔吸光系数。
第一节 分子荧光磷光产生基本原理
(一)、非辐射跃迁
1. 振动弛豫：同一电子能级内以热能量交换形式由 高振动能级至低相邻振动能级间的跃迁。发生振动 弛豫的时间10 -12 s。
S2
hv
S0
e
第一节 分子荧光磷光产生基本原理 2. 内转换：相同多重度的电子能级中, 相等能级间的 非辐射能级交换。发生内转换的时间10-12 s。
外转换使荧光或磷光减弱或“猝灭”。
第一节 分子荧光磷光产生基本原理
(二)、辐射跃迁
1. 荧光发射：电子由第一激发单重态的最低振动能 级→基态各振动能级，发射时间约为10-7～10-9 s 。
发射荧光的能量比分子吸收的能量小，波长长。
S2
S1
T1
hv
hv′
S0 e
《分子发光分析法》PPT课件
F
0.11 0.29
λexmax(nm) 205 286
λemmax (nm) 278 321
蒽
丁省
0.46
0.60
365
390
400
480
精选课件ppt
7-2
戊省 0.52 580 640
提要 返20 回
3.荧光与分子结构的关系
• 2）刚性平面结构 荧光物质的刚性和平面性增加，
有利于荧光发射。
精选课件ppt
3. 荧光和磷光光谱的产生
（1）荧光：
S1或T1 发光 S0
当电子从第一激发单重态S1的最低振动 能级回到基态S0各振动能级所产生的光 辐射叫荧光
荧光是相同多重态间的允许跃迁，产生 速度快，10-9~10-6s，又叫快速荧光或瞬 时荧光，外部光源停止照射，荧光马上 猝灭
精选课件ppt
7-2 提要 返10 回
精选课件ppt
提要 返3 回
7-2 分子荧光分析法及其原理
• 一、分子荧光和磷光的产生
1.电子自旋状态的多重性
2. 无辐射跃迁
3. 荧光和磷光光谱的产生
二、分子荧光分析法的基本原理
1.激发光谱和荧光谱
2.荧光强度及其与浓度的关系
3.荧光与分子结构的关系
4.影响荧光强度的因素
精选课件ppt
提要 返4 回
一、荧光和磷光光谱的产生(图)
• 具有不饱和基团的基态分子光照后，价 电子跃迁产生荧光和磷光
基态分子
光照激发
价电子跃迁到激发态
去激发光 * * n
基态
精选课件ppt
7-2
提要 返5 回
1. 电子自旋状态的多重性
• 单重态：用 “S0” 表示 • 当物质受光照射时，基态电子能级跃迁至
分子发光分析法概况课件
分子发光分析法的优缺点
优点
高灵敏度
分子发光分析法通常具 有很高的灵敏度，能够 检测出低浓度的目标物
。
选择性
某些发光分子可以与目 标物发生特异性反应， 从而提高分析的选择性
。
操作简便
分子发光分析法通常操 作简单，所需仪器设备 相对简单，便于现场快
速检测。
缺点
背景干扰
发光分析法容易受到环 境背景光的影响，如日 光、荧光等，导致检测
01
02
研发能够延长发光分子寿命 的技术，以减少检测过程中
的误差和不确定性。
03
04
克服背景干扰
研究和发展能够有效排除背 景光干扰的技术和方法，以 提高检测的稳定性和准确性
。
拓展应用领域
进一步探索发光分析法在环 境监测、生物医药、食品安 全等领域的应用，以满足更
广泛的需求。
06 结论
总结分子发光分析法的概况与重要性
结果不稳定。
发光衰减
某些发光分子的发光强 度会随时间衰减，影响 检测的准确性和稳定性
。
成本较高
某些高灵敏度的发光分 子和仪器设备成本较高 ，限制了其在某些领域
的应用。
未来发展方向与挑战
提高灵敏度和选择性
延长发光寿命
进一步研发具有更高灵敏度 和选择性的发光分子，以满 足更低检测限和更高准确性
的需求。
新型的分子发光分析方法和技术不断 涌现，如荧光免疫分析、荧光偏振免 疫分析、时间分辨荧光免疫分析等。
02
分子发光分析法的基本原理
分子发光的过程与机制
01
分子发光是指分子吸收能量后，由基态跃迁至激发态，再由激 发态回到基态时释放光子的过程。
02
仪器分析分子发光课件
分子发光仪器分析的应用
环境监测
利用分子发光仪器分析技术检测水体、大气等环境中的有害物质，如 重金属离子、有机污染物等。
生物医学研究
利用分子发光仪器分析技术检测生物体内的生物分子、细胞等，如 DNA、蛋白质等，为疾病诊断和治疗提供依据。
食品安全检测
利用分子发光仪器分析技术检测食品中的有害物质，如农药残留、添 加剂等。
化学分析
利用分子发光仪器分析技术对化学物质进行定性和定量分析，如无机 物、有机物等。
04
分子发光仪器分析技术的前景
分子发光仪器分析技术的发展趋势
01
02
03
自动化与智能化
随着技术的进步，分子发 光仪器分析将更加自动化 和智能化，提高分析速度 和准确性。
高通量与高灵敏度
发展高通量和高灵敏度的 分子发光仪器，满足大规 模和复杂样品的分析需求 。
分子发光仪器分析的分类
荧光光谱法
利用荧光物质在特定波长光激发 下发出特定波长的荧光，通过对 荧光光谱的分析，实现对物质成
分和结构的分析。
化学发光法
某些化学反应能够释放出特定波长 的光子，通过对化学发光光谱的分 析，实现对物质成分和结构的分析 。
生物发光法
某些生物体能够发出特定波长的光 子，通过对生物发光光谱的分析， 实现对生物体成分和生理状态的分 析。
食品安全领域
用于食品成分分析、添加 剂检测以及农药残留检测 等，保障食品安全。
分子发光仪器分析技术的挑战与机遇
挑战
高灵敏度与特异性、复杂样品处 理、仪器小型化与便携化等。
机遇
随着新材料的发现、纳米技术的 应用以及跨学科的交叉融合，分 子发光仪器分析技术将迎来更广 阔的发展空间和应用前景。
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
仪器分析分子发光分析法优秀 课件
§ 5- 1 分子发光分析法及其分类
• 分子发光分析法
较高激发态
吸收能量 受激
退激 光辐射
基态
分子在退激过程中以光辐射形式释放能量
• 根据分子受激时所吸收能源及辐射光的机理 不同分为以下几类： 光致发光：以光能来激发而发光
荧光—荧光分析法
磷光—磷光分析法
化学发光：以化学反应能激发而发光—化学发
ISC T1
S0
S0
吸光 吸光 荧光
图5-1 分子荧光光谱产生过程示意图
（2）磷光
• S1 体系间窜跃(isc) T1 发光
S0 磷光
• 特点：
• 发光速度慢，约为 10-4 ~ 10s，
• 光照停止后，磷光仍可持续一段时间
磷光的波长更长 磷 > 荧> 激 * 易产生荧光 n * 易产生磷光
温度对磷光影响更大
3. pH的影响
• 大多数含有酸性或碱性基团的芳香族化合物 的荧光性质受溶液pH的影响很大
• 共轭酸碱对是具有不同荧光性质的两种型体， 具有各自的荧光效率和荧光波长
例： 苯酚
_
OH
O
_
OH
H+
离子化后， 荧光消失
pH≈1有 荧光
pH≈13 无荧光
• 但两个苯环相连的化合物，又表现出相反的性质， 分子形式无荧光，离子化后显荧光
• 振动驰豫(VR)—同一电子能级中，从较高振动能 级到较低振动能级的过程
• 内部转换(IC)—相同的多重态之间的转换 S-S • 系间窜跃(ISC)—不同的多重态之间的转换S-T
发生系间窜跃电子需转向，S1—T1间进行，比内 部转换困难
VR S2
IC VR
S1
VR：振动驰豫 IC：内部转换 ISC：系间窜跃
•分析上有应用价值的荧光化合物的荧光 效率大于0.1。
（二）荧光磷光与有机化合物结构的 关系
• 至今对激发态分子的性质了解不深，无法定 量地描述荧光与分子结构之间的关系
• 物质只有吸收了紫外可见光，产生 *、 n *跃迁，产生荧光
• *与n *跃迁相比，摩尔吸收系数 大102~103，寿命短
（3）影响不明显的取代基
-NH3+、-R、- SO3H等
三、环境对荧光、磷光的影响
1. 溶剂的影响
不同的溶剂中可能表现出不同的荧光性质 溶剂的极性增强，荧光波长红移，强度增大
2. 温度的影响——低温下测定，提高灵敏度
因为辐射跃迁的速率基本不随温度变; 非辐射跃 迁随温度升高显著增大。
荧光效率会随溶液温度升高下降，强度减弱。
§ 5- 2 荧光和磷光光谱法
一、荧光和磷光光谱的产生
• 基态分子光照后，价电子跃迁产生荧光和磷光
基态分子 光照激发
价电子跃迁到激发态
去激发光 * * n
基态
1. 电子自旋状态的多重性
• 分子中的电子数及自旋方向
第一激发单重态 S1
基态单重态 S0 S0, S1, S2, S3分别代表基态、第一、 二、 三激发单重态 单重态分子具有抗磁性，激发态的平均寿命约为10-8
• -OH、-OR、-NH2、-NHR、-NR2等给电子 基团
• 由于基团的 n 电子（孤对电子）的电子云 与苯环上的 轨道平行，共享了共轭 电 子，扩大了共轭体系，使荧光波长长移，荧 光强度增强
COOR 、-NO、-SH 吸电子 基团, 使荧光波长短移，荧光强度减弱 • 芳环上被F、Cl、Br、I 取代后，使系间窜跃加强， 磷光增强，荧光减弱。磷光相应增强，这种效应 为重原子效应。
光分析法
热致发光 、生物发光、电致发光
荧 光
激发光谱和荧光光谱
强
度
I
λex,max
λfl,max
300
400
500
硫酸奎宁的两个光谱
λ 波长（nm)
硒 油类 石油烃
荧光分光光度法 GB17378.5-1998(13.1) 沉积物 荧光分光光度法 GB17378.5-1998(14.1)
荧光分光光度法 GB17378.6-1998(14.1)
• *跃迁常产生较强的荧光， n *跃 迁产生的荧光弱，但可产生系间窜跃，产 生更强的磷光
1. 共轭体系——有较强的荧光
• 具有共轭体系的芳环或杂环化合物, 电子共轭程度越大，越易产生荧光; 环 越多，共轭程度越大, 产生荧光波长越 长，发射的荧光强度越强
f
ex /nm
em /nm
苯
0.11
-o
o
o
-o
o
coo -
荧光素：氧桥把两 个环固定在一个平 面上，具有平面结 构，强荧光物质
coo -
酚酞：无氧桥把两 个环固定，不能很 好的共平面，为非 荧光物质
例 1，2 - 二苯乙烯
H
H
C=C
H C=C H
顺式：非平面构型 非荧光体
反式：平面构型 强荧光体
（三）取代基的类型
• （1）增强荧光的取代基
ISC T1
S0
S0
吸光 吸光
3.辐射去激—荧光和磷光产生
• S1或T1 发光 S0 这种过程叫辐射去激
(1) 荧光：
从S1的最低振动能级回到S0各振动能级所产 生的光辐射叫荧光
特点： • 产生速度快，10-9~10-6s； • 依赖于外部光源 • 荧>激
VR S2
IC VR
S1
VR：振动驰豫 IC：内部转换 ISC：系间窜跃
205
278
萘
0.29
286
310
蒽
0.46
365
400
线状环结构比非线状
菲
结构的荧光波长长
350
• 多环芳烃是重要的环境污染物，可 用荧光法测定 • 3,4 - 苯并芘是强致癌物
ex = 386 nm em = 430 nm
2. 刚性平面结构—较稳定的平面结构
• 具有强荧光的分子多数有刚性平面结构
第一激发三重态 T1 基态单重态 S0
自旋平行
T1、T2、T3分别表示第一、二、三激发三重态
由基态单重态→激发三重态，净自旋 0。这 种跃迁为禁阻跃迁
三重态分子具有顺磁性，激发态的平均寿命 约为10-4 ~ 1S
2. 无辐射去激
外部转移—激发态分子与溶剂分子或溶质分子的 相互作用产生能量转移，荧光或磷光减弱或消失
VR S2
IC VR
S1
VR：振动驰豫 IC：内部转换 ISC：系间窜跃
ISC VR T1
S0
S0
吸光 吸光 荧光
磷光
图5-1 分子荧光、磷光光谱产生过程示意图
二、荧光、磷光与分子结构的关系
（一）荧光效率
• 荧光强度常用荧光量子效率φf 来描述
荧光量子效率
发荧光的分子数
f = 激发态分子总数
f 是一个物质荧光特性的重要参数， 反映了荧光物质发射荧光的能力， f 越大，荧光越强，在0~1之间。
§ 5- 1 分子发光分析法及其分类
• 分子发光分析法
较高激发态
吸收能量 受激
退激 光辐射
基态
分子在退激过程中以光辐射形式释放能量
• 根据分子受激时所吸收能源及辐射光的机理 不同分为以下几类： 光致发光：以光能来激发而发光
荧光—荧光分析法
磷光—磷光分析法
化学发光：以化学反应能激发而发光—化学发
ISC T1
S0
S0
吸光 吸光 荧光
图5-1 分子荧光光谱产生过程示意图
（2）磷光
• S1 体系间窜跃(isc) T1 发光
S0 磷光
• 特点：
• 发光速度慢，约为 10-4 ~ 10s，
• 光照停止后，磷光仍可持续一段时间
磷光的波长更长 磷 > 荧> 激 * 易产生荧光 n * 易产生磷光
温度对磷光影响更大
3. pH的影响
• 大多数含有酸性或碱性基团的芳香族化合物 的荧光性质受溶液pH的影响很大
• 共轭酸碱对是具有不同荧光性质的两种型体， 具有各自的荧光效率和荧光波长
例： 苯酚
_
OH
O
_
OH
H+
离子化后， 荧光消失
pH≈1有 荧光
pH≈13 无荧光
• 但两个苯环相连的化合物，又表现出相反的性质， 分子形式无荧光，离子化后显荧光
• 振动驰豫(VR)—同一电子能级中，从较高振动能 级到较低振动能级的过程
• 内部转换(IC)—相同的多重态之间的转换 S-S • 系间窜跃(ISC)—不同的多重态之间的转换S-T
发生系间窜跃电子需转向，S1—T1间进行，比内 部转换困难
VR S2
IC VR
S1
VR：振动驰豫 IC：内部转换 ISC：系间窜跃
•分析上有应用价值的荧光化合物的荧光 效率大于0.1。
（二）荧光磷光与有机化合物结构的 关系
• 至今对激发态分子的性质了解不深，无法定 量地描述荧光与分子结构之间的关系
• 物质只有吸收了紫外可见光，产生 *、 n *跃迁，产生荧光
• *与n *跃迁相比，摩尔吸收系数 大102~103，寿命短
（3）影响不明显的取代基
-NH3+、-R、- SO3H等
三、环境对荧光、磷光的影响
1. 溶剂的影响
不同的溶剂中可能表现出不同的荧光性质 溶剂的极性增强，荧光波长红移，强度增大
2. 温度的影响——低温下测定，提高灵敏度
因为辐射跃迁的速率基本不随温度变; 非辐射跃 迁随温度升高显著增大。
荧光效率会随溶液温度升高下降，强度减弱。
§ 5- 2 荧光和磷光光谱法
一、荧光和磷光光谱的产生
• 基态分子光照后，价电子跃迁产生荧光和磷光
基态分子 光照激发
价电子跃迁到激发态
去激发光 * * n
基态
1. 电子自旋状态的多重性
• 分子中的电子数及自旋方向
第一激发单重态 S1
基态单重态 S0 S0, S1, S2, S3分别代表基态、第一、 二、 三激发单重态 单重态分子具有抗磁性，激发态的平均寿命约为10-8
• -OH、-OR、-NH2、-NHR、-NR2等给电子 基团
• 由于基团的 n 电子（孤对电子）的电子云 与苯环上的 轨道平行，共享了共轭 电 子，扩大了共轭体系，使荧光波长长移，荧 光强度增强
COOR 、-NO、-SH 吸电子 基团, 使荧光波长短移，荧光强度减弱 • 芳环上被F、Cl、Br、I 取代后，使系间窜跃加强， 磷光增强，荧光减弱。磷光相应增强，这种效应 为重原子效应。
光分析法
热致发光 、生物发光、电致发光
荧 光
激发光谱和荧光光谱
强
度
I
λex,max
λfl,max
300
400
500
硫酸奎宁的两个光谱
λ 波长（nm)
硒 油类 石油烃
荧光分光光度法 GB17378.5-1998(13.1) 沉积物 荧光分光光度法 GB17378.5-1998(14.1)
荧光分光光度法 GB17378.6-1998(14.1)
• *跃迁常产生较强的荧光， n *跃 迁产生的荧光弱，但可产生系间窜跃，产 生更强的磷光
1. 共轭体系——有较强的荧光
• 具有共轭体系的芳环或杂环化合物, 电子共轭程度越大，越易产生荧光; 环 越多，共轭程度越大, 产生荧光波长越 长，发射的荧光强度越强
f
ex /nm
em /nm
苯
0.11
-o
o
o
-o
o
coo -
荧光素：氧桥把两 个环固定在一个平 面上，具有平面结 构，强荧光物质
coo -
酚酞：无氧桥把两 个环固定，不能很 好的共平面，为非 荧光物质
例 1，2 - 二苯乙烯
H
H
C=C
H C=C H
顺式：非平面构型 非荧光体
反式：平面构型 强荧光体
（三）取代基的类型
• （1）增强荧光的取代基
ISC T1
S0
S0
吸光 吸光
3.辐射去激—荧光和磷光产生
• S1或T1 发光 S0 这种过程叫辐射去激
(1) 荧光：
从S1的最低振动能级回到S0各振动能级所产 生的光辐射叫荧光
特点： • 产生速度快，10-9~10-6s； • 依赖于外部光源 • 荧>激
VR S2
IC VR
S1
VR：振动驰豫 IC：内部转换 ISC：系间窜跃
205
278
萘
0.29
286
310
蒽
0.46
365
400
线状环结构比非线状
菲
结构的荧光波长长
350
• 多环芳烃是重要的环境污染物，可 用荧光法测定 • 3,4 - 苯并芘是强致癌物
ex = 386 nm em = 430 nm
2. 刚性平面结构—较稳定的平面结构
• 具有强荧光的分子多数有刚性平面结构
第一激发三重态 T1 基态单重态 S0
自旋平行
T1、T2、T3分别表示第一、二、三激发三重态
由基态单重态→激发三重态，净自旋 0。这 种跃迁为禁阻跃迁
三重态分子具有顺磁性，激发态的平均寿命 约为10-4 ~ 1S
2. 无辐射去激
外部转移—激发态分子与溶剂分子或溶质分子的 相互作用产生能量转移，荧光或磷光减弱或消失
VR S2
IC VR
S1
VR：振动驰豫 IC：内部转换 ISC：系间窜跃
ISC VR T1
S0
S0
吸光 吸光 荧光
磷光
图5-1 分子荧光、磷光光谱产生过程示意图
二、荧光、磷光与分子结构的关系
（一）荧光效率
• 荧光强度常用荧光量子效率φf 来描述
荧光量子效率
发荧光的分子数
f = 激发态分子总数
f 是一个物质荧光特性的重要参数， 反映了荧光物质发射荧光的能力， f 越大，荧光越强，在0~1之间。