化学分子荧光光谱法

（4）到达基态的各个不同振动能级的分子再通过无辐射跃迁最
后回到基态的最低振动能级．
5.分子产生荧光必须具备的条件
（1）具有合适的结构。只有少数具有某些结构特性 的体系才会产生荧光现象。 （2）具有一定的荧光量子产率。
物质分子发射荧光的能力用荧光量子产率（Φ）表示：
发射荧光的分子数 发射的光子数 Φ = 激发态的分子数 =吸收的光子数
给电子基会使荧光增强。
给电子取代基如—NH2、—OH、—OCH3、—CN、— NHR、—NR2等，能增加分子的π电子共轭程度，使荧光效率 提高。
而-COOH、—NO2、—C=O、—F、—Cl等吸电子取代基，可
减弱分子π电子共轭性，使荧光减弱甚至熄灭。 还有一类取代基则对荧光的影响不明显，如—R、— SO3H、—NH3 等。
1）荧光与分子结构的关系
要求：有强的紫外可见吸收
电子跃迁类型 * → 的荧光效率高，系间窜跃至三重态的的速率常
数较小，有利于荧光的产生。
共轭效应
含有* → 跃迁能级的芳香族化合物的荧光最常见且
最强。具有较大共轭体系或脂环羰基结构的脂肪族化合物 也可能产生荧光。
取代基效应：苯环上有吸电子基常常会妨碍荧光的产生；而
当入射光的λ 1 和 I0一定时 ：
F=Kc
即：
在低浓度时，溶液的荧光强度与荧光物质的浓度成正比。
—ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ——这是荧光法定量的基础。
7 .影响荧光强度的因素
（1）内部因素
自猝灭——发光物质分子间碰撞而发生的能量无辐射转移。自
猝灭随溶液浓度的增加而增加。
自吸收——荧光化合物的发射光谱的波长与其吸收光谱的波长 重叠，溶液内部激发态分子所发射的荧光在通过外部溶液时被 同类分子吸收，从而使荧光被减弱。
平面刚性结构效应 可降低分子振动，减少与溶剂的相互作用，故具有很
强的荧光。如荧光素和酚酞有相似结构，荧光素有很强的荧
光，酚酞却没有。
6. 荧光强度与浓度的关系
荧光是物质吸收光子之后发出的辐射，荧光强度（F）与
①荧光物质的吸光程度
②发射荧光的能力有关：
F = K′（I0—I） I0 —入射光辐射强度； I —透射光辐射强度； K′—取决于荧光量子产率（Ф）。
Lambert-Beer 定律：
I I0 e
2.303bc
F K I 0 (1 e
2.303bc
)
(2.303bc) 2 (2.303bc) 3 = K I 0 2.303bc 2! 3!
溶液浓度较低时：
F K I 0 2.303bc
内转换 振动弛豫 系间跨越 T2 T1 发 射 荧 光 外转换 发 射 磷 振动弛豫 光
S1 能 量
S0
l
l
l
l
4. 荧光产生的过程：
（1）处于基态最低振动能级的荧光物质分子受到紫外线的照射，
吸收了和它所具有的特征频率相一致的光线，跃迁到第一电
子激发态的各个振动能级； （2）被激发到第一电子激发态的各个振动能级的分子通过无辐 射跃迁降落到第一电子激发态的最低振动能级； （3）降落到第一电子激发态的最低振动能级的分子继续降落到 基态的各个不同振动能级，同时发射出相应的光量子，这就 是荧光：
最短的占优势。 激发态分子不稳定，以辐射或无辐射跃迁的方式回到
基态。
（3）失活的方式
①无辐射跃迁 振动弛豫： 由于分子间的碰撞，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。
激发态分子常常首先发生振动驰豫。
内转换： 相同多重态的两个电子能级间，电子由高能级回 到低能级的分子内过程。
3.分子的激发与失活 （1）分子的激发
基态→激发态(S1、S2、激发态振动能级)：吸收特定
频率的辐射，跃迁一次到位。
单重态： 一个分子中所有电子自旋都配对的电子状态。 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。
（2）激发态分子的失活
激发态→基态：多种途径和方式，速度最快、激发态寿命
系间窜越：
激发态分子的电子自旋发生倒转而使分子的多重态 系间窜跃最常见。
发生变化的过程。含有重原子的分子中（如I、Br等），
外转换：
激发态分子与溶剂或其他溶质相互作用和能量转换 而使荧光（或磷光）减弱甚至消失的过程。
②辐射跃迁
荧光： 受光激发的分子经振动驰豫、内转换、振动驰豫 到达第一电子激发单重态的最低振动能级，以辐射 的形式失活回到基态，发出荧光。 由于无辐射使分子吸收的能量有部分损失， 因此荧光的能量比吸收的能量小，即荧光波长一般 比激发光波长长。
本章主要内容
1
荧光分析法的基本 原理
2
荧光分析仪
3 4
荧光法的应用
什么是荧光？
自然界存在这样一类物质，当吸收了外界能 量后，能发出不同波长和不同强度的光，一 旦外界能源消失，则这种光也随之消失，这 种光称为荧光。
外界提供能量的方式有多种，如光照、加热、 化学反应及生物代谢等。通过光照激发产生的荧光称 为光致荧光。 光致荧光是指物质在吸收紫外光和可见光后发出的 波长较长的紫外荧光或可见荧光。
磷光：
若第一激发单重态的分子通过系间窜跃到达第一激发三重
态，再通过振动驰豫转至该激发的最低振动能级，然后以辐
射的形式回到基态，发出的光线称为磷光。 由于激发三重态能量较激发单重态低，所以磷光的波长比 荧光的波长稍长。 磷光仅在很低的温度或黏性介质中才能观测到。因此磷光 很少应用于分析。
内转换 S2
(2）环境因素 ①温度 温度降低会减少碰撞和非辐射失活的概率，因此会增加
荧光强度。例如：荧光素的乙醇溶液在 0℃ 以下每降低
10℃，荧光产率增加 3%，当温度降低至 -80 ℃时，荧光 产率为100%。 ②pH值 含有酸性或碱性取代基的芳香化合物的荧光与pH有关。
光致发光

物体依赖外界光源进行照射，从而获得能量，产生 激发导至发光的现象。

它大致经过吸收、能量传递及光发射三个主要阶段，
光的吸收及发射都发生于能级之间的跃迁，都经过激 发态。而能量传递则是由于激发态的运动。

紫外辐射、可见光及红外辐射均可引起光致发光。 如磷光与荧光。
3.1 分子荧光产生机理 1.光谱类型 荧光光谱是物质分子吸收紫外光后产生的分子发 射光谱。 2.跃迁类型 分子中原子的电子能 级跃迁，伴随振动能级 的跃迁。