新编仪器分析第四版第三章分子发光分析法综述

T2
T1
S0
第一激发三重态 T1 能量： S2 ＞T2 ＞ S1 ＞ T1 ＞ S0
S0
第二激发三重态T2
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hγ（荧光）
10-8s 几率小（禁阻）
hγ（磷光）
10-4~10s 能量： S2 ＞T2 ＞ S1 ＞ T1 ＞ S0
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2、无辐射跃迁
辐射跃迁
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1）振动弛豫（VR）
在同一电子能级内，激发态分子通过与周围分子碰 撞而将多余能量以热的形式传递给周围分子，自身由 高振动能级回到低振动能级的现象。产生时间10-12s
ex =290nm (MAX)

em= 620nm(MAX)
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三、分子荧光的参数
1.荧光寿命τ
处于激发态的荧光体返回基态前停留在激发态的平均时间，
处于激发态的分子数目衰减到原来的1/e所需要的时间 2.荧光量子产率
发射荧光的光子数 f 吸收激发光的光子数
f
Kf K
Kf
0＜ Фf ＜1
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由于振动弛豫和内转换损失部分能量， 发射荧光的能量比激发光的能量小，波长要长，
这种现象称为斯托克斯位移（Stokes shift）
s 10 (
7
1
ex

1
em
)
λex—最大激发光波长； λem—最大发射光波长
斯托克斯位移越大，激发光对荧光测定的干扰越小
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（2）分子磷光
受激分子降至S1最低振动能级 T1
2）内转换（IC） 同一多重态的不同电子能级间振动能级部分重 叠，电子由高电子振动能级转移到低电子振动能
级的过程。产生时间10-11~10-13s
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3）系间窜跃(ISC)
不同多重态间有振动能级的重叠，分子由激 发单重态（S1）跨越到激发三重态(T1)的过程， 电子需要自旋反转。所需时间10-6s
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四、荧光强度的主要影响因素
1.荧光强度与浓度
荧光体浓度很稀
I f Kc
K K f I 0 b
荧光分析适用于微量组分或痕量组分分析
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2.荧光与分子结构
1）共轭π键体系
跃迁类型：π* →π的荧光效率高，提高共轭度有利于 增加荧光效率，环越大，红移程度越大，发光越强
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2）刚性平面结构：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。
光致发光（PL）
分子荧光 分子磷光
M+ h →M＊
h ’
分类
化学发光（CL） 电致发光（EL） 生物发光（BL）
M
高能态（激发态）Ei 吸收 发射
h
h ’
低能态（基态）E0
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本章重点
掌握分子荧光分析法、化学发光分析法 了解生物发光分析和分子磷光分析
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第二节 分子荧光分析法
一、分子荧光和磷光的产生
1、电子自旋状态的多重性
π* n π* n π π*→n π* n π π*→ π 单重态S S=0 M=2S+1=1
总 自 旋 量 子 数
π 激发单重态 S=0 M=2S+1=1
π* n π
π* n π
三重态T
S=1 M=2S+1=3
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S2 S1
S2 S1 S0 单重第二激发态S2
S0
S2 S1 S0 单重基态S0 T2 T1 单重第一激发态S1
无荧光
发荧光
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3）取代基效应

给电子取代基-OH,-CN，-NH2等，可扩大共轭双键体系加强荧光
得电子取代基=C=O, -NO2 -COOH，-SH等减弱荧光，加 强磷光。 重原子效应：芳环上取代F、Cl、 Br、I之后，系间窜跃加强，荧光 强度随卤素原子量增加而减弱，磷 光则增强。
样品池
ex
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（2）激发光谱的特点
a.不论第二单色器选择何处作为固定测定波长，不
影响谱线的形状
b.激发光谱与该物质的吸收光谱非常近似，同一物
质最大激发波长与最大吸收波长一致。
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2、荧光发射光谱（荧光光谱） （1）荧光光谱的测绘 固定第一单色器，保持激发光的波长和强度，
改变第二单色器，测定发射的荧光在各个波长下的相对强度，
振动弛豫
系间窜跃
单重基态(s0)
磷光
T1的最低振动能级
电子改变自旋，且在亚稳态T1停留较长时间以及分子碰撞能量 损耗大。磷光能量更低，波长更长。发光速度很慢： 10-4～10s
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荧光发射光谱 荧光激发光谱
磷光光谱
200
260 320 380 440 500 560 室温下菲的乙醇溶液荧（磷）光光谱
记录荧光强度（F）对发射波长（λem）的关系曲线
光源 第一单色器 或滤光片
激发
F
记录仪
荧光 第二单色器 或滤光片
固定 ex 激发光波长
样品池
em
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（2）荧光光谱的特性
a.发射光谱的形状与激发波长无关
分子无论被激发到哪一个激发态，最终均回到第一激发 单重态的最低振动能级再回到基态，产生分子荧光。 b.荧光光谱与吸收光谱有镜像关系 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 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；
620
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二、分子荧光的性质
1、荧光激发光谱
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（1）激发光谱的绘制
固定第二单色器波长，改变第一单色器波长进行扫描 反映了激发光波长连续变化时，某一固定荧光测定波长强度
的变化。Fλ—纵坐标， λex(激发波长)—横坐标
光源 第一单色器 或滤光片
激发
Fλ
记录仪 荧光
固定em 荧光波长
第二单色器 或滤光片
第三章 分子发光分析法
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第一节 概述 分子发光（molecular luminescence）
某些物质分子吸收能量跃迁到较高的电子激发态后， 返回基态的过程中伴随发光的现象。以此建立的起来 的分析方法很为非自发光分析法。
hγ
M+ 能量 →M＊
M
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分子发光分析法: 根据物质所发射的光谱线的位置及强度 进行物质鉴定和含量测定的方法。
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镜像关系?
IF4800
4400
固定em=620nm(MAX)
1→ 4 1→ 3
固定ex=290nm (MAX)
1→4 1→3 1→2
4 3 2 1
S1
4000 3600 3200 2800 2400 2000 1600 1200 800 400
1→ 2
1→1 1→ 1
4 3 2 1
S0
0 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900
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3、分子荧光和磷光的产生及类型 （1）分子荧光
瞬时荧光(快速荧光)
分子由第一激发单重态（s1）的最低振动能级→单重基态(s0) 所产生的辐射光。为单重态间的跃迁，概率大，过程快10-8s
延迟荧光
分子跃迁至第一激发三重态（T1） 碰撞
激活
第一激发单重态（S1）
振动弛豫
单重基态(s0)
荧光
S1的最低振动能级