分子荧光与磷光光谱分析法

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分子发光光谱法

分子发光光谱法

内转换
内转换:同多重度电子能级中,等能级间的无辐 射能级交换。 通过内转换和振动弛豫,高激发单重态的电子 跃回第一激发单重态的最低振动能级。
外转换 外转换:激发分子与溶剂或其他 分子之间产生相互作用而转移能 量的非辐射跃迁; 外转换使荧光或磷光减弱或“ 猝灭”。
系间跨越 系间跨越:不同多重态,有重叠的转动能级间的非 辐射跃迁。 改变电子自旋,禁阻跃迁,通过自旋—轨道 耦合进行。
荧光强度对温度变化敏感。
一般地,随温度降低,溶液中荧光物质的量子效率和荧光强
度将增大,并伴随光谱的蓝移。温度增加,碰撞频率增加, 使外转换的去激发几率增加。
(3) pH的影响
对酸碱化合物,溶液pH的影响较大,需要严格控制; 如苯胺:在pH 5-12溶液中,以分子形式存在,有荧光。
pH< 5时以苯胺阳离子形式存在,无荧光
ex em
(3)可变波长同步扫描荧光法:使两单色器在扫描过程中以 不同的速率同时进行扫描,即波长可变。
同步扫描荧光法的特点:
优点:
(1)使光谱简化; (2)使谱带窄化;
(3)减小光谱的重叠现象;
(4)减小散射光的影响。
例如:采用同步扫描技 术检测如图萘、蒽、菲 、芘混合物,可简化光 谱,减少光谱重叠,提 高分辨率。 缺点: 因为同步扫描荧光损失了 其它光谱带所含的信息, 对光谱学的研究不利。
比较法:
在线性范围内,测定标样和试样的荧光强度,直接
比较。
三、荧光分析法的应用
可采用直接测定法或间接测定(荧光猝灭)法
1、无机化合物的分析
与有机试剂配合物后测量;可测量约60多种元素。 铍、铝、硼、镓、硒、镁、稀土常采用荧光分析法; 氟、硫、铁、银、钴、镍采用荧光熄灭法测定; 铜、铍、铁、钴、锇及过氧化氢采用催化荧光法测定; 铬、铌、铀、碲采用低温荧光法测定; 铈、铕、锑、钒、铀采用固体荧光法测定

分子荧光和磷光光谱分析法讲解

分子荧光和磷光光谱分析法讲解
分子荧光和磷光 光谱分析法讲解
2、荧光、磷光的寿命和量子产率
荧光寿命τf :荧光分子处于S1激发态的平均寿命
f
1 (kf
K)
k f :荧光发射过程的速率常数
K :各种分子的非辐射衰变过程的速率常
数的总和。
典型分子的荧光和磷i 在光 10-8~ 10-10s
光谱分析法讲解
➢ 磷光寿命τp :磷光分子处于T1激发态的平均寿命。
f kf (kf K)
➢ 荧光量子产率的大小取决于荧光发射与非辐射 跃迁过程的竞争结果。
K << k f
f 1
分子荧光和磷光 光谱分析法讲解
➢ 磷光量子产率(p)
p
S
TKp
Kp
Kj
K p :磷光发射的速率常数
ST :S1 T1系间窜越的量子产率
Kj :与磷光发射过程相竞争的从T1态发生 的所有非辐射跃迁过程的速率常数的
分子荧光和磷光 光谱分析法讲解
二、荧光、磷光与分子结构的关系
➢ 分子中的电子是依序排列在能量由低到高的 分子轨道上。
σ* π*
反键轨道
n 电子
π
键合轨道
σ
图8-2.有机分子吸光所涉及的能层
分子荧光和磷光 光谱分析法讲解
➢ 虽然很多物质能够吸收紫外和可见光,然而只 有一部分物质能发荧光或磷光,分子能否发荧光 或磷光,在很大程度上决定于它们的分子结构。
振动弛豫:分子将多余的振动能量传递给介质而 衰变到同一电子能级的最低振动能级 的过程。
内转化:相同多重态的两个电子态间的非辐射跃 迁过程。
例如: S1 S0
T2 T1
系间窜越:不同多重态的两个电子态间的非辐射 跃迁过程。

荧光和磷光解析

荧光和磷光解析

一、基本原理
(1)螯合物中配位体的发光
不少有机化合物虽然具有共轭双键,但由于不是刚性结构, 分子处于非同一平面,因而不发生荧光。若这些化合物和金 属离子形成螯合物,随着分子的刚性增强,平面结构的增大, 常会发生荧光。
如8-羟基喹啉本身有很弱的荧光,但 其金属螯合物具有很强的荧光
一、基本原理
(2)螯合物中金属离子的特征荧光 这类发光过程通常是螯合物首先通过配位体的跃迁激发, 接着配位体把能量转给金属离子,导致dd 跃迁和ff 跃迁, 最终发射的是d*d跃迁和f *f 跃迁光谱。
一、基本原理
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)。
一、基本原理
1.2 激发态分子退激 辐射跃迁方式 无辐射跃迁方式
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
一、基本原理
(3)镜像规则
通常荧光发射光谱和它的吸收光谱呈镜像对称关系。
S2
S1 T1
S0
吸光1
吸光2
荧光3
一、基本原理
(3)镜像规则 通常荧光发射光谱和它的吸收光谱呈镜像对称关系。 吸收光谱是物质分子由基态激发至第一电子激发态的各振动能 级形成的。其形状决定于第一电子激发态中各 振动能级的分布 情况。
激发波长的选择与发射波长的判断
一、基本原理
2.3 荧光发射光谱的普遍特性: (1)Stokes位移 在溶液中,分子荧光的发射相对于吸收位移到较长的波长, 称为Stokes位移。这是由于受激分子通过振动弛豫而失去能 量,也由于溶液中溶剂分子与受激分子的碰撞,也会有能量 的损失。因此,在激发和发射之间产生了能量损失。

第十一章 分子发光―荧光、 磷光和化学发光光谱法Molecular .

第十一章 分子发光―荧光、 磷光和化学发光光谱法Molecular .

已逐步形成一支在这个研究领域中的工作队伍,研究内
容2已020从/6/15经典的荧光分析方扩展到新近发展起来的新技术。
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§11-1 分子荧光和磷光光谱法
1.产生机理
在一般温度下,大多数分子处在基态的最低振动 能级。处于基态的分子吸收能量(电能、热能、化 学能或光能等到)后天激发为激发态。激发态是很 不稳定的,它得很快地释放出能量又重新跃迁回 基态。若分子返回基态时以发射的电磁辐射(即光) 的形式释放能量,就称为“发光”;如果物质的 分子吸收了光能而被激发,跃迁回基态所发射的 电磁辐射,称为荧光和磷光。现从分子结构理论 来讨论荧光和磷光的产生机理。
进入二十世纪以后,荧光现象被研究得更多了,在理论 或实验技术上都得到极大的发展。特别是随着激光、计 算机和电子学的新成就及技术的引入,大大推动了荧光 分析法在理论上及实验技术的发展,出现了许多新的理 论和新的方法。
在我国,二十世纪五十年代初期仅有极少数的分析工作
者从事荧光分析方面的研究工作。到了 下一张幻灯片
磷光也是某些物质受紫外光照射后产生的光。1944年 Lewis和Kasha提出了磷光与荧光的不同概念,指出磷光 是分子从亚稳的激发三重态跃迁回基态所发射出的光, 它有别于从激发单态跃迁回基态所发射的荧光。磷光分 析法由于其有某些特点,几十年来的理论研究及应用也 不断得到发展。
2020/6/15
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处于分子基态单重态的分子轨道上的电子,激发 时不能直接跃迁至第一激发三重态轨道上(不符 合光谱选择定则),但处于单重激发态的轨道上 的电子,可以通过体系跨越(系间窜跃),转移 到三重态轨道上;在这个过程中,处于激发态的 电子自旋发生变化,这个过程需要时间较长,故 处于三重激发态的寿命为10-4~1s;当其由三重激 发态的最低振动能级跃迁回基态时产生磷光。

第七章 分子发光-荧光与磷光解读

第七章 分子发光-荧光与磷光解读

激发光谱
发射光谱
l
荧光激发光谱
荧光发射光谱
200
250
300
350
400
450
蒽的激发光谱和荧光光谱
500 nm
三、荧光光谱的特征—激发光谱与发射光谱的关系
1、Stokes位移 在溶液中,分子的荧光发射波长总是比其相应的吸收(或激 发)光谱的波长长,荧光发射这种波长位移的现象称为Stokes 位移。 处于激发态的分子一方面由于振动弛豫等损失了部分能量,
T1
紫 外 可 见 吸 收 光 谱
紫 外 可 见 共 振 荧 光 S0 光 谱
S1
迟 滞 荧 光
振动弛豫: Vr 10-12sec 外 转 移:无辐射跃迁 回到基态 内 转 移:S2~S1能级 之间有重叠 系间窜跃: S2~T1能级 之间有重叠 反系间窜跃:由外部获 取能量后 T1 ~ S2
磷 光
外转移
蒽的发射光谱
蒽的三维等高线光谱图
蒽的三维等荧光强度光谱
VB1和VB2的三维荧光光谱
3.三维共振光散射光谱
ADS ATS ADS ATS RLS DS TS
RLS
DS
TS 散射片三维共振光散射光谱
固定lex=270nm
共振光散射 瑞利散射 拉曼光 二级共振光散射 三级共振光散射
500 550 600 650 700 750 800 850 900
2.电子激发态的多重度
电子激发态的多重度:M=2S+1 S为电子自旋量子数的代数和(0或1); 平行自旋比成对自旋稳定(洪特规则),三重态能级比相应单 重态能级低;
大多数有机分子的基态处于单重态;
S0→T1 禁阻跃迁;
通过其他途径进入

第二章第二节分子荧光和磷光分析法

第二章第二节分子荧光和磷光分析法
带苯环的氨基酸:色氨酸、酪氨酸、苯基 丙氨酸,可以直借用荧光法测定。
芳香族化合物具有共轭的不饱和体系,多 能发荧光。此外,胺类、蛋白质、酶与辅酶 、维生素等均可用荧光法进行分析。
见表.
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磷光分析法基本原理
一、磷光的产生和磷光强度 磷光是由处于第一激发三重态的最低振动能级的
3.室温磷光 (1)固体磷光法:在室温下以固体基质吸附磷光体,增加分子 刚性,减少三重态猝灭等非辐射跃迁,从而提高磷光量子效率 。 滤纸、纤维素色层纸、氧化铝、硅胶等
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(2)胶束增稳: 利用表面活性剂在临界浓度形成具多相性的胶束,改变
磷光体的微环境,增加定向约束力,使其刚性增强。从而减 小碰撞等去活化的几率,提高三重态的稳定性.
对于较浓溶液, 由于猝灭 现象和自吸收等原因,使荧光强 度与浓度不成线性关系。
问:为什么荧光分析法的灵敏度比相应的吸收光度法高?
①荧光强度叠加在很小的背景值上,提高荧光讯号的放大 倍数;
② I0↑
A= lg(I0/It)
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(2)定量方法
1. 确定ex和em (激发光谱和发射光谱);
2. 确定适宜的条件: 试剂浓度、pH、T、t 等; 3. 以标准溶液做工作曲线; 4. 测未知样的荧光强度(If), 根据工作曲线计算荧光
如:pH=8.50,Cu2+能催化过氧化氢氧化罗丹明6G,使其发 生荧光猝灭,建立了测定微量Cu2+的催化荧光分析法.
如:铀的测定:将80gNaF压制成片,取含铀溶液滴在片上,在 1000℃烧成熔珠后测量.
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(2)生物与有机化合物的分析
脂肪族有机化合物—般需要与某些试剂反 应后才能进行荧光分析。

医学:分子荧光与分子磷光分析法

医学:分子荧光与分子磷光分析法

在疾病诊断和治疗中的应用
肿瘤诊断
荧光与磷光分析法可用于肿瘤的早期 诊断和监测,通过检测肿瘤标志物或 特定基因的表达水平,为肿瘤治疗提 供依据。
感染性疾病诊断
药物疗效评估
荧光与磷光分析法可用于评估药物治 疗的效果,通过监测疾病标志物的变 化,了解药物治疗对疾病的影响。
荧光与磷光分析法可用于检测病原体 和抗体,快速准确地诊断感染性疾病, 如细菌、病毒和寄生虫感染。
06
未来展望
分析技术的发展趋势
智能化
01
随着人工智能和机器学习技术的快速发展,分析方法将更加智
能化,提高检测的准确性和效率。
高灵敏度
02
通过改进荧光和磷光的发光机制,提高检测的灵敏度,实现对
低浓度生物分子的快速检测。
多组分同时检测
03
发展多组分同时检测技术,实现对复杂生物样本中多种生物分
子的快速、准确检测。
在医学领域的应用前景
01
02
03
疾病诊断
利用荧光和磷光分析法对 生物分子进行高灵敏度检 测,为疾病诊断提供准确 依据。
药物研发
通过荧光和磷光分析法对 药物与生物分子相互作用 进行研究,为新药研发提 供有力支持。
个体化医疗
根据个体基因组、蛋白质 组等信息的检测结果,制 定针对性的治疗方案,实 现个体化医疗。
在生物分子检测中的应用
蛋白质检测
荧光与磷光分析法可用于检测蛋白质的含量和性质,有助于研究蛋 白质的功能和相互作用。
核酸检测
通过荧光与磷光分析法,可以检测DNA和RNA的含量和序列,用 于基因诊断、基因表达研究和疾病诊断。
生物标记物检测
荧光与磷光分析法可用于检测生物体内的生物标记物,如肿瘤标志物、 炎症标志物等,有助于疾病的早期发现和治疗监测。

chapter5分子磷光和荧光

chapter5分子磷光和荧光
有不同衍射图
电子衍射:电子衍射是透射电子显微镜的
一、荧光与磷光的产生过程
luminescence process of molecular fluorescence phosphorescence
1. 分子能级与跃迁 分子能级比原子能级复杂; 在每个电子能级上,都存在振动、转动能
级; 基态(S0)→激发态(S1、S2、激发态振动能
级):吸收特定频率的辐射;量子化;跃迁一 次到位;
2.电子激发态的多重度 电子激发态的多重度:M=2S+1 S为电子自旋量子数的代数和(0或1); 分子中一对电子为自旋反平行,S=0,M=1,这 种态被称为单重态或单线态,大多数有机分子 的基态处于单重态。 处于S0态的一对电子吸收光子受激后,产生了在 两平个行轨自道旋中比自成旋 方 向 平 行 的 电 子 , 这 时 S=1 , M对=自3,旋这稳种定状(态洪称为三重态或三线态。 特规则),三重 态能级比相应
11. 顺磁共振波谱分析法 在外磁场的作用下,电子的自旋磁矩
与磁场相互作用而裂分为磁量子数不同的 磁能级,吸收微波辐射后产生能级跃迁, 1根2. 据旋吸光收法光谱可进行结构分析。
溶液的旋光性与分子的非对称结构有 密切关系,可利用旋光法研究某些天然产 物及配合物的立体化学问题,旋光计测定 1糖3. 的衍含射量法。 X射线衍射:研究晶体结构,不同晶体具
二、激发光谱与荧光光谱
excitation spectrum and fluore-scence spectrum
三、荧光的产生与分子结构关系
relation between fluorescence and molecular structure
四、影响荧光强度的因素
factor influenced fluorescence

chapter 3 分子发光光谱-荧光与磷光

chapter 3 分子发光光谱-荧光与磷光

I F ( I 0 I t ) I 0 ( 1 e
按照级数展开式:
2 .303ε bC
)
2 3 4 n x x x x x ex 1 1! 2! 3! 4! n!
(2.303εbC ) 2 (2.303εbC ) 3 (2.303εbC ) 4 I F I 0 (2.303ε bC ) 2! 3! 4!
P/F
λ Fmax(nm) λ Pmax (nm)
6.溶剂效应
无溶剂化作用
在极性溶剂中: 红移: 蓝移: △ Eπ→π* △ E n →π* > <
有溶剂化作用 △ Eπ→π* △ E n →π*
三. 荧光的熄灭
荧 光 熄 灭:荧光分子与溶剂分子或其它溶质分子相互作用引起 荧光强度降低或消失的现象。 荧光熄灭剂:这些引起荧光强度降低的物质称为荧光熄灭剂。 1. 碰撞熄灭 激发 与分子的直径、粘度、温 发射 度等因素有关。 熄灭
F
发射荧光的分子数 激发分子总数
发射磷光的分子数 P 激发分子总数
F
kF kF ki
i 1 n
P st
kP k P ki
i 1 n
kF、 kp主要取决于荧光物质的分子结构; st系间跨越效率。
ki主要取决化学环境,同时也与荧光物质的分子结构有关。
固定em=620nm(MAX)
A. 激发光谱
固定发射波长 扫描激发波长
ex =290nm (MAX)
2400 2000 1600 1200 800 400 0 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900

分子荧光和磷光光谱讲解ppt课件

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GFP
为了规范事业单位聘用关系,建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ,保障 用人单 位和职 工的合 法权益
Generation of Molecular Fluorescence and Phosphorescence
原理
为了规范事业单位聘用关系,建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ,保障 用人单 位和职 工的合 法权益
荧光和磷光的产生过程
• 分子能级和跃迁
– 电子能级、振动能级和转动能级 – 基态(S0)→激发态(S1、S2、激发态振动能
级):吸收特定频率的辐射;量子化;跃迁一 次到位; – 激发态→基态:多种途径和方式(见能级图); 速度最快、激发态寿命最短的途径占优势;
为了规范事业单位聘用关系,建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ,保障 用人单 位和职 工的合 法权益
500
nm
蒽的激发光谱和荧光光谱
为了规范事业单位聘用关系,建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ,保障 用人单 位和职 工的合 法权益
分子产生荧光的条件
• 分子产生荧光必须具备的条件
– 具有合适的结构(强的紫外可见吸收) – 具有一定的荧光量子产率
荧光量子产率()
为了规范事业单位聘用关系,建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ,保障 用人单 位和职 工的合 法权益
内容(contents)
• 原理
– 分子荧光与磷光产生过程 – 激发光谱与荧光光谱 – 荧光的产生与分子结构关系 – 影响荧光强度的因素

90350-仪器分析-第八章 分子发光分析法

90350-仪器分析-第八章 分子发光分析法
禁阻跃迁. • 磷光发射过程:由第一激发单重态的最低振动能级,
以系间窜跃方式转至第一激发三重态,经过振动弛豫 转至其最低振动能级,跃回至基态时便发射磷光。
3、荧光/磷光光谱曲线
§4.2 分子荧光与磷光光谱分析法
• 激发光谱曲线-荧光强度与激
发光波长的关系
• 固定测量波长为荧光/磷光的最 大发射波长,改变激发波长, 测量荧光或磷光强度;
荧光发射光谱 荧光激发光谱
磷光光谱
• 荧光或磷光光谱曲线-荧光
或磷光强度与发射光波长的关 系
• 固定激发光波长为其最大激发 波长,测量发射不同波长的荧 光或磷光强度.
200 260 320 380 440 500 560 620 室温下菲的乙醇溶液荧(磷)光光谱
§4.2 分子荧光与磷光光谱分析法
4. 荧光、磷光与分子结构的关系
荧光激发光谱荧光发射光谱
200 蒽25的0 激30发0光3谱50和4荧00光4光50n谱m500
§4.2 分子荧光与磷光光谱分析法
6、荧光强度与溶液浓度的关系(定量分析)
溶液的荧光强度(If )与溶液吸收的光强度(Ia)及荧光量
子产率( f)的关系 :
If = Ia
由朗伯-比耳定律:
A=lg(I0/ It), Ia= I0- It
§4.2 分子荧光与磷光光谱分析法
9. 影响分子发光的环境因素
a.溶剂的影响
除一般溶剂效应外,溶剂的极性、氢键、配位键的形成 都将使化合物的荧光发生变化;
b.温度的影响
荧光强度对温度变化敏感,温度增加,外转换去活的几 率增加。
c. 溶液pH
酸碱化合物受溶液pH的影响较大,需要严格控制.
§4.2 分子荧光与磷光光谱分析法

分子荧光与分子磷光光谱法

分子荧光与分子磷光光谱法
11
(二)激发光谱曲线和荧光、磷光光谱曲线 荧光和磷光均为光致发光,因此必须选择合适的激发光波长,可根 据它们的激发光谱曲线来确定。绘制激发光谱曲线时,固定测量波 长为荧光(或磷光)最大发射波长,然后改变激发波长,根据所测 得的荧光(磷光)强度与激发光波长的关系,即可绘制 激发光谱 曲线。
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。
三重态能级低于单重态 (Hund规则)
3
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)。
当两个电子能级非常靠近以至其振
动能级有重叠时,常发生电子由高
S2
能级以无辐射跃迁方式转移至低能
级。右图中指出,处于高激发单重
态的电子,通过内转移及振动弛豫,
均跃回到第一激发单重态的最低振
动能级。
S0
内转移
S1 T1
吸光1 吸光2
荧光、磷光 能级图
6
荧光发射
处于第一激发单重态中的电子跃回至
基态各振动能级时,将得到最大波长
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
S2
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。
系间窜跃
S1 T1
S0 吸光1
吸光2 荧光3

第七章 分子发光-荧光与磷光

第七章 分子发光-荧光与磷光

x x2 x3 x4 xn ex 1 1! 2! 3! 4! n!
( 2.30 ε bC )2 ( 2.30 ε bC )3 ( 2.30 ε bC )4 I F I 0 ( 2.30 ε bC ) 2! 3! 4!
荧光
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
分子的活化与去活化
振动弛豫
S2
内转移 荧光
反系间 窜跃
系间 窜跃
1. 辐射跃迁的类型 共振荧光:10-12 sec 荧 光:10-8 sec 磷 光:1~10-4 sec 迟滞荧光:102~10-4 sec 2. 无辐射跃迁的类型
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
延迟荧光
磷光
系间跨越 内转移
外转移
振动弛预
激发态停留时间短、返回速度快的途径,发生的几率大, 发光强度相对大; 荧光:10-7~10 -9 s,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;
1. 分子能级与跃迁
分子能级比原子能级复杂; 在每个电子能级上,都存在振动、转动能级; 基态(S0)→激发态(S1、S2、激发态振动能级):吸收特定频率 的辐射;量子化;跃迁一次到位; 激发态→基态:多种途径和方式(见能级图);速度最快、激 发态寿命最短的途径占优势;
第一、第二、…电子激发单重态 S1 、S2… ; 第一、第二、…电子激发三重态 T1 、 T2 … ;

分子荧光及磷光分析

分子荧光及磷光分析

解释2:位能曲线(Frank-Condon原理)
由于电子吸收跃迁速Байду номын сангаас极快(10-15s),此时核的相对位置可视为不变(核较 重)。当两个能层间吸收跃迁的几率越大,其相反跃迁的几率也越大,即产生 的光谱呈镜像对称。
3)外转换(External Conversion,EC) 受激分子与溶剂或其它分子相互作用发生能量转换而使荧
光或磷光强度减弱甚至消失的过程,也称“熄灭”或“猝 灭”。
4)系间跨跃(Intersystem Conversion,ISC) 系间跨跃是发生在两个不同多重态之间的无辐射跃迁,如
从S1到T1,该跃迁是禁阻的。然而,当不同多重态的两个电 子能层有较大重叠时,处于这两个能层上的受激电子的自旋 方向发生变化,即可通过自旋-轨道耦合而产生无辐射跃迁, 该过程称为系间跨跃。
分子荧光及磷光分析
一、基本原理
1. 分子能级、荧光及磷光的产生 2. 去活化过程 3. 定性分析 影响荧光及荧强度的因素 5. 定量分析
二、荧光仪器
三、磷光分析
1. 磷光的特点: 2. 低温荧光 3. 室温荧光 磷光仪器
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;
解释1:能层结构相似性
荧光为第一电子激发单重态的最

第七章分子发光荧光与磷光

第七章分子发光荧光与磷光

共振光散射
瑞利散射
二级共振光散射
拉曼光
三级共振光散射
0 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900
l
三. 分子荧光(磷光)强度与荧光物质浓度的关系
1. 荧光强度(磷光)与浓度的关系
光吸收定律(Lambert – Beer Law)
电子由第一激发单重态的最低振动能级→基态( 多为 S1→ S0
跃迁),发射波长为 l’2的荧光; 10-7~10 -9 s 。
由图可见,发射荧光的能量比分子吸收的能量小,波长
长; l’2 > l 2 > l 1 ;
磷光发射:激发态分子经过系间跨跃达到激发三重态后,并经 过迅速的振动弛豫达到第一激发三重态(T1)的最低振动能级上, 从T1态分子经发射光子返回基态。此过程称为磷光发射。
❖ 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提出了第一台荧光计。
一、荧光与磷光的产生过程
luminescence process of molecular fluorescence phosphorescence
由分子结构理论,主要讨论荧光及磷光的产生机理。
如S1到T1跃迁就是系间跃迁的例子,即单重态到三重态的 跃迁。即较低单重态振动能级与较高的三重态振动能级重叠。 这种跃迁是“禁阻”的。
改变电子自旋,禁阻跃迁,通过自旋—轨道耦合进行。
辐射能量传递过程
荧光发射:当分子处于第一激发单重态S1的最低能级时,分 子返回基态的过程比振动弛豫和内转化过程慢得多。分子可 能通过发射光子跃迁回到基态S0的各振动能级上,这个过程 称为荧光发射。

分子荧光光谱法(原理和方法)

分子荧光光谱法(原理和方法)
Molecular fluorescence spectroscopy
概述
分子荧光光谱法(Molecular fluorescence spectroscopy )又称
为荧光光谱法或荧光分析法.是以物质所发射的荧光强度 与浓度之间的线性关系为依据进行的定量分析,以荧光光 谱的形状和荧光峰对应的波长进行行的定性分析.
荧光团杂化纳米二氧化硅微球
化合物
C6H5OH C6H5O— C6H5NH2
+ C6H5NH3
相对荧光 强度 18 10 20
0
荧光分光光度计
荧光分光光度计既可用于定量分析, 也可用于测绘激发光谱和荧光光谱
。荧光分光光度计既可用于定 量分析,也可用于测绘激发光谱 和荧光光谱。第一单色器选择激 发光波长(>250nm的 紫外光)故称为激发单色器 第二单色器(荧光单色器) 与激发光入射方向垂直, 并选择荧光波长,可提高方法的选择性和准确度。
1. 激发
在室温下物质分子大部分处于基态的最低振动能级且电子自旋配对为单重
态.当吸收一定频率的电磁辐射发生能级跃迁时,可上升到不同激发态
的各振动能级,其中多数分子上升至第一激发单重态这一过程约需10-
15秒.
激发
2 去活化过程
激发态分子的失活: 激发态分子不稳定,它要以辐射 或无辐射跃迁的方式回到基态
对于很稀的溶液,投射到样品溶液上的被吸收的激发光不到2%时, 即εbc<=0.05时,上式的第二项后的各项可以忽略不计。则
F = φI0[1-(1-2.303 εbc)]=2.303 φ I0 εbc
当I0一定时 并且浓度C很小时,荧光强度与荧光物质浓度成正比
F = K·C
(K = 2.303 φ I0 εb)
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(2)荧光体与溶剂间的特殊化学作用(氢键) 荧光体的基态分子与溶剂分子形成氢键络合 物,荧光物质的吸收光谱、荧光光谱都受影 响,荧光体的激发态分子与溶剂分子形成氢 键络合物,荧光光谱受影响。
n → π*跃迁、某些分子内电荷转移跃迁 涉及非键的孤对电子 随溶剂形成氢键能力增大 荧光光谱向短波方向移动
荧光是来自最低激发单重态的辐射跃迁过程所伴 随的发光现象。发光过程的速率常数大,激发态的 寿命短。
磷光是来自最低激发三重态的辐射跃迁过程所伴 随的发光现象,发光过程的速率常数小,激发态的 寿命相对较长。
2、荧光、磷光的寿命和量子产率
荧光寿命τf :荧光分子处于S1激发态的平均寿命
f 1
π → π*:自旋许可的跃迁 摩尔吸光系数大, 104 激发态寿命短 S1 T1系间窜越概率较小 n → π*:自旋禁阻的跃迁 摩尔吸光系数小,102 激发态寿命长 S1 T1系间窜越的几率大
荧光:
磷光:
π→ π* > n → π*
n → π* 有利
不含N、O、S等杂原子的芳香化合物: 最低激发单重态 S1(π、π*) 含N、O、S等杂原子的芳香化合物: 最低激发单重态 S1(n、π*)
3. 转入三重线级的熄灭
E C 位 能 G E
π*
D π
A
B
CBD处于单线态的基态 EGF为第一激发单线态 虚线为激发三线态
当由单线态转移至三线态时,多余的振动 能在碰撞中损失掉,solu中绝大多数转入三重 线级的分子在一般温度下是不会发光的,它 们把多余的能量消耗于它们与其它分子的碰 撞之中,因而引起荧光的熄灭 。 转入三重态的分子在低温下可由三线态 重新返回到基态,在这一过程中将放出波长 较长的磷光。
某些芳族羰基化合物和氮杂环化合物
非极性、疏质子溶剂中 激发单重态(n、π*) 荧光弱或无
高极性的氢键溶剂中
激发单重态( π 、π*) 荧光强
例如: 异喹啉 在环己烷中 在水中 无荧光 发磷光 发荧光
2 、介质酸碱性的影响
如果荧光物质是一种有机弱酸或弱碱,它们 的分子及其相应的离子,可视为两种具有不 同荧光特性的型体,介质的酸碱性变化将使 两种不同型体的比例发生变化,从而对荧光 光谱的形状和强度产生很大的影响。
FU AS U S FS AU
U 、 AU :待测物质的荧光量子产率、积分 FU、
荧光强度、吸光度
S 、 FS 、 AS :参比物质的荧光量子产率、积分 荧光强度、吸光度
二、荧光、磷光与分子结构的关系
分子中的电子是依序排列在能量由低到高的 分子轨道上。 σ* π* n 电子 π σ
分子荧光与磷光光谱分析法
分子荧光: Fluorescence 分子磷光: Phosphorescence
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第一节 基本原理
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一、荧光、磷光产生的机理
吸电子取代基使荧光减弱
醛基、羰基、羧基、硝基 虽也含有n电子,但n电子的电子云并不与芳 环上的π电子云共平面,其 n → π*的跃迁为禁 阻跃迁,且 S1 T1系间窜越的概率大,故而荧 光减弱。
例如: 苯 硝基苯 荧光 无荧光
Cl、Br、I等重原子取代基,通常导致荧光 减弱、磷光增强。
4、 最低电子激发单重态的性质
1.碰撞熄灭 溶液中荧光物质分子M和熄灭剂Q相碰撞 而引起荧光熄灭。 比较速率 (1)M+hυ →M*(吸光) 1 k * (2)M → M+hυ (发生荧光) k 1[ M* ] k * (3)M +Q M+Q+热 k2[ M* ][Q]
1 2
F0 1 k[Q ] F
四.溶液荧光、磷光的熄灭
荧光的熄灭广义的包括了任何可使荧光增强度
降低的作用。狭义的仅仅指那些由于荧光物质分子
与溶剂分子或其他溶质分子的相互作用所引起的荧
光强度降低的现象,这些会引起荧光的熄灭的物质
称为熄灭剂 。
狭义的荧光熄灭的原因是溶液中熄灭剂分子和 荧光物质分子之间发生相互作用而引起荧光物质分 子的荧光效率降低或荧光物质激发态的寿命缩
ln I 0 ln I t t /
I 0 :t=0 I (f)定义为荧光物质吸光后所发 射的荧光的光子数与所吸收的激发光的光子数之比 值。
f
kf
(k f K )
荧光量子产率的大小取决于荧光发射与非辐射 跃迁过程的竞争结果。
K << k f
含溴、碘化合物、重氮、羰基、羧 基及某些杂环化合物容易转变至三线态, 因而易使荧光熄灭。电子自旋方向的改变 系有强烈磁场的诱导作用所引起的,在原 子核附近,尤其是在 Br 或 I 这样重的原子 核附近,存在着强烈的磁场,所以含溴、 碘的化合物容易使溶液荧光熄灭。
几乎所有会发生荧光的有机化合物都会 被溶解在溶液中的氧分子熄灭剂熄灭到不同 的程度。
1、共轭π键体系
具有共轭双键体系的分子,含有易被激发的 非定域的π电子; 共轭体系越大,非定域的π电子越容易被激 发,且有更强的荧光。 例如:萘、蒽、丁省等分子要比苯发射更强的 荧光,且荧光峰随苯环数的增多而向长波长方 向移动。
2 、刚性平面构型
具有刚性平面构型的分子,其振动和转动的 自由度减小,从而增大了发光的效率
例如: 水杨醛 不发荧光,强磷光 碱性溶液中 酚基解离 强荧光 浓无机酸溶液中 羰基质子化 强荧光 ( π 、π*) (n、π*)
3 、介质的温度和黏度的影响
T 黏度 VR VR ic ic F F p p
4、有序介质的影响
表面活性剂或环糊精溶液属于有序介质, 对发光分子的发光特性有着显著的影响。
发生荧光的物质仍为 M*分子,品种并没有改 变,所以荧光分子的平均寿命也没有改变,至于 solu温度升高荧光强度之所以增强,可能是由于 温度升高时该络合物较不稳定,较多地分解为 M 和 Q 分子的缘故。这一点可以作为这一类型熄灭 不同于碰撞熄灭的标志。 如果络合物MQ的形成是由于强大的力,则络 合物MQ将具有它自己的吸光特性,溶液的吸收光 谱也将发生改变。
Stern-Volmer方程式
k:熄灭常数 [Q]:熄灭剂浓度(M)
F0,F分别是熄灭剂Q不存在时及存在时的 溶液的荧光强度
Dt Dt k 7 10 PR ( 2 ) R R
21 3
2. 组成化合物的熄灭 某些荧光物质溶液在加入一些熄灭剂之 后,溶液的荧光强度显著降低; 随着温度的升
高,荧光强度而增强。
激发态分子不稳定,它可能通过辐射跃迁和非 辐射跃迁的衰变过程而返回基态。 辐射跃迁的衰变过程伴随着光子的发射,即产生 荧光或磷光。 非辐射跃迁:振动弛豫(VR) 内转化(ic) 系间窜越(isc) 这些衰变过程导致激发能转化为热能传递给介质。
振动弛豫:分子将多余的振动能量传递给介质而 衰变到同一电子能级的最低振动能级 的过程。 内转化:相同多重态的两个电子态间的非辐射跃 迁过程。 例如: S1 S0 T2 T1
系间窜越:不同多重态的两个电子态间的非辐射 跃迁过程。 例如: S1 T1 T1 S0
内转换 S2
振动弛豫
内转换
系间跨越
S1 能 量 发 射 荧 光 外转换 发 射 磷 光
T1
T2
吸 收
振动弛豫
S0
l3 l1 l2 l 2
假如分子被激发到S2以上的某个电子激发单重 态的不同振动能级上,处于这种激发态的分子, 很快(约10-12~ 10-14s)发生振动弛豫而衰减到该 电子态的最低振动能级,然后又经过内转化及振 动弛豫而衰变到S1态的最低振动能级。接着,有 以下几种衰变到基态的途径: ① S1 ② S1 ③ S1 T1 T1 S0 S0 T1 S0 S0 辐射跃迁 荧光 内转化 系间窜越 辐射跃迁 磷光 系间窜越
D - + H→ DH(半醌)
2DH → D + DH2 (无色染料)
发生电子转移反应的熄灭剂并不限于金 属离子,I-,Br-,CNS-,S2O32-等易于 给出电子的阴离子对奎宁,罗丹明及荧光素 钠等有机荧光物质也会发生熄灭作用。
上述情况可能是由于一部分荧光物质分子
M与熄灭剂分子Q作用而生成了络合物MQ,如
络合物 MQ的形成是由于微弱的范德华引力的 M Q MQ 作用,则所形成的络合物并不发生荧光,且 MQ h 能量降低 对solu的吸收并不发生任何影响。
M h M *
k1 M* M h ’
图8-2.有机分子吸光所涉及的能层
反键轨道
键合轨道
虽然很多物质能够吸收紫外和可见光,然而只 有一部分物质能发荧光或磷光,分子能否发荧光 或磷光,在很大程度上决定于它们的分子结构。 ① 具有大的共轭双键(π键)体系; ② 具有刚性的平面构型; ③ 环上的取代基是给电子取代基团; ④ 其最低的电子激发单重态为(π,π*)型。
三、影响分子发光的环境因素
1、溶剂的影响 (1)溶剂极性的影响 荧光体的偶极与溶剂分子的偶极之间存在着 静电作用,溶剂分子围绕在荧光分子的周围组成 了溶剂笼。 许多共轭芳族化合物,激发时发生了π π* 跃迁,其激发态比基态具有更大的极性,随着溶剂 极性的增大,激发态比基态能量下降得更多,结 果荧光光谱向长波长方向移动。
三线态的氧分子和单线态的荧光物质分子碰撞
单线态的氧分子和三线态的荧光物质分子碰撞
4. 发生电子转移反应的熄灭 某些熄灭剂分子与荧光物质分子相互作用时, 发生了电子转移反应,即氧化-还原反应,即引 起荧光的熄灭。 例:甲基蓝荧光溶液被Fe2+离子熄灭
D + hυ → D*
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