分子发光分析
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是指以热的形式辐射其多余的能量，包括振动弛 豫(VR)、内部转移(IR)、系间窜跃(IX)及外部转
移(EC)等，各种跃迁方式发生的可能性及程度，
与荧光物质本身的结构及激发时的物理和化学环
境等因素有关。
（二） 去活化过程(Deactivation) 处于激发态分子不稳定，通过辐射或非辐射 跃迁等去活化过程返回至基态。这些过程包括：
第6章 分子发光分析法
(Molecular Luminescence Analysis)
第6章 红外吸收光谱法
6.1 荧光分析法
Molecular Fluorescence Analysis
6.2 磷光分析法
Molecular phosphorescence Analysis
6.3化学发光分析法
分子发光：处于基态的分子吸收能量 (电、热、化学和光能等)被激发至激发态， 然后从不稳定的激发态返回至基态并发射 出光子，此种现象称为发光。 发光分析包括荧光、磷光、化学发光、
应用不广泛：主要是因为能发荧光的物质不具 普遍性、增强荧光的方法有限、外界环境对荧
光量子效率影响大、干扰测量的因素较多。
紫外可见分光光度法的特点
(一) 灵敏度高
吸光光度法测定物质的浓度下限(最 低浓度)一般可达1~10-3 %的微量组分。 对固体试样一般可测到10-4 ~10-5%的痕 量组分。如果对被测组分事先加以富集，
S1
系间窜跃
S2 T1
S0
吸光1
吸光2 荧光3
荧光、磷光 能级图
5)外转换 (External Conversion，EC)
激发三重态：分子吸收能 量，电子自旋不再配对， 为三重态，称为激发三 重态，以T1，T2….表示。
基态：电子自旋配对， 多重度=2s+1=1，为单 重态，以S0表示。
图6.1 分子内的光物理过程
处于激发态的电子，通常以辐射跃迁方式或
无辐射跃迁方式再回到基态。辐射跃迁主要涉及
到荧光、延迟荧光或磷光的发射；无辐射跃迁则
习惯上将多重性为1、2、3的光谱项分别
称为单重态、双重态、三重态。
荧光分析的特点：
灵敏度高：视不同物质，检测下限在
0.10.001g/mL 之间。比 UV-Vis 的灵敏度高得
多。 选择性好：可同时用激发光谱和荧光发射光谱
定性。
结构信息量多：包括物质激发光谱、发射光谱、
பைடு நூலகம்
光强、荧光量子效率、荧光寿命等。
S1
S2
内转移
T1
S0
吸光1
吸光2
荧光、磷光 能级图
3)荧光发射
处于第一激发单重态(S1)的电子跃迁至
基态各振动能级(S0)时，将得到最大波长为 3的荧光。 注意： 基态中也有振动驰豫跃迁。很明显， 3的波长较激发波长1或2都长，而且不论 电子开始被激发至什么高能级，最终将只 发射出波长为3的荧光。荧光的产生在10-7 -10-9s内完成。
1)振动弛豫
(Vibrational Relaxation，VR)
在液相或压力足够高的气相中，
处于激发态的分子因碰撞将能量以热 的形式传递给周围的分子，从而从高
振动能层失活至低振动能层的过程，
称为振动弛豫。
S1
S2
振动弛豫
T1
在同一 电子能级中， 电子由高振 动能级转至 低振动能级，
S0
吸光1
在单重激发态中，两个电子平行自旋，单重态分子
具有抗磁性，其激发态的平均寿命大约为10-8s; 而三重态 分子具有顺磁性，其激发态的平均寿命为10-4~1s以上(通 常用S和T分别表示单重态和三重态)。
光谱选择定则
根据量子力学的原理，电子的跃迁不能在任 意两个能级之间进行，而必须遵循一定的“选择 定则”，这个定则是
灵敏度还可以提高1-2个数量级。
二、基本原理
(一) 分子荧光的产生 处于分子基态单重态中的电子对，其自旋方向相反，
当其中一个电子被激发时，通常跃迁至第一激发态单重
态轨道上，也可能跃迁至能级更高的单重态上。这种跃 迁是符合光谱选律的，如果跃迁至第一激发三重态轨道 上，则属于禁阻跃迁。单重态与三重态的区别在于电子 自旋方向不同，激发三重态具有较低能级。
磷光由单重激发态先过渡到三重激发态，然
后由三重激发态向基态跃迁向基态跃迁产生。 化学发光是化学反应物或反应产物受反应释 放的化学能激发而产生的光辐射。
光谱项与光谱支项
当n, L, S三个量子数确定之后，原子能级 就基本确定了。
用n、L、S三个量子数描述原子能级的光
谱项（n2S+1L）。 L与S相互作用，可产生2S+1个能级稍微 不同的分裂，是产生光谱多重线的原因。 M=2S+1叫做谱线的多重性。
吸光2
荧光、磷光 能级图 → 振动弛豫
而将多余的 能量以热 的形式发出。
2)内转化
( Internal Conversion，IC ) 对于具有相同多重度的分子，若 较高电子能级的低振动能层与较低电子 能级的高振动能层相重叠时，则电子可
在重叠的能层之间通过振动耦合产生无
辐射跃迁，如S2-S1；T2-T1。
生物发光等。物质吸收光能后所产生的光
辐射称之为荧光和磷光。
6.1 荧光分法
Molecular Fluorescence Analysis
一、概述
分子荧光分析法是根据物
质的分子荧光光谱进行定性，
以荧光强度进行定量的一种分
析方法。
分子发光光谱
分子发光光谱包括荧光光谱、磷光光谱和
化学发光光谱。
荧光和磷光为光致发光，是物质的基态分子 吸收一定波长范围的光辐射激发至单重激发态， 当其由激发态回到基态时产生的二次辐射。 荧光由单重激发态向基态跃迁产生。
① △L=±1，②△S=0，③△J=0，±1，但当
J=0 时，△J=0 的跃迁是不允许的。
不符合光谱选择定则的跃迁叫禁戒跃迁。若
两光谱项之间为禁戒跃迁，处于较高能级的原子
具有较长的寿命，原子的这种状态称为亚稳态。
三重态能级低于单重 态(Hund规则)
激发单重态：分子吸收能 量，电子自旋仍然配对， 为单重态，称为激发单 重态，以S1，S2…表示
S1
S2
T1
S0
吸光1
吸光2 荧光
荧光3
荧光、磷光 能级图
4)系间窜跃 指不同多重态间的无辐射跃迁， 例如S1→T1就是一种系间窜跃。通常， 发生系间窜跃时，电子由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，有可能发生
T1→S1，然后由S1发生荧光。这是产生
延迟荧光的机理。
移(EC)等，各种跃迁方式发生的可能性及程度，
与荧光物质本身的结构及激发时的物理和化学环
境等因素有关。
（二） 去活化过程(Deactivation) 处于激发态分子不稳定，通过辐射或非辐射 跃迁等去活化过程返回至基态。这些过程包括：
第6章 分子发光分析法
(Molecular Luminescence Analysis)
第6章 红外吸收光谱法
6.1 荧光分析法
Molecular Fluorescence Analysis
6.2 磷光分析法
Molecular phosphorescence Analysis
6.3化学发光分析法
分子发光：处于基态的分子吸收能量 (电、热、化学和光能等)被激发至激发态， 然后从不稳定的激发态返回至基态并发射 出光子，此种现象称为发光。 发光分析包括荧光、磷光、化学发光、
应用不广泛：主要是因为能发荧光的物质不具 普遍性、增强荧光的方法有限、外界环境对荧
光量子效率影响大、干扰测量的因素较多。
紫外可见分光光度法的特点
(一) 灵敏度高
吸光光度法测定物质的浓度下限(最 低浓度)一般可达1~10-3 %的微量组分。 对固体试样一般可测到10-4 ~10-5%的痕 量组分。如果对被测组分事先加以富集，
S1
系间窜跃
S2 T1
S0
吸光1
吸光2 荧光3
荧光、磷光 能级图
5)外转换 (External Conversion，EC)
激发三重态：分子吸收能 量，电子自旋不再配对， 为三重态，称为激发三 重态，以T1，T2….表示。
基态：电子自旋配对， 多重度=2s+1=1，为单 重态，以S0表示。
图6.1 分子内的光物理过程
处于激发态的电子，通常以辐射跃迁方式或
无辐射跃迁方式再回到基态。辐射跃迁主要涉及
到荧光、延迟荧光或磷光的发射；无辐射跃迁则
习惯上将多重性为1、2、3的光谱项分别
称为单重态、双重态、三重态。
荧光分析的特点：
灵敏度高：视不同物质，检测下限在
0.10.001g/mL 之间。比 UV-Vis 的灵敏度高得
多。 选择性好：可同时用激发光谱和荧光发射光谱
定性。
结构信息量多：包括物质激发光谱、发射光谱、
பைடு நூலகம்
光强、荧光量子效率、荧光寿命等。
S1
S2
内转移
T1
S0
吸光1
吸光2
荧光、磷光 能级图
3)荧光发射
处于第一激发单重态(S1)的电子跃迁至
基态各振动能级(S0)时，将得到最大波长为 3的荧光。 注意： 基态中也有振动驰豫跃迁。很明显， 3的波长较激发波长1或2都长，而且不论 电子开始被激发至什么高能级，最终将只 发射出波长为3的荧光。荧光的产生在10-7 -10-9s内完成。
1)振动弛豫
(Vibrational Relaxation，VR)
在液相或压力足够高的气相中，
处于激发态的分子因碰撞将能量以热 的形式传递给周围的分子，从而从高
振动能层失活至低振动能层的过程，
称为振动弛豫。
S1
S2
振动弛豫
T1
在同一 电子能级中， 电子由高振 动能级转至 低振动能级，
S0
吸光1
在单重激发态中，两个电子平行自旋，单重态分子
具有抗磁性，其激发态的平均寿命大约为10-8s; 而三重态 分子具有顺磁性，其激发态的平均寿命为10-4~1s以上(通 常用S和T分别表示单重态和三重态)。
光谱选择定则
根据量子力学的原理，电子的跃迁不能在任 意两个能级之间进行，而必须遵循一定的“选择 定则”，这个定则是
灵敏度还可以提高1-2个数量级。
二、基本原理
(一) 分子荧光的产生 处于分子基态单重态中的电子对，其自旋方向相反，
当其中一个电子被激发时，通常跃迁至第一激发态单重
态轨道上，也可能跃迁至能级更高的单重态上。这种跃 迁是符合光谱选律的，如果跃迁至第一激发三重态轨道 上，则属于禁阻跃迁。单重态与三重态的区别在于电子 自旋方向不同，激发三重态具有较低能级。
磷光由单重激发态先过渡到三重激发态，然
后由三重激发态向基态跃迁向基态跃迁产生。 化学发光是化学反应物或反应产物受反应释 放的化学能激发而产生的光辐射。
光谱项与光谱支项
当n, L, S三个量子数确定之后，原子能级 就基本确定了。
用n、L、S三个量子数描述原子能级的光
谱项（n2S+1L）。 L与S相互作用，可产生2S+1个能级稍微 不同的分裂，是产生光谱多重线的原因。 M=2S+1叫做谱线的多重性。
吸光2
荧光、磷光 能级图 → 振动弛豫
而将多余的 能量以热 的形式发出。
2)内转化
( Internal Conversion，IC ) 对于具有相同多重度的分子，若 较高电子能级的低振动能层与较低电子 能级的高振动能层相重叠时，则电子可
在重叠的能层之间通过振动耦合产生无
辐射跃迁，如S2-S1；T2-T1。
生物发光等。物质吸收光能后所产生的光
辐射称之为荧光和磷光。
6.1 荧光分法
Molecular Fluorescence Analysis
一、概述
分子荧光分析法是根据物
质的分子荧光光谱进行定性，
以荧光强度进行定量的一种分
析方法。
分子发光光谱
分子发光光谱包括荧光光谱、磷光光谱和
化学发光光谱。
荧光和磷光为光致发光，是物质的基态分子 吸收一定波长范围的光辐射激发至单重激发态， 当其由激发态回到基态时产生的二次辐射。 荧光由单重激发态向基态跃迁产生。
① △L=±1，②△S=0，③△J=0，±1，但当
J=0 时，△J=0 的跃迁是不允许的。
不符合光谱选择定则的跃迁叫禁戒跃迁。若
两光谱项之间为禁戒跃迁，处于较高能级的原子
具有较长的寿命，原子的这种状态称为亚稳态。
三重态能级低于单重 态(Hund规则)
激发单重态：分子吸收能 量，电子自旋仍然配对， 为单重态，称为激发单 重态，以S1，S2…表示
S1
S2
T1
S0
吸光1
吸光2 荧光
荧光3
荧光、磷光 能级图
4)系间窜跃 指不同多重态间的无辐射跃迁， 例如S1→T1就是一种系间窜跃。通常， 发生系间窜跃时，电子由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，有可能发生
T1→S1，然后由S1发生荧光。这是产生
延迟荧光的机理。