仪器分析第5章 分子发光分析法PPT课件
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（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。
S1
S2
T1
S0 吸光l1
吸光l2 荧光l3
荧光能级图
磷光发射
处于第一激发单重
S2
态最低振动能层的电子，
经体系间窜跃跃迁到第
一激发三重态，并经振
动弛豫至最低振动能层，
然后跃迁回到基态各振
动能级,发射波长为l´3的 磷光。磷光波长l´3＞荧
Fra Baidu bibliotek
S0
吸光l1
光波长λ3＞激发波长λ1
或λ2。磷光的产生在10-
6
一、概述
第一节
荧光分析法
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。
荧光分析法的最大优点是灵敏度高，选择性也 比较好，检测限通常比分光光度法低2-4个数量级。 虽然应用不如分光光度法广泛，但在微量、痕量分 析及生命科学研究等中具有重要意义。
二、基本原理
分子能级=电子能级(Ee)+振动能级(Ev)+转动能级(Er)
第五章 分子发光分析法
Molecular Luminescence
第一节 第二节 第三节
荧光分析法 磷光分析法 化学发光分析
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总体概述
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教学目标与要求：掌握分子发光分析法（荧光分析 法、磷光分析法）的基本原理，熟悉荧光分析仪器、 磷光分析仪器的结构原理。 教学重点：分子发光（分子荧光、分子磷光）分析 法的基本原理。 教学难点:理解振动弛豫、内转化、体系间窜跃的意 义，并能正确地区别三者之间的差别。 教学方法：讲解、练习
分子发光分析法
基态分子吸收了一定能量后，跃迁到激发 态，当激发态分子以辐射跃迁形式将其能量释 放返回基态时，便产生分子发光。依据激发的 模式不同，分子发光分为光致发光、热致发光、 场致发光和化学发光。光致发光按激发态的类
型不同又分为荧光和磷光两种。
本章主要讨论： 分子荧光(Molecular Fluorescence)、 分子磷光(Molecular Phosphorescence) 化学发光分析法(Chemiluminescence)
3-10s内完成。
S1
T1
吸光l2
荧光
荧光l3 磷光l´3
磷光
在光照停止后，仍可持续一段时间。
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 内转移 外转移 振动弛豫
☺荧光：10-7～10-9s, 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；
荧光： 16世纪：在矿物和植物提取液中发现荧光； 1575年：Monardes—植物愈创木切片黄色水溶液—天兰色荧光； 1852年：Stokes阐明荧光发射机制（分光计观测奎宁和叶绿素的 荧光，发现波长稍长于入射光的波长——认识到荧光为“重新发
光”而不是漫射光； 1905年：Wood发现气体分子的共振荧光； 1926年:Gaviola直接测定了荧光寿命； 1923年：荧光X射线光谱； 1964年：原子荧光光谱分析的建立； 1965年：荧光分析在生物分析中广泛应用；
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。
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（二）荧光效率及其影响因素
☺ 分子产生荧光必须具备两个条件:
① 分子必须具有与所照射的辐射频率相适应的结 构，才能吸收激发光； ② 吸收了与其本身特征频率相同的能量之后，必 须具有一定的荧光量子产率（即荧光效率）。
1、荧光效率
荧光效率也叫荧光量子产率或量子效率，它表示 物质发射荧光的能力，通常用下式表示
f = 发射荧光的分子数 / 激发态分子的总数
发射的光量子数
磷光： 15世纪被发现（重晶石在强烈阳光下的发光） 1944年：Lewis提出磷光用于分析的可能性； 1957年：Keirs将磷光分析用于定量分析及多组份混合物分析； 1963年：广泛用于血液及尿液中痕量药物及农药残留量分析；
第一节 荧光分析法 一、概述 二、基本原理 三、荧光分析仪器 四、荧光分析法的应用
在单重激发态中，两个电子自旋配对，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）。
☺分子荧光、分子磷光是如何产生的？
振二动、弛基豫本:原是理指 在同一电子能级中，电子由高振动能 级转至低振动能（级一，）而分子将荧多光余的的产能生量以热的形式发 出。发生振动内弛转豫换 的时间为振1动0弛-12豫s数量内级转。换 内S2转化: 相同多重态的两个电子系态间之窜间跃的非辐射跃 迁。当两个电子能级非常靠近以至其振动能级有重 叠时，常发S生1 电子由高能级以无辐射跃迁方式转移 至能低能级。处于高激发单重态的电子，通过T内1 转T移2 及 能 体量振级系动。间弛 窜豫 跃吸， ：均指跃不回同发射到多第重一态激间外发的转换单无重辐态射的跃发射最迁低，振例动如 S1→T1就是收一种系间荧窜跃。通常，发生系磷间窜振跃动弛时豫， 电子由S1的较低振动光能级转移至T1的较高光振动能级处. 外转移:指激发分子与溶剂分子或其它溶质分子的相 S0互失作。l 用 这及 一能 现量 象l转 称移为“，l 熄使3 灭荧”光或或“磷l 3猝光灭强”度。减弱甚至9 消
荧光发射: 处于第一激发
单重态最低振动能级中的
电子跃回至基态各振动能
级时，将得到最大波长为 λ3的荧光。注意:激发态 中存在振动驰豫和内转化
跃迁。很明显，荧光的光
子能量比其分子受激发所
吸收的光子能量低，因此 荧光波长λ3>激发波长λ2 或λ1，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λ3的 荧光。荧光的产生在10-610-9s内完成。
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。
S1
S2
T1
S0 吸光l1
吸光l2 荧光l3
荧光能级图
磷光发射
处于第一激发单重
S2
态最低振动能层的电子，
经体系间窜跃跃迁到第
一激发三重态，并经振
动弛豫至最低振动能层，
然后跃迁回到基态各振
动能级,发射波长为l´3的 磷光。磷光波长l´3＞荧
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S0
吸光l1
光波长λ3＞激发波长λ1
或λ2。磷光的产生在10-
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一、概述
第一节
荧光分析法
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。
荧光分析法的最大优点是灵敏度高，选择性也 比较好，检测限通常比分光光度法低2-4个数量级。 虽然应用不如分光光度法广泛，但在微量、痕量分 析及生命科学研究等中具有重要意义。
二、基本原理
分子能级=电子能级(Ee)+振动能级(Ev)+转动能级(Er)
第五章 分子发光分析法
Molecular Luminescence
第一节 第二节 第三节
荧光分析法 磷光分析法 化学发光分析
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教学目标与要求：掌握分子发光分析法（荧光分析 法、磷光分析法）的基本原理，熟悉荧光分析仪器、 磷光分析仪器的结构原理。 教学重点：分子发光（分子荧光、分子磷光）分析 法的基本原理。 教学难点:理解振动弛豫、内转化、体系间窜跃的意 义，并能正确地区别三者之间的差别。 教学方法：讲解、练习
分子发光分析法
基态分子吸收了一定能量后，跃迁到激发 态，当激发态分子以辐射跃迁形式将其能量释 放返回基态时，便产生分子发光。依据激发的 模式不同，分子发光分为光致发光、热致发光、 场致发光和化学发光。光致发光按激发态的类
型不同又分为荧光和磷光两种。
本章主要讨论： 分子荧光(Molecular Fluorescence)、 分子磷光(Molecular Phosphorescence) 化学发光分析法(Chemiluminescence)
3-10s内完成。
S1
T1
吸光l2
荧光
荧光l3 磷光l´3
磷光
在光照停止后，仍可持续一段时间。
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 内转移 外转移 振动弛豫
☺荧光：10-7～10-9s, 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；
荧光： 16世纪：在矿物和植物提取液中发现荧光； 1575年：Monardes—植物愈创木切片黄色水溶液—天兰色荧光； 1852年：Stokes阐明荧光发射机制（分光计观测奎宁和叶绿素的 荧光，发现波长稍长于入射光的波长——认识到荧光为“重新发
光”而不是漫射光； 1905年：Wood发现气体分子的共振荧光； 1926年:Gaviola直接测定了荧光寿命； 1923年：荧光X射线光谱； 1964年：原子荧光光谱分析的建立； 1965年：荧光分析在生物分析中广泛应用；
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。
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（二）荧光效率及其影响因素
☺ 分子产生荧光必须具备两个条件:
① 分子必须具有与所照射的辐射频率相适应的结 构，才能吸收激发光； ② 吸收了与其本身特征频率相同的能量之后，必 须具有一定的荧光量子产率（即荧光效率）。
1、荧光效率
荧光效率也叫荧光量子产率或量子效率，它表示 物质发射荧光的能力，通常用下式表示
f = 发射荧光的分子数 / 激发态分子的总数
发射的光量子数
磷光： 15世纪被发现（重晶石在强烈阳光下的发光） 1944年：Lewis提出磷光用于分析的可能性； 1957年：Keirs将磷光分析用于定量分析及多组份混合物分析； 1963年：广泛用于血液及尿液中痕量药物及农药残留量分析；
第一节 荧光分析法 一、概述 二、基本原理 三、荧光分析仪器 四、荧光分析法的应用
在单重激发态中，两个电子自旋配对，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）。
☺分子荧光、分子磷光是如何产生的？
振二动、弛基豫本:原是理指 在同一电子能级中，电子由高振动能 级转至低振动能（级一，）而分子将荧多光余的的产能生量以热的形式发 出。发生振动内弛转豫换 的时间为振1动0弛-12豫s数量内级转。换 内S2转化: 相同多重态的两个电子系态间之窜间跃的非辐射跃 迁。当两个电子能级非常靠近以至其振动能级有重 叠时，常发S生1 电子由高能级以无辐射跃迁方式转移 至能低能级。处于高激发单重态的电子，通过T内1 转T移2 及 能 体量振级系动。间弛 窜豫 跃吸， ：均指跃不回同发射到多第重一态激间外发的转换单无重辐态射的跃发射最迁低，振例动如 S1→T1就是收一种系间荧窜跃。通常，发生系磷间窜振跃动弛时豫， 电子由S1的较低振动光能级转移至T1的较高光振动能级处. 外转移:指激发分子与溶剂分子或其它溶质分子的相 S0互失作。l 用 这及 一能 现量 象l转 称移为“，l 熄使3 灭荧”光或或“磷l 3猝光灭强”度。减弱甚至9 消
荧光发射: 处于第一激发
单重态最低振动能级中的
电子跃回至基态各振动能
级时，将得到最大波长为 λ3的荧光。注意:激发态 中存在振动驰豫和内转化
跃迁。很明显，荧光的光
子能量比其分子受激发所
吸收的光子能量低，因此 荧光波长λ3>激发波长λ2 或λ1，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λ3的 荧光。荧光的产生在10-610-9s内完成。