仪器分析课件第7章-分子发光分析法_PPT幻灯片
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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
最新分子发光分析法
• （3）、 刚性平面结构—较稳定的平面结 构
（4）取代基效应
1）给电子取代剂加强荧光
• —HN2， — NHR ， —NR2， — OH， — OR ， — CN
• 产生 p →π共轭
化合物
λ
em max
(nm)
相对荧光强度
苯
278~31 0 10
苯酚
285~3 65 18
苯胺 苯基氰 苯甲醚
激发光谱和发射光谱的关系
• A . Stokes位移
• B .发射光谱的形状与激发波长无关
• C . 镜像规则
A.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。
• 激发：基态→第一激发态各振动能级，振动能 级越高，能级差越大，波长就越短。
• • 发射荧光：从第一激发态的最低振动能级→基
310~40 280~39 285~34
5
0
5
20
20
20
2）吸电子取代基减弱荧光、加强磷光
• 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。其荧光强度随卤 素原子量增加而减弱，磷光相应增强，这种效 应为重原子效应。 其原因是重原子的电子自旋和轨道运动间的相 互作用变大，原子核附近产生磁场，使单重态 向多重态系间跨越的几率增加。
(2)影响荧光强度的因素
• 溶剂的影响（增大溶剂的极性荧光增强） • 温度的影响 • 酸度的影响（芳香族化合物的官能团，金属与有
机试剂螯合）
• 内滤光和自吸收现象 • 散射光的影响
(3)溶液荧光的猝灭
荧光物质分子与溶剂分子或其他溶质分子的相互作用
引起荧光强度降低或荧光强度不与浓度成线性关系
的现象称为荧光猝灭。
（4）取代基效应
1）给电子取代剂加强荧光
• —HN2， — NHR ， —NR2， — OH， — OR ， — CN
• 产生 p →π共轭
化合物
λ
em max
(nm)
相对荧光强度
苯
278~31 0 10
苯酚
285~3 65 18
苯胺 苯基氰 苯甲醚
激发光谱和发射光谱的关系
• A . Stokes位移
• B .发射光谱的形状与激发波长无关
• C . 镜像规则
A.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。
• 激发：基态→第一激发态各振动能级，振动能 级越高，能级差越大，波长就越短。
• • 发射荧光：从第一激发态的最低振动能级→基
310~40 280~39 285~34
5
0
5
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20
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2）吸电子取代基减弱荧光、加强磷光
• 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。其荧光强度随卤 素原子量增加而减弱，磷光相应增强，这种效 应为重原子效应。 其原因是重原子的电子自旋和轨道运动间的相 互作用变大，原子核附近产生磁场，使单重态 向多重态系间跨越的几率增加。
(2)影响荧光强度的因素
• 溶剂的影响（增大溶剂的极性荧光增强） • 温度的影响 • 酸度的影响（芳香族化合物的官能团，金属与有
机试剂螯合）
• 内滤光和自吸收现象 • 散射光的影响
(3)溶液荧光的猝灭
荧光物质分子与溶剂分子或其他溶质分子的相互作用
引起荧光强度降低或荧光强度不与浓度成线性关系
的现象称为荧光猝灭。
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
第七章 分子发光分析
22:50
如8-巯基喹啉在下列四种不同极性溶剂中的情况
溶剂 介电常数 四氯化碳 2.24 氯仿 5.2 丙酮 21.5 乙腈 38.8
荧光峰λ/nm 荧光效率
390
0.002
398
0.041
405
0.055
410
0.064
22:50
③ 溶液pH值对荧光强度的影响 不同的pH值，化合物所处状态不同，不同的 化合物或化合物的分子与其离子在电子构型上有 所不同。 对于金属离子与有机试剂形成的发光鏊合物， 一方面pH会影响鏊合物的形成，另一方面还会 影响鏊合物的组成，因而影响它们的荧光性质。 如：苯酚在酸性溶液中呈现荧光，但在碱性 溶液中，无荧光。
浓度范围为：10-5μg/ml～100μg/ml 。对于较 浓溶液，由于猝灭现象和自吸收等原因，使荧光 强度和浓度不呈线性关系,将向浓度轴偏离。
22:50
（2）影响荧光强度的因素 ① 溶剂对荧光强度的影响 一般来说，随着溶剂介电常数的增大，荧光 峰的波长越大，荧光效率也越大。 ② 温度对荧光强度的影响 温度上升使荧光强度下降。
22:50
① 碰撞猝灭 处于激发单重态的荧光分子与猝灭剂分子相碰 撞，使激发单重态的荧光分子以无辐射跃迁的方 式回到基态，产生猝灭作用。 。
② 静态猝灭（组成化合物的猝灭） 由于部分荧光物质分子与猝灭剂分子生成非荧 光的配合物而产生的。此过程往往还会引起溶液 吸收光谱的改变。
22:50
③ 氧的猝灭作用 分子由于系间的跨越跃迁，由单重态跃迁到三 重态。转入三重态的分子在常温下不发光，它们 在与其它分子的碰撞中消耗能量而使荧光猝灭。 溶液中的溶解氧对有机化合物的荧光产生猝灭 效应是由于三重态基态的氧分子和单重激发态的 荧光物质分子碰撞，形成了单重激发态的氧分子 和三重态的荧光物质分子，使荧光猝灭。
如8-巯基喹啉在下列四种不同极性溶剂中的情况
溶剂 介电常数 四氯化碳 2.24 氯仿 5.2 丙酮 21.5 乙腈 38.8
荧光峰λ/nm 荧光效率
390
0.002
398
0.041
405
0.055
410
0.064
22:50
③ 溶液pH值对荧光强度的影响 不同的pH值，化合物所处状态不同，不同的 化合物或化合物的分子与其离子在电子构型上有 所不同。 对于金属离子与有机试剂形成的发光鏊合物， 一方面pH会影响鏊合物的形成，另一方面还会 影响鏊合物的组成，因而影响它们的荧光性质。 如：苯酚在酸性溶液中呈现荧光，但在碱性 溶液中，无荧光。
浓度范围为：10-5μg/ml～100μg/ml 。对于较 浓溶液，由于猝灭现象和自吸收等原因，使荧光 强度和浓度不呈线性关系,将向浓度轴偏离。
22:50
（2）影响荧光强度的因素 ① 溶剂对荧光强度的影响 一般来说，随着溶剂介电常数的增大，荧光 峰的波长越大，荧光效率也越大。 ② 温度对荧光强度的影响 温度上升使荧光强度下降。
22:50
① 碰撞猝灭 处于激发单重态的荧光分子与猝灭剂分子相碰 撞，使激发单重态的荧光分子以无辐射跃迁的方 式回到基态，产生猝灭作用。 。
② 静态猝灭（组成化合物的猝灭） 由于部分荧光物质分子与猝灭剂分子生成非荧 光的配合物而产生的。此过程往往还会引起溶液 吸收光谱的改变。
22:50
③ 氧的猝灭作用 分子由于系间的跨越跃迁，由单重态跃迁到三 重态。转入三重态的分子在常温下不发光，它们 在与其它分子的碰撞中消耗能量而使荧光猝灭。 溶液中的溶解氧对有机化合物的荧光产生猝灭 效应是由于三重态基态的氧分子和单重激发态的 荧光物质分子碰撞，形成了单重激发态的氧分子 和三重态的荧光物质分子，使荧光猝灭。
仪器分析第7章-分子发光分析法PPT课件
• 激发态分子从第一激发三重态 回到基态伴随的光辐射称 为磷光。
• 分子受化学能激发后产生的发光现象称为化学发光。
.
2
分子发光分析法的特点：
• 灵敏度高：比紫外-可见分光光谱法一般要高2-3个数量级。 • 选择性由于吸收光谱法：物质对光的吸收具有普遍性，但
吸光后并非都有发光现象。即便有发光现象，在吸收波长 和发射波长等方面不尽相同，这样就有可能通过调节激发 波长和发射波长来达到选择性测定的目的。 • 试样量小，操作简便 • 发光检测的灵敏度高，发光参数多：如发光光谱、发光强 度、发光寿命等各种发光特性对所研究体系的局部环境因 素有高度的敏感性
.
29
② 静态猝灭（组成化合物的猝灭）
由于部分荧光物质分子与猝灭剂分子生成非荧光的 配合物而产生的。此过程往往还会引起溶液吸收光谱的改 变。
③ 氧的猝灭作用
溶液中的溶解氧对有机化合物的荧光产生猝灭效应
第 7 章 分子发光分析法
molecular luminescence analysis
.
1
• 分子发光分析法包括荧光分析法、磷光分析法和化学发光 分析法。
• 这三种都是通过测量被激发的分子回到基态时所发射的光 辐射来进行分析的，不同之处在于光谱产生的机制。
• 分子受光子激发后，由第一电子激发单重态回到基态的任 一振动能级伴随的光辐射称为分子荧光。
.
8
非辐射能量传递过程
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：同多重度电子能级中,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；
• 分子受化学能激发后产生的发光现象称为化学发光。
.
2
分子发光分析法的特点：
• 灵敏度高：比紫外-可见分光光谱法一般要高2-3个数量级。 • 选择性由于吸收光谱法：物质对光的吸收具有普遍性，但
吸光后并非都有发光现象。即便有发光现象，在吸收波长 和发射波长等方面不尽相同，这样就有可能通过调节激发 波长和发射波长来达到选择性测定的目的。 • 试样量小，操作简便 • 发光检测的灵敏度高，发光参数多：如发光光谱、发光强 度、发光寿命等各种发光特性对所研究体系的局部环境因 素有高度的敏感性
.
29
② 静态猝灭（组成化合物的猝灭）
由于部分荧光物质分子与猝灭剂分子生成非荧光的 配合物而产生的。此过程往往还会引起溶液吸收光谱的改 变。
③ 氧的猝灭作用
溶液中的溶解氧对有机化合物的荧光产生猝灭效应
第 7 章 分子发光分析法
molecular luminescence analysis
.
1
• 分子发光分析法包括荧光分析法、磷光分析法和化学发光 分析法。
• 这三种都是通过测量被激发的分子回到基态时所发射的光 辐射来进行分析的，不同之处在于光谱产生的机制。
• 分子受光子激发后，由第一电子激发单重态回到基态的任 一振动能级伴随的光辐射称为分子荧光。
.
8
非辐射能量传递过程
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：同多重度电子能级中,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；
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
《分子发光光谱》PPT课件
共振荧光(Resonance)：
λex = λem
2020/12/31
h
7
电子重态示意图
基态单重态
激发单重态
激发三重态
2020/12/31
h
8
• 分子中电子的运动状态除了电子所处的能级外， 还包含有电子的多重态，用M=2S+1表示，S 为各电子自旋量子数的代数和，其数值为0或1
• 根据Pauli不相容原理，分子中同一轨道所占 据的两个电子必须具有相反的自旋方向，即自 旋配对Βιβλιοθήκη 2020/12/31h
6
（一）荧光磷光的产生
分子发光的类型
按激发的模式分类： 分子发光
按分子激发态的类型分类：
按光子能量分类：
分子发光
光致发光 化学发光/生物发光 热致发光 场致发光 摩擦发光
荧光 瞬时荧光 迟滞荧光
磷光
斯托克斯荧光(Stokes)：
λex < λem
荧光 反斯托克斯荧光 (Antistokes)：λex > λem
• 辐射跃迁主要涉及到荧光、延迟荧光或磷光的 发射
• 无辐射跃迁是指以热的形式释放多余的能量， 包括振动弛豫、内(部)转移、系间跨(窜)越及 外(部)转移等过程
2020/12/31
h
14
荧光和磷光的产生过程中能量 传递方式及作用
• 振动弛豫 • 内转移 • 荧光发射 • 系间窜跃 • 磷光发射 • 外转移 • 延迟荧光
2020/12/31
h
3
• 直到1852年，对荧光分析法具有开拓性工作的 Stokes在考察奎宁和绿色素的荧光时，用分光 计观察到其荧光的波长比入射光的波长稍为长 些，而不是由光的漫反射引起的，从而导入荧 光是光发射的概念，他还由发荧光的矿石“萤 石”推演而提出了“荧光”这一术语，他还研 究了荧光强度与荧光物质浓度之间的关系，并 描述了在高浓度或某些外来物质存在时的荧光 猝灭现象
《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。
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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
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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
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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
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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。
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③ 激发光谱与发射光谱的关系
（1） Stokes(斯托克斯)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，振动弛豫消耗了能量。 （2） 荧光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l2
,l1)，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l2′)。
光)强度与照射光波长的关系曲线 。简而言之，固定发 射波长，找激发波长。
② 荧光 (或磷光)发射光谱
• 固定激发光波长(选最大激发波长), 化合物发射的荧光(或 磷光强度)与发射光波长关系曲线。
荧光发射光谱 荧光激发光谱
磷光光谱
200
260
320
380 440 500 560 620
室温下菲的乙醇溶液荧（ห้องสมุดไป่ตู้）光光谱
2. 荧光强度与溶液浓度之间的关系 P128
荧光量子产率（）：是物质荧光特性的重要参数，它 反映了荧光物质发射荧光的能力，其数值越大，说明物质的 荧光能力越强。
吸 发收 射的 的光 光吸 量 量 荧收 子 子 光强 的 数 数 强 IfI收 光 ）a） 度（
在产生荧光的过程中，涉及到许多辐射和无辐射跃迁过程， 如荧光发射、内转移，系间窜跃和外转移等。很明显，荧光 的量子产率，与上述每一个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。
关系, 而又不完全对称, 且荧光光谱的波长较长的理由。
[答](1)物质的吸收光谱是物质吸收光能后,由基态跃迁至 较高激发态的各个振动能级，产生吸收光谱的形状是由 激发态的能级分布决定的。 (2)分子荧光光谱是由基态的振动能级分布决定的。两者 情况相似,但又不相同,再加上物质分子在激发态和基态 受溶剂作用及环境的影响不同。
• 分子受光子激发后，由第一电子激发单重态回到基态的任 一振动能级伴随的光辐射称为分子荧光。
• 激发态分子从第一激发三重态 回到基态伴随的光辐射称为 磷光。
• 分子受化学能激发后产生的发光现象称为化学发光。
7-2 分子荧光分析法及其基本原理
一、分子荧光和磷光的产生
1. 电子自旋状态的多重性 ✓分子荧光和磷光通常基于或n形式的 电子跃迁，因此都需要有不饱和官能团的存在。 ✓在光致激发和去激发光中，价电子可以处在不 同的自旋状态，常用电子自旋状态的多重性描述。
3 .荧光的产生与分子结构的关系
• 分子产生荧光必须具备两个条件： • 物质分子必须具有能吸收一定频率紫外可见辐射
的特征结构，分子必须具有吸光的结构 • 吸光后被激发的分子还必须具有高的荧光量子产
率，许多吸光物质不一定发荧光，就是由于他们 的吸光分子的荧光量子产率不高，而是将其吸收 的能量与溶剂分子或其他溶质分子的相互碰撞中 消耗掉了，因此不能发生荧光。
（3） 镜像规则 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。
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
小结：什么是分子荧光发射光谱与荧光激发光谱?
(1) 荧光激发光谱: 固定荧光发射波长, 扫描荧光激发波长, 所得到的激发波长与荧光强度的一维光谱曲线。
荧光发射光谱: 固定荧光激发波长, 扫描荧光发射波长, 所得到的发射波长与荧光强度的一维光谱曲线。 (2) 荧光发射光谱是供应能量使试样增加能量后，针对发 射的荧光所记录的光谱, 荧光激发光谱是以荧光为光源照射 试样后, 针对试样吸收能量所记录的光谱。
思考题：简述分子荧光光谱常与其吸收光谱呈镜像对称
2. 无辐射跃迁
当激发态分子返回基态时，如果不伴有发光现象， 该过程称为无辐射去激或无辐射跃迁，该过程包括振 动弛豫（VR） 、内转换（IC）和系间窜跃（ISC）。
小结：分子荧光和磷光的产生
电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
磷光
系间跨越 内转换 外转换 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：10-8～10 -6 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；
内转换
振动弛豫 内转换
S2
系间跨越
S1
能
T1 T2
荧光强度 If正比于吸收的光量Ia和荧光量子效率 ：
•
If = Ia
•
由朗-比耳定律： Ia = I0(1-10- b c )
•
If = I0(1-10- b c ) = I0(1-e-2.3 b c )
• 浓度很低时，将括号项近似处理后：
•
If = 2.3 I0 b c = Kc
只有在极稀的溶液中，当 b c <0.02时才成立，对于浓度较 高的溶液，由于自猝灭和自吸收等原因，使荧光强度和荧光 物质浓度不呈线性关系。
量
发
发
吸
射
外转换
射
收
荧
磷 振动弛豫
光
光
S0
l3
l1
l 2 l 2
二、分子荧光分析的基本原理
1. 激发光谱和发射光谱
荧光(磷光)：光致发光，照射光波长如何选择？
① 荧光(磷光)的激发光谱曲线 激发光谱反映了激发波长与荧光强度之间的关系，为
荧光分析选择最佳激发波长提供依据。 固定测量波长(选最大发射波长)，化合物发射的荧光(磷
（1）共轭效应
实验证明，容易实现激发 的芳香族化合物容易 发生荧光，能发生荧光的脂肪族和脂环族化合物极少（仅 少数高度共轭体系化合物除外）。任何有利于提高电子 共轭程度的结构的改变都将提高荧光效率，并使荧光波长 向长波方向移动。 共轭效应使荧光增强的原因 ：
主要是由于增大荧光物质的摩尔吸光系数，有利于产 生更多的激发态分子，从而有利于荧光的发生。
(2) 刚性平面结构
实验发现，多数具有刚性平面结构的有机分子具有强 烈的荧光。因为这种结构可以减少分子的振动，使分子与 溶剂或其它溶质分子的相互作用减少，也就减少了碰撞去 活的可能性。
荧光发射光谱 荧光激发光谱
磷光光谱
200 260 320
380 440 500 560 620
室温下菲的乙醇溶液荧（磷）光光谱
7-1 概述
• 分子发光分析法包括荧光分析法、磷光分析法和化学发光 分析法。这三种都是通过测量被激发的分子回到基态时所 发射的光辐射来进行分析的，不同之处在于光谱产生的机 制。