分子荧光光谱法320案例

Quinine Solution
1852年，Stokes在用分光光度计考察奎宁和叶绿素的荧 光时，观察到其荧光波长比入射光波长稍长些，判断这种现 象是物质在吸收光能后重新发射不同波长的光，从而导入了 荧光是光发射的概念，他还由发荧光的矿石“萤石” 而提出 “荧光”这一术语。
George Gabriel Stokes （1819-1903）
斯托克斯荧光(Stokes)： λex<λem
反斯托克斯荧光 (Antistokes) λex>λem
共振荧光(Resonance)：
λex=λem
8.1.2 分子发光分析法的特点
基于化合物的荧光/磷光测量而建立起来的分析方法称为分 子荧光/磷光光谱法。 ★灵敏度高, 比吸收光谱法低1~3个数量级； ★试样量小, 线性范围宽； ★选择性比吸收光谱法好，因为能产生紫外可见吸收的分子不 一定发射荧光或磷光； ★应用范围不如吸收光谱法广; ★ 在传感器, 生物医药和环境科学等方面的研究具有优越性。
F(P)
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
1
n
kF(P) ki
i1
KF（P）是荧光/磷光发射过程的速率常数 Ki 是非辐射跃迁的速率常数
2) 荧光(磷光)量子产率
物质分子发射荧光/磷光的能力用荧光(磷光)量子产率（Φ） 表示：
第八章 分子发光分析法
Molecular luminescence spectroscopy
概论 分子荧光和磷光光谱分析法 化学发光分析法
8.1 概论
❖1575年西班牙内科医生和植物学家N.Monardes，提到贮 存在由菲律宾紫檀木“Lignum Nephriticum”制成的杯中 的水，呈现了极为可爱的天蓝色。
荧光灯管-电激发发光
3-Br-Carbazole 磷光
荧光棒-化学反应发光
水母-生物发光
8.1.1 分子发光的类型
按激发的模式分类： 分子发光
光致发光Photoluminescence 化学发光/生物发光 热致发光 场致发光 摩擦发光
按分子激发态的类型分类：分子发光
荧光 磷光
瞬时荧光 迟滞荧光
按光子能量分类：荧光
无辐射跃迁过程：
☆振动弛豫：激发态分子由同一电子能级中的较高振动能级转 至较低振动能级的过程，其效率较高，10-14 ～ 10-12s内完成。 ☆内转换：电子在相同多重态的两个能级间，由高能级回到低 能级的过程。 ☆系间窜越：不同多重态间进行的跃迁, 激发态分子的电子自旋 发生倒转: S1→T1。在10-2～10-6s内完成。
❖ 1858 E. Becquerel 第一次发现磷光。
❖ 1867年，Goppelsroder进行了荧光的首次应用分析，应 用铝—桑色素配合物的荧光进行铝的测定。
❖ 19世纪以前，荧光的观察是靠肉眼进行的，直到1928年， 才由Jette和West设计了第一台荧光计。
Fluorophore Samples
Many materials emits fluorescence
Liquids, solids, gas
Organic compounds
aromatic hydrocarbons (anthracene, perylene,naphthalene…), fluorescein, rhodamines, aminoacids(tryptophan, tyrosine…), etc.
8.2 分子荧光和磷光光谱分析法
8.2.1 基本原理 1 荧光和磷光的产生
激发后分子的多重性可能改变( S/T两态).
1
n2S 1LJ
1
2
2
1
1
2
2
1 2
1 2
Ground singlet state
Excited state
S=1 2 1 2 0
2S+1=1
S泡=利1 不2相 容1 原2理1
除极少数例外，通常在发生辐射跃迁之前便发 生了非辐射跃迁而回到S1态，不论开始处于哪个激 发S态，最后到达S1最低振动能级。所以荧光是来 自S1态的最低振动能级的辐射跃迁。
去吸 振活收动化驰演豫示
e
e
e
e
22:16:37
去内 产活转生化换荧演光示
e
S2
e
e
S1
S0
22:16:38
Phosphorescence
Inorganic compounds lanthanide ions (Eu3+, Tb3+), doped glasses (e.g. with Nd,
Mn, Ce , Sn, Cu, Ag), crystals (ZnS, CdS, ZnSe, GaS…), etc.
Organometallic compounds
M=2S+1 3
单重态: 所有电子自旋都配对的分子的电子状态。大多数有机
物分子的基态是单重态。当基态一对电子中的一个被激发 到较高能级，其自旋方向没有改变，分子仍处于单重态。 三重态:
有两个电子的自旋不配对而平行的状态。激发三重态 能量较激发单重态低。
激发态分子的失活: 激发态分子不稳定，要以辐射或无辐 射跃迁的方式回到基态。
First observed from quinine by Sir John Frederick William Herschel in 1845, blue fluorescence @450nm.
Yellow glass of wine Em filter > 400nm
Blue glass Filter <400nm
S2
S1
Ground State Electrons
Intersystem Crossing
T1
2. 荧光\磷光寿命及量子产率
发光寿命及量子产率是两个重要的参数. 1) 荧光(磷光)寿命
分子在激发态的平均时间或者说处于激发态的分子数目衰 减到原来的1/2所经历的时间。
处于S1(T1)电子态的荧光体平均寿命()可以表示为：
辐射跃迁:
荧光Fluorescence： 受光激发的分子从S1的最低振动能级回到基态S0 所发出的辐射。寿命10-8 ~10-10s，是相同多重态之间的 跃迁，跃迁几率、速度较大，速率常数kf为106~109s-1。 磷光Phosphorescence： 从T1态的最低振动能级回到基态S0所发出的辐射。 由于磷光的产生伴随自旋多重态的改变，辐射几率、 速度远小于荧光，寿命长（10-4 ~10s）, 能量更低！