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光谱分析基础知识PPT课件
20世纪50年代原子物理学的发展促进了 原子吸收分光光度法、原子荧光分光光度法 的兴起。
20世纪60年代等离子体、傅里叶变换和 激光技术的出现，促进了光谱分析的深入发 展。
20世纪70年代出现了等离子体-原子发射 光谱分析，傅里叶变换红外光谱法和激光光 谱法等一系列分析技术。
值得一题的是20世纪70年代发展起来的 激光共振电离光谱法，它的灵敏度达到了极 限，可以检测单个原子。
光谱分析，一般依其波长及其测定的方 法可以分为：射线(0.005~1.4Ả)；
X射线 (0.1~100Ắ)； 光学光谱(100 Ắ ~1000m)； 微波波谱(0.1~100cm)。
❖狭义：通常所说的光谱，一般仅指光学光 谱而言。
2．光学光谱的分类 （1）依其波长及其测定的方法可以分为：
真空紫外光光谱：10~200nm 近紫外光光谱：200~400nm 可见光谱：400~800nm 近红外光谱：800nm~2.5m 中红外光谱： 2.5~50m 远红外光谱： 50~1000m
1.2 光谱分析法概述
1．光谱的定义
❖ 广义：各种电磁波辐射都叫做光谱。
自然界的一切物质可以与各种频率的 电磁波辐射发生相互作用，这种作用表现 为对光的吸收或吸收光后再发射出各种波 长的光，这取决于各自的特殊物质结构。
根据各种不同的物质吸收或者发射出 某一特征频率的光信号及信号强度的大小 可以实现物质的定性与定量分析。
a.原子光谱：原子核外电子在不同能级间跃 迁而产生的光谱称为原子光谱（atomic spectrum）。它们的表现形式为线状光谱。
b.分子光谱：在辐射能作用下，因分子内能 级间的跃迁而产生的光谱称为分子光谱 （molecular spectrum）。由于在分子中各质 点的运动比单个原子复杂，因此分子光谱比 原子光谱复杂得多。
原子光谱与分子光谱ppt课件
2024/7/28
“雪亮工程"是以区（县）、乡（镇） 、村（ 社区） 三级综 治中心 为指挥 平台、 以综治 信息化 为支撑 、以网 格化管 理为基 础、以 公共安 全视频 监控联 网应用 为重点 的“群 众性治 安防控 工程” 。
一、 原子光谱
1.光谱项符号
原子外层有一个电子时，其能级可由四个量子数决定： 主量子数 n；角量子数 l；磁量子数 m；自旋量子数 s； 原子外层有多个电子时，其运动状态用总角量子数L；总 自旋量子数S；内量子数J 描述；
例：钠原子，一个外层电子， S =1/2；因此： M =2( S ) +1 = 2；双重线； 碱土金属：两个外层电子， 自旋方向相同时， S =1/2 + 1/2 =1， M = 3；三重线； 自旋方向相反时， S =1/2 － 1/2 =0， M = 1；单重线；
2024/7/28
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元素由基态到第一激发 态的跃迁最易发生，需要的 能量最低，产生的谱线也最 强，该谱线称为共振线 ，也 称为该元素的特征谱线；
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一、 原子光谱
1.光谱项符号
原子外层有一个电子时，其能级可由四个量子数决定： 主量子数 n；角量子数 l；磁量子数 m；自旋量子数 s； 原子外层有多个电子时，其运动状态用总角量子数L；总 自旋量子数S；内量子数J 描述；
例：钠原子，一个外层电子， S =1/2；因此： M =2( S ) +1 = 2；双重线； 碱土金属：两个外层电子， 自旋方向相同时， S =1/2 + 1/2 =1， M = 3；三重线； 自旋方向相反时， S =1/2 － 1/2 =0， M = 1；单重线；
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光谱基础知识.完整版ppt资料
将各种电磁辐射按照波长或频率的大 小顺序排列起来即称为电磁波谱。
各波谱区所具有的能量不同，其产生 的机理也各不相同。
光谱的定义 广义：各种电磁波辐射都叫做光谱。
自然界的一切物质可以与各种频率的电 磁波辐射发生相互作用，这种作用表现为对 光的吸收或吸收光后再发射出各种波长的光， 这取决于各自的特殊物质结构。
每个光子的能量〔EL〕与其 频率〔 〕、
波长〔 〕及波数〔 〕之间的 关系为：
EL=h = hc/ = hc 式中：h为普朗克常数
〔Planck constant〕，其 值为6.626 10-34J s; c为光速，
普朗克认为：物质对辐射能的吸收和发 射是不连续的、是量子化的。
当物质内的分子或原子发生能级跃迁 时，假设以辐射能的形式传递能量，那么辐射能 一定等于物质的能级变化，即：
当物质分子吸收了频率较低的光能后，并缺 乏以使分子中的电子跃迁到电子的激发态，而只 是上升到基态中较高的振动能级上去，假设在 10-15 s~10-12 s返回到原能级，此时辐射出和激 发光相同波长的光，称为瑞利散射；假设返回到 较原能级稍高或稍低的振动能级上，辐射出较激 发光波长稍长或稍短的光，称为拉曼散射。散射 出较激发光波长稍长的光叫红伴线，散射出较激 发光波长稍短的光叫兰伴线。
根据辐射能传递的情况可以分为： 吸收光谱
发射光谱〔包括：发光光谱〕
散射光谱〔如：拉曼光谱〕
波长及其测定的方法： 真空紫外光光谱：10~200 nm 近紫外光光谱：200~400 nm 可见光谱：400~800 nm 近红外光谱：800 nm~2.5 m 中红外光谱： 2.5~50 m 远红外光谱： 50~1000 m
E=EL=h 7510-19 J的两能 级间跃迁，其吸收或发射光的波长为多少纳 米？ 解：根据 E=EL=h= hc/
各波谱区所具有的能量不同，其产生 的机理也各不相同。
光谱的定义 广义：各种电磁波辐射都叫做光谱。
自然界的一切物质可以与各种频率的电 磁波辐射发生相互作用，这种作用表现为对 光的吸收或吸收光后再发射出各种波长的光， 这取决于各自的特殊物质结构。
每个光子的能量〔EL〕与其 频率〔 〕、
波长〔 〕及波数〔 〕之间的 关系为：
EL=h = hc/ = hc 式中：h为普朗克常数
〔Planck constant〕，其 值为6.626 10-34J s; c为光速，
普朗克认为：物质对辐射能的吸收和发 射是不连续的、是量子化的。
当物质内的分子或原子发生能级跃迁 时，假设以辐射能的形式传递能量，那么辐射能 一定等于物质的能级变化，即：
当物质分子吸收了频率较低的光能后，并缺 乏以使分子中的电子跃迁到电子的激发态，而只 是上升到基态中较高的振动能级上去，假设在 10-15 s~10-12 s返回到原能级，此时辐射出和激 发光相同波长的光，称为瑞利散射；假设返回到 较原能级稍高或稍低的振动能级上，辐射出较激 发光波长稍长或稍短的光，称为拉曼散射。散射 出较激发光波长稍长的光叫红伴线，散射出较激 发光波长稍短的光叫兰伴线。
根据辐射能传递的情况可以分为： 吸收光谱
发射光谱〔包括：发光光谱〕
散射光谱〔如：拉曼光谱〕
波长及其测定的方法： 真空紫外光光谱：10~200 nm 近紫外光光谱：200~400 nm 可见光谱：400~800 nm 近红外光谱：800 nm~2.5 m 中红外光谱： 2.5~50 m 远红外光谱： 50~1000 m
E=EL=h 7510-19 J的两能 级间跃迁，其吸收或发射光的波长为多少纳 米？ 解：根据 E=EL=h= hc/
分子光谱.ppt
第四章 分子光谱
把被分子吸收的光或由分子发射,散射出来的光 进行分光所得到的光谱
1. 概况
分子的运动与能量及光谱对应关系
分子
分子的运动： 分子内部运动
平动(10－18ev)，转动
原子核运动 ： 振动 电子运动 ：电子跃迁
分子光谱→ 分子的转动，分子中原子的振动，分子中电子的跃迁 分子状态→ 转动态、 振动态、电子状态 分子能量→ E = ER + Ev + Ee
（官能团）
跃迁中：
偶极矩变化的 → 红外活性
偶极矩不变化的 → 拉曼活性（散射光谱） 极化率变化的
6. 分子的电子光谱
7. 各种谱仪
吸收，发射，散射一电磁波
§ 4.3 光电子能谱
22
§ 4.3 电子能谱
表面物理，表面化学的实验方法 → 表面形状， 离子价态， 表面键性质
化学状态 → 元素 价 键
化学分析电子能谱 以X射线为源，测量内层电子的结合能，其变化为化学位移。
问题：
1。分子的运动与能量的关系？分别与何种光谱对应？ 2。双原子分子转动光谱及转动能级的特点？它们是基于
何种模型及方程？
3。从双原子分子转动光谱的数据如何计算分子的键长及 同位素效应？
4。双原子分子振动光谱和振转光谱有何特点？ 5。解释：简谐振子，力常数，简正振动，红外活性，
---总自由度 3n (X,Y,Z )
振动自由度 3n-6，
每个振动自由度都有一种基本振动方式，称为简正振动 或正则振动。（ Normal Modes） 当分子按此方式振动时，所有的原子都同位相，而且同频率。
（1） 正则振动 → 特征频率 → 特征吸收 （2）相同的化学键 → 相同的振动频率 → 鉴别
把被分子吸收的光或由分子发射,散射出来的光 进行分光所得到的光谱
1. 概况
分子的运动与能量及光谱对应关系
分子
分子的运动： 分子内部运动
平动(10－18ev)，转动
原子核运动 ： 振动 电子运动 ：电子跃迁
分子光谱→ 分子的转动，分子中原子的振动，分子中电子的跃迁 分子状态→ 转动态、 振动态、电子状态 分子能量→ E = ER + Ev + Ee
（官能团）
跃迁中：
偶极矩变化的 → 红外活性
偶极矩不变化的 → 拉曼活性（散射光谱） 极化率变化的
6. 分子的电子光谱
7. 各种谱仪
吸收，发射，散射一电磁波
§ 4.3 光电子能谱
22
§ 4.3 电子能谱
表面物理，表面化学的实验方法 → 表面形状， 离子价态， 表面键性质
化学状态 → 元素 价 键
化学分析电子能谱 以X射线为源，测量内层电子的结合能，其变化为化学位移。
问题：
1。分子的运动与能量的关系？分别与何种光谱对应？ 2。双原子分子转动光谱及转动能级的特点？它们是基于
何种模型及方程？
3。从双原子分子转动光谱的数据如何计算分子的键长及 同位素效应？
4。双原子分子振动光谱和振转光谱有何特点？ 5。解释：简谐振子，力常数，简正振动，红外活性，
---总自由度 3n (X,Y,Z )
振动自由度 3n-6，
每个振动自由度都有一种基本振动方式，称为简正振动 或正则振动。（ Normal Modes） 当分子按此方式振动时，所有的原子都同位相，而且同频率。
（1） 正则振动 → 特征频率 → 特征吸收 （2）相同的化学键 → 相同的振动频率 → 鉴别
8第八章 分子光谱PPT课件
8 2 I
8 2 I
令 8h22ICB(cm1)
（B为转动常数）
则有 E (J J 1 ) 2 B(J h 1 )c
二、 转动光谱的选律： (1)只有偶极距不为零的分子才有可能在 外界电磁辐射 的可变电磁场作用下，发生转动运动能级的跃迁表现出 转动光谱。
(2)只有在 J1的每二能级之间的跃迁其机率才是 显著的。
如： I≈ 10-47㎏·m2
则 ~ (0)43.14 6 2 .6 1 12 6 4 01 6 72 3 0 .2 949 1 780 9
如：
则
55m 9 1 65c6m 1
(0)~(10) 0.18mm（属远红外波段）
I≈ 100×10-47㎏·m2
~(0)0.5c6m 1
(0)18mm（属微波波段）
说明：(只考虑吸收光谱)
J
J+2, J+3…是不可能的,只有J
J+1是可能的。
于是转动光谱各谱线的波数为：
v ~ (J J 1 ) E (J J 1 ) 2 B (J 1 ) hc
hc
hc
2B(J1)
从而有下面谱线：
J= 0 1 2
34
v~: 2B
4B 6B
8B
10B
0 1 12 2 3 3 4 45
hc
hc 8 2 Ihc
( v ' v '')e B [ J '( J ' 1 ) J ''( J '' 1 )]
e 特征/c ---特征波数
现在仅考虑吸收谱v， 'v'' v 1,对于偶数个电 子的双原子分子J，'J'' J 1的跃迁是允许的。 从v 0到v 1的基本谱带由一系列线谱组成。 这些谱线可按 J 1，1分为两种。 J 1的一支排列在右边，R为 支谱, J 1的一支排列在左边，P为 支谱.
分子荧光光谱法 ppt课件
分子荧光光谱法
Molecular Fluorescence Spectroscopy
ppt课件
1
荧光是指一种光致发光的冷发光现象。
当某种常温物质经某种波长的入射光 （通常是紫外线）照射，吸收光能后 进入激发态，并且立即退激发并发出 比入射光的的波长长的出射光（通常 波长在可见光波段）；而且一旦停止 入射光，发光现象也随之立即消失。 具有这种性质的出射光就被称之为荧 光。
3!
ppt课件
26
溶液浓度较低时：
F K I 0 2.303bc
当入射光的λ1 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。 ————这是荧光法定量的基础。ppt课件 Nhomakorabea27
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。
40
2.激发光谱与发射光谱的关系
（1）镜像规则 荧光光谱的形状与基态中振动能级的分布有
关，而激发光谱的形状反映了第一激发态单重态 中的振动能级的分布。一般情况下，基态和第一 激发单重态中的振动能级分布是相似的，通常荧 光光谱与激发光谱大致呈镜像对称。
ppt课件
41
ppt课件
42
（2）Stokes位移 Stokes位移是指激发光谱与荧光光谱之间的波长
凡是使荧光速率常数kf增大而使其他失活过程（系 间窜越、外转换、内转换）的速率常数减小的因 素（环境因素和结构因素）都可使荧光增强。
ppt课件
24
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
Molecular Fluorescence Spectroscopy
ppt课件
1
荧光是指一种光致发光的冷发光现象。
当某种常温物质经某种波长的入射光 （通常是紫外线）照射，吸收光能后 进入激发态，并且立即退激发并发出 比入射光的的波长长的出射光（通常 波长在可见光波段）；而且一旦停止 入射光，发光现象也随之立即消失。 具有这种性质的出射光就被称之为荧 光。
3!
ppt课件
26
溶液浓度较低时：
F K I 0 2.303bc
当入射光的λ1 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。 ————这是荧光法定量的基础。ppt课件 Nhomakorabea27
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。
40
2.激发光谱与发射光谱的关系
（1）镜像规则 荧光光谱的形状与基态中振动能级的分布有
关，而激发光谱的形状反映了第一激发态单重态 中的振动能级的分布。一般情况下，基态和第一 激发单重态中的振动能级分布是相似的，通常荧 光光谱与激发光谱大致呈镜像对称。
ppt课件
41
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42
（2）Stokes位移 Stokes位移是指激发光谱与荧光光谱之间的波长
凡是使荧光速率常数kf增大而使其他失活过程（系 间窜越、外转换、内转换）的速率常数减小的因 素（环境因素和结构因素）都可使荧光增强。
ppt课件
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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
第10章-分子光谱分析PPT课件
产生p-共轭)，使- *跃迁能量降低，跃迁几率变大。
.
20
③红移、蓝移
吸收峰位置向长波方向的移动，叫红移。吸收峰位置 向短波方向移动，叫蓝移 ④增色效应和减色效应——波长不变 使吸收强度增加的现象称为增色效应。使吸收强度降 低的现象称为减色效应
.
21
10.1.2 分光光度计---测定吸光度
1.分光光度计的基本组成 基本结构是由五个部分组成：即光源、单色 器、吸收池、检测器和显示装置。
• 摩尔吸收系数()比较低，即吸收峰强度比较小，很少在
.
14
近紫外区观察到。
一些化合物n-*跃迁所产生吸收的数据
.
15
n-*和-*跃迁
• 吸收波长在200~700nm范围。
• 绝大多数有机分子的吸收光谱都是由n电子或电 子向*激发态跃迁产生的。
• 这两种跃迁都要求分子中存在具有轨道的不饱 和基团，这种不饱和的吸收中心称做生色基团 （简称生色团）。
.
8
吸光度最大处对应的波长称为最大吸收波长max
max和是定性的主要依据
吸收曲线可以提供物质的结构信息，并作为物质定性分析的依据之
一。
.
9
2. 溶液的吸收定律---朗伯-比尔定律
（1）朗伯-比尔定律
• 一束平行电磁辐射，强度为I0，穿过厚度为b、浓度为C 的透明介质溶液后，由于介质中粒子对辐射的吸收，结
主要有3个方面： 第一，非单色光引起的偏离（仪器偏差）。主要来自光的 单色性、平行性和散射性等因素造成的偏差。 第二，介质不均匀引起的偏离（比尔定律本身的局限性）， 朗伯-比尔定律主要适用于稀溶液，忽略了分子之间的相 互作用，当浓度高时，分子间作用增强会引起偏差。 第三，溶液本身的化学反应引起的偏离（化学偏离）。当 被分析的粒子发生分解、缔合或与溶剂发生反应生成一种 具有不同光谱的产物时会发生这种偏离；
分子光谱分析.优秀精选PPT
仪器分析 分子光谱分析
主 讲：崔华 教授
第一章 分子光谱概论
1、分子的能级与分子光谱的形成
分子内部运动可分为三种，即转动、振动和 电子运动。对应的能量为Er 、Ev、 Ee ，对应的 能态组成了分子能级的精细结构。
分子的各能级之间跃迁时吸收或发射光子形 成了分子光谱。
分子光谱
吸收光谱 发光光谱
Er
S2
Ev
Ee *
IC—内转移 IC IX—系内交联
S1*
IX
T
F
P
S0
Ee0 10-15 s
10-9 – 10-7 s
10-3 – 10 s
分子能级的结构和能级间的转化、跃迁示意图
2、吸收光谱
分子从外界吸收光能，从基态跃迁到激发态把被吸 收的辐射强度按波长顺序记录下来，便得到吸收光谱。
分子的振动转动能级间的跃迁需吸收红外光区的能量， 形成红外光谱（IR Infrared）。
n n n n 发光光谱
在强磁场的激励下，一些具有磁性的原子核可以裂分为两个或两个以上的核磁能级。
当物质吸收光受到激发后，返回初始态可通过辐射跃迁或无辐射跃迁。
基态
受激单线态
三重态
单线态 单线态 三线态 单线态
Hale Waihona Puke 荧光 磷光从受激三线态向单线态的跃迁是禁戒的， 在没有其它竞争过程时，此种跃迁总要发生， 只是速度较慢。受激三线态的寿命比单线态长 得多，因此受激三重态与溶剂分子碰撞而转移， 损耗激发能量的机会就很多，这是在室温下不 能观察到磷光的原因。
0.05E— 1
eV
1 — 25 m
分子的电子能级之间的跃迁形成紫外可见吸收光谱
（UV-Visible）。
主 讲：崔华 教授
第一章 分子光谱概论
1、分子的能级与分子光谱的形成
分子内部运动可分为三种，即转动、振动和 电子运动。对应的能量为Er 、Ev、 Ee ，对应的 能态组成了分子能级的精细结构。
分子的各能级之间跃迁时吸收或发射光子形 成了分子光谱。
分子光谱
吸收光谱 发光光谱
Er
S2
Ev
Ee *
IC—内转移 IC IX—系内交联
S1*
IX
T
F
P
S0
Ee0 10-15 s
10-9 – 10-7 s
10-3 – 10 s
分子能级的结构和能级间的转化、跃迁示意图
2、吸收光谱
分子从外界吸收光能，从基态跃迁到激发态把被吸 收的辐射强度按波长顺序记录下来，便得到吸收光谱。
分子的振动转动能级间的跃迁需吸收红外光区的能量， 形成红外光谱（IR Infrared）。
n n n n 发光光谱
在强磁场的激励下，一些具有磁性的原子核可以裂分为两个或两个以上的核磁能级。
当物质吸收光受到激发后，返回初始态可通过辐射跃迁或无辐射跃迁。
基态
受激单线态
三重态
单线态 单线态 三线态 单线态
Hale Waihona Puke 荧光 磷光从受激三线态向单线态的跃迁是禁戒的， 在没有其它竞争过程时，此种跃迁总要发生， 只是速度较慢。受激三线态的寿命比单线态长 得多，因此受激三重态与溶剂分子碰撞而转移， 损耗激发能量的机会就很多，这是在室温下不 能观察到磷光的原因。
0.05E— 1
eV
1 — 25 m
分子的电子能级之间的跃迁形成紫外可见吸收光谱
（UV-Visible）。
分子荧光光谱分析PPT30页
分子荧光光谱分析
56、极端的法规，就是极端的不公。 ——西 塞罗 57、法律一旦成为人们的需要，人们 就不再 配享受 自由了 。—— 毕达哥 拉斯 58、法律规定的惩罚不是为了私人的 利益， 而是为 了公共 的利益 ；一部 分靠有 害的强 制，一 部分靠 榜样的 效力。 ——格 老秀斯 59、假如没有法律他们会更快乐的话 ，那么 法律作 为一件 无用之 物自己 就会消 灭。— —洛克
60、人民的幸福是至高无个的法。— —西塞 罗
41、学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸 收都不可耻。——阿卜·日·法拉兹
42、只有在人群中间，才能认识自 己。——德国
43、重复别人所说的话，只需要教育； 而要挑战别人所说的话，则需要头脑。—— 玛丽·佩蒂博恩·普尔
44、卓越的人一大优点是：在不利与艰来自难的遭遇里百折不饶。——贝多芬
45、自己的饭量自己知道。——苏联
56、极端的法规，就是极端的不公。 ——西 塞罗 57、法律一旦成为人们的需要，人们 就不再 配享受 自由了 。—— 毕达哥 拉斯 58、法律规定的惩罚不是为了私人的 利益， 而是为 了公共 的利益 ；一部 分靠有 害的强 制，一 部分靠 榜样的 效力。 ——格 老秀斯 59、假如没有法律他们会更快乐的话 ，那么 法律作 为一件 无用之 物自己 就会消 灭。— —洛克
60、人民的幸福是至高无个的法。— —西塞 罗
41、学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸 收都不可耻。——阿卜·日·法拉兹
42、只有在人群中间，才能认识自 己。——德国
43、重复别人所说的话，只需要教育； 而要挑战别人所说的话，则需要头脑。—— 玛丽·佩蒂博恩·普尔
44、卓越的人一大优点是：在不利与艰来自难的遭遇里百折不饶。——贝多芬
45、自己的饭量自己知道。——苏联
《分子发光光谱》PPT课件
共振荧光(Resonance)：
λex = λem
2020/12/31
h
7
电子重态示意图
基态单重态
激发单重态
激发三重态
2020/12/31
h
8
• 分子中电子的运动状态除了电子所处的能级外， 还包含有电子的多重态，用M=2S+1表示，S 为各电子自旋量子数的代数和，其数值为0或1
• 根据Pauli不相容原理，分子中同一轨道所占 据的两个电子必须具有相反的自旋方向，即自 旋配对Βιβλιοθήκη 2020/12/31h
6
（一）荧光磷光的产生
分子发光的类型
按激发的模式分类： 分子发光
按分子激发态的类型分类：
按光子能量分类：
分子发光
光致发光 化学发光/生物发光 热致发光 场致发光 摩擦发光
荧光 瞬时荧光 迟滞荧光
磷光
斯托克斯荧光(Stokes)：
λex < λem
荧光 反斯托克斯荧光 (Antistokes)：λex > λem
• 辐射跃迁主要涉及到荧光、延迟荧光或磷光的 发射
• 无辐射跃迁是指以热的形式释放多余的能量， 包括振动弛豫、内(部)转移、系间跨(窜)越及 外(部)转移等过程
2020/12/31
h
14
荧光和磷光的产生过程中能量 传递方式及作用
• 振动弛豫 • 内转移 • 荧光发射 • 系间窜跃 • 磷光发射 • 外转移 • 延迟荧光
2020/12/31
h
3
• 直到1852年，对荧光分析法具有开拓性工作的 Stokes在考察奎宁和绿色素的荧光时，用分光 计观察到其荧光的波长比入射光的波长稍为长 些，而不是由光的漫反射引起的，从而导入荧 光是光发射的概念，他还由发荧光的矿石“萤 石”推演而提出了“荧光”这一术语，他还研 究了荧光强度与荧光物质浓度之间的关系，并 描述了在高浓度或某些外来物质存在时的荧光 猝灭现象
分子振动光谱 ppt课件
ppt课件
29
某一基团的特征吸收频率，同时还要受到分子结构 和外界条件的影响。
同一种基团，由于其周围的化学环境不同，其特征吸 收频率会有所位移，不是在同一个位置出峰。
基团的吸收不是固定在某一个频率上，而是在一个范围 内波动。
ppt课件
30
1.3.1 外部条件对吸收位置的影响
(1)物态效应：同一个化合物固态、液态和气态的红外光 谱会有较大的差异。如丙酮的υC=O,汽态时在1742cm-1，液 态时1718cm-1，而且强度也有变化。
1646
CH2
1611
CH2
1566
CH2
1641 cm-1
1678
1657
1651 cm-1
ppt课件
38
（5）氢键的影响：氢键的形成，往往使伸缩振动频率移向 低波数，吸收强度增强，并变宽；形成分子内氢键时影响很 显著。
O OH
H OO
υC=O ( cm-1)
O
O
1676，1673； 1675，1622
43
(b) 一个碳上含有二个或三个甲基，则在 1385~1350cm-1出现两个吸收峰 。
（c）二元酸的两个羧基之间只有1~2个碳原子时，会出 现两个υC=O，相隔三个碳原子则没有这种偶合。
HOOCCH2COOH HOOC(CH2)2COOH HOOC(CH2)nCOOH
υC=O 1740,1710
如乙酰乙酸乙酯有酮式和烯醇式结构，两者的吸收皆能 在红外谱图上找到，但烯醇式的υC=O较酮式υC=O弱，说 明稀醇式较少。
CH3-CO-CH2-COO-C2H5 υC=O 1738(s)，1717(s)
CH2-C(OH)=CH-COOC2H5 υC=O与υC=C在1650cm-1(w) υOH3000cm-1
分子光谱基础
低于 3000 cm?1 一般为饱和 C-H 伸缩振动吸收
(3) 若在稍高于 3000 cm?1有吸收, 则应在 2250 ~ 1450 cm?1 频区 分析不饱和碳碳键的伸缩振动吸收特征峰
3）1710 cm?1，C=O， 2820，2720 cm?1，醛基
4）结合化合物的分子式 此化合物为间甲基苯甲醛
例2 C3H4O
1）不饱和度： (3?2?2?4)?2=2 可能为烯，炔及含有羰基的化合物
2）3300 cm?1 处宽带，羟基
结合 1040 cm?1 处的吸收，可推测含有O-H,
4-4-3磁共振谱4
第一章 分子光谱基础
1.分子光谱，包括紫外可见光谱，红外光谱，荧光光谱和拉曼光谱等。光和物质之间的相互作用，使分子对光产生了吸收、发射或散射。将物质吸收、发射或散射光的强度对频率作图所形成的演变关系，称为分子光谱。
8.造成线宽的原因：1.自然致宽2. Doppler致宽
9.所有分子都有电子光谱
10.电子能级之间的跃迁伴随着振动能级和转动能级的跃迁，所以电子光谱是由许多振动谱带组成的谱带系谱项能量
第二章 红外和拉曼光谱
A 3355 C 1373,1355 偕二甲基
电子运动方程决定了分子的电子光谱。
4.分子的总能量主要由以下三项组成
5.转动光谱：同一振动态内不同转动能级之间跃迁所产生的光谱。转动能级的能量差在10-3~10-6eV，故转动频率在远红外到微波区，特征是线光谱。
6.振动光谱：同一电子态内不同振动能级之间跃迁所产生的光谱。振动能级的能量差在10-2-1eV，光谱在近红外到中红外区。由于振动跃迁的同时会带动转动跃迁，所以振动光谱呈现出谱带特征。
10.电子能级之间的跃迁伴随着振动能级和转动能级的跃迁，所以电子光谱是由许多振动谱带组成的谱带系谱项能量
(3) 若在稍高于 3000 cm?1有吸收, 则应在 2250 ~ 1450 cm?1 频区 分析不饱和碳碳键的伸缩振动吸收特征峰
3）1710 cm?1，C=O， 2820，2720 cm?1，醛基
4）结合化合物的分子式 此化合物为间甲基苯甲醛
例2 C3H4O
1）不饱和度： (3?2?2?4)?2=2 可能为烯，炔及含有羰基的化合物
2）3300 cm?1 处宽带，羟基
结合 1040 cm?1 处的吸收，可推测含有O-H,
4-4-3磁共振谱4
第一章 分子光谱基础
1.分子光谱，包括紫外可见光谱，红外光谱，荧光光谱和拉曼光谱等。光和物质之间的相互作用，使分子对光产生了吸收、发射或散射。将物质吸收、发射或散射光的强度对频率作图所形成的演变关系，称为分子光谱。
8.造成线宽的原因：1.自然致宽2. Doppler致宽
9.所有分子都有电子光谱
10.电子能级之间的跃迁伴随着振动能级和转动能级的跃迁，所以电子光谱是由许多振动谱带组成的谱带系谱项能量
第二章 红外和拉曼光谱
A 3355 C 1373,1355 偕二甲基
电子运动方程决定了分子的电子光谱。
4.分子的总能量主要由以下三项组成
5.转动光谱：同一振动态内不同转动能级之间跃迁所产生的光谱。转动能级的能量差在10-3~10-6eV，故转动频率在远红外到微波区，特征是线光谱。
6.振动光谱：同一电子态内不同振动能级之间跃迁所产生的光谱。振动能级的能量差在10-2-1eV，光谱在近红外到中红外区。由于振动跃迁的同时会带动转动跃迁，所以振动光谱呈现出谱带特征。
10.电子能级之间的跃迁伴随着振动能级和转动能级的跃迁，所以电子光谱是由许多振动谱带组成的谱带系谱项能量
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单色性好，分辨率高
光电元件的使用保证 了极短时间内对指定 波长范围的扫描
强大的单色功率有利 于遥测
(>1015W/cm2)
1.1 多原子分子的SchrÖdinger方程
1.1.1 核运动和电子运动的分离
包含核和电子的分子总Schrödinger方程是
Hˆ (R, r) E(R, r)
这里R，r 分别是核运动和电子运动的坐标。 在忽略自旋和轨道相互作用后，分子哈密顿 算符的具体形式是
N
2 N
e
由于 e (r, R) 对R 的变化率比 N (R) 对R 的变化率小得
多，于是，有 N e (r, R) 。0 上式简化为
2 N
e
N
e
2 N
N
演示课件
代入Schrödinger方程
N
2 2MN
2 N
e
2 2me
2 e
VNN
Vee
VeN
N e
EN e
展开以后，两边同除以
第一章 分子光谱基础
分子光谱，包括紫外可见光谱，红外光谱，荧光光谱和拉曼
光谱等。光和物质之间的相互作用，使分子对光产生了吸收、 发射或散射。将物质吸收、发射或散射光的强度对频率作图所 形成的演变关系，称为分子光谱。
紫外可见光谱 红外光谱
分子光谱
吸收谱 发射谱
转动光谱 振动光谱 电子光谱
演示课件
分子之所以能够吸收或发射光谱，是因为分子中的 电子在不同的状态中运动，同时分子自身由原子核 组成的框架也在不停地振动和转动。按照量子力学， 分子的所有这些运动状态都是量子化的。分子在不 同能级之间的跃迁以光吸收或光辐射形式表现出来， 就形成了分子光谱。
演示课件
基 尔 霍 夫 | 本 生 实 验
演示课件
电磁波的范围
演示课件
分子光谱
光谱学
常规光谱学
特点：
六十年代
光谱范围宽；紫外---可见----红外
检测精度高；（10-9克）
方法成熟，数据积累丰富 缺点：
光源单色性差，影响分辨率
色散元件的机械传动使全程扫描 难以在1秒内完成
演示课件
激光光谱学
特点：
演示课件
n态
受 激 发 射
自 发 发 射
m态
光和分子作用的哈密顿 Hˆ (t)是：
Hˆ
'(t
)
E(t
)
电偶极作用
则微扰后体系的波函数可以表示为
Hˆ '(t) m akm (t) k
k
展开系数 akm (t ) 可以按照下列方法求得
* n
Hˆ
'
(
t
)
md
* n
akm (t) kd
akm (t ) nk anm (t )
Phys.Zeit., 18(1917), 121
演示课件
受激跃迁：分子从共振
光电磁场中吸收光量子而
完成从低能级高能级n态跃
迁的过程。
受激发射：共振电磁场使
高能级上的分子发射光量
子而返回到低能级的过程。
吸
收
自发发射: 高能级上的分
子在没有交变电磁场激励 的情况下，自发发射光量 子并返回低能级的过程。
电子运动方程
电子运动方程决定了分子的电子光谱。
演示课件
Hˆ(R, r) E(R, r)
Hˆ N N (R) EN N (R)
Hˆ ee (R, r) Eee (R, r)
质心坐标 (扣除体系平动)
球极坐标 (分离转动振动)
单电子独立近似
hˆii (R, ri ) ii (R, ri )
LCAO-MO 如EHMO,HMO等
吸 收 强 度
2800
3000
演示课件
1H37Cl和1H36Cl的振动光谱
电子光谱：用分子光谱项标记，反
映了分子在不同电子态之间的跃迁。 电子能级的能量差在1~20eV，使得电 子光谱的波长落在紫外可见区。在发 生电子能级跃迁的同时，一般会同时 伴随有振动和转动能级的跃迁，所以 电子光谱呈现谱带系特征
转动光谱：同一振动态内不同转动能级之间跃迁所产生的光
谱。转动能级的能量差在10-3~10-6eV，故转动频率在远红外到 微波区，特征是线光谱。
演示课件
振动光谱：同一电子态内不同振动能级之间跃迁所产生的光
谱。振动能级的能量差在10-2~1eV，光谱在近红外到中红外 区。由于振动跃迁的同时会带动转动跃迁，所以振动光谱呈 现出谱带特征。
k
k
anm (t ) 2 Hm n
就是跃迁几率，它的大小取决于矩阵元
* m
Hˆ
(t
)
nd
E (t ) mn
演示课件
N e
N
2 2MN
1 N
2 N
N
VNN
e
2 2me
1 e
e2 e
Vee
VeN
E
注意到上述方程中的第一和第二项都和电子坐标无关。采用 分离变量处理，得到两个方程：
演示课件
核运动方程
N
2 2MN
2 N
VNN
Ee (R)N
(R)
EN (R)
该方程中包含了分子的平动、振动和转动，它 决定了分子的振动光谱和转动光谱。
由于不同形式的运动之间有耦合作 用，分子的电子运动、振动和转动 是无法严格分离的
演示课件
水溶液中的 [Ti(OH2)6]3+的电 子吸收光谱
1.1.3 跃迁几率和选率
光谱的定量分析
位置——波长和频率 分子内部的能级差
强度 反映了分子在不同能级上的 分布和跃迁几率
爱因斯坦首先提出了辐射的发射和吸收理论,描述了受激发射、 自发发射和吸收三者之间的关系，即A、B系数。特别是受激 发射的概念，为激光的诞生奠定了理论基础。
Hˆ
N
2 2MN
2 N
e
2 2me
2 e
VNN
Vee
VeN
核动能 电子动能 演示课件
势能
采用B.O.近似后，分子的全波函数可以写成核波函数和电子 波函数的乘积：
代入Schrödinger方程，展开动能项，得到
2 N
e
N
N
e N N
N N e
e
2 N
N
N e N N
N N N e
振动光谱 103~102 cm-1
近红外
0.8~1.3 微米
红
短波红外Biblioteka 外中红外线
热红外
1.3~3 微米 3~8 微米 8~14 微米
转动光谱 <10cm-1
远红外
14 微米演示~课1 件毫米
分子的总能量主要由以下三项组成
E Ee Er Ev
分子在两个能级之间的跃迁给出 了光谱：
~ 1/ (E2 E1) / ~e ~v ~r
演示课件
SCF-MO 如ab-initio等
1.1.2 分子光谱的分布和特征
名称
波长范围
电子光谱
紫外线 紫
10 纳米~0.4 微米 0.38~0.455 微米
~1eV
可
蓝,青
见
绿
光
黄
橙
红
0.455~0.492 微米 0.492~0.577 微米 0.577~0.597 微米 0.597~0.622 微米 0.622~0.78 微米
光电元件的使用保证 了极短时间内对指定 波长范围的扫描
强大的单色功率有利 于遥测
(>1015W/cm2)
1.1 多原子分子的SchrÖdinger方程
1.1.1 核运动和电子运动的分离
包含核和电子的分子总Schrödinger方程是
Hˆ (R, r) E(R, r)
这里R，r 分别是核运动和电子运动的坐标。 在忽略自旋和轨道相互作用后，分子哈密顿 算符的具体形式是
N
2 N
e
由于 e (r, R) 对R 的变化率比 N (R) 对R 的变化率小得
多，于是，有 N e (r, R) 。0 上式简化为
2 N
e
N
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2 N
N
演示课件
代入Schrödinger方程
N
2 2MN
2 N
e
2 2me
2 e
VNN
Vee
VeN
N e
EN e
展开以后，两边同除以
第一章 分子光谱基础
分子光谱，包括紫外可见光谱，红外光谱，荧光光谱和拉曼
光谱等。光和物质之间的相互作用，使分子对光产生了吸收、 发射或散射。将物质吸收、发射或散射光的强度对频率作图所 形成的演变关系，称为分子光谱。
紫外可见光谱 红外光谱
分子光谱
吸收谱 发射谱
转动光谱 振动光谱 电子光谱
演示课件
分子之所以能够吸收或发射光谱，是因为分子中的 电子在不同的状态中运动，同时分子自身由原子核 组成的框架也在不停地振动和转动。按照量子力学， 分子的所有这些运动状态都是量子化的。分子在不 同能级之间的跃迁以光吸收或光辐射形式表现出来， 就形成了分子光谱。
演示课件
基 尔 霍 夫 | 本 生 实 验
演示课件
电磁波的范围
演示课件
分子光谱
光谱学
常规光谱学
特点：
六十年代
光谱范围宽；紫外---可见----红外
检测精度高；（10-9克）
方法成熟，数据积累丰富 缺点：
光源单色性差，影响分辨率
色散元件的机械传动使全程扫描 难以在1秒内完成
演示课件
激光光谱学
特点：
演示课件
n态
受 激 发 射
自 发 发 射
m态
光和分子作用的哈密顿 Hˆ (t)是：
Hˆ
'(t
)
E(t
)
电偶极作用
则微扰后体系的波函数可以表示为
Hˆ '(t) m akm (t) k
k
展开系数 akm (t ) 可以按照下列方法求得
* n
Hˆ
'
(
t
)
md
* n
akm (t) kd
akm (t ) nk anm (t )
Phys.Zeit., 18(1917), 121
演示课件
受激跃迁：分子从共振
光电磁场中吸收光量子而
完成从低能级高能级n态跃
迁的过程。
受激发射：共振电磁场使
高能级上的分子发射光量
子而返回到低能级的过程。
吸
收
自发发射: 高能级上的分
子在没有交变电磁场激励 的情况下，自发发射光量 子并返回低能级的过程。
电子运动方程
电子运动方程决定了分子的电子光谱。
演示课件
Hˆ(R, r) E(R, r)
Hˆ N N (R) EN N (R)
Hˆ ee (R, r) Eee (R, r)
质心坐标 (扣除体系平动)
球极坐标 (分离转动振动)
单电子独立近似
hˆii (R, ri ) ii (R, ri )
LCAO-MO 如EHMO,HMO等
吸 收 强 度
2800
3000
演示课件
1H37Cl和1H36Cl的振动光谱
电子光谱：用分子光谱项标记，反
映了分子在不同电子态之间的跃迁。 电子能级的能量差在1~20eV，使得电 子光谱的波长落在紫外可见区。在发 生电子能级跃迁的同时，一般会同时 伴随有振动和转动能级的跃迁，所以 电子光谱呈现谱带系特征
转动光谱：同一振动态内不同转动能级之间跃迁所产生的光
谱。转动能级的能量差在10-3~10-6eV，故转动频率在远红外到 微波区，特征是线光谱。
演示课件
振动光谱：同一电子态内不同振动能级之间跃迁所产生的光
谱。振动能级的能量差在10-2~1eV，光谱在近红外到中红外 区。由于振动跃迁的同时会带动转动跃迁，所以振动光谱呈 现出谱带特征。
k
k
anm (t ) 2 Hm n
就是跃迁几率，它的大小取决于矩阵元
* m
Hˆ
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演示课件
N e
N
2 2MN
1 N
2 N
N
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2 2me
1 e
e2 e
Vee
VeN
E
注意到上述方程中的第一和第二项都和电子坐标无关。采用 分离变量处理，得到两个方程：
演示课件
核运动方程
N
2 2MN
2 N
VNN
Ee (R)N
(R)
EN (R)
该方程中包含了分子的平动、振动和转动，它 决定了分子的振动光谱和转动光谱。
由于不同形式的运动之间有耦合作 用，分子的电子运动、振动和转动 是无法严格分离的
演示课件
水溶液中的 [Ti(OH2)6]3+的电 子吸收光谱
1.1.3 跃迁几率和选率
光谱的定量分析
位置——波长和频率 分子内部的能级差
强度 反映了分子在不同能级上的 分布和跃迁几率
爱因斯坦首先提出了辐射的发射和吸收理论,描述了受激发射、 自发发射和吸收三者之间的关系，即A、B系数。特别是受激 发射的概念，为激光的诞生奠定了理论基础。
Hˆ
N
2 2MN
2 N
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2 2me
2 e
VNN
Vee
VeN
核动能 电子动能 演示课件
势能
采用B.O.近似后，分子的全波函数可以写成核波函数和电子 波函数的乘积：
代入Schrödinger方程，展开动能项，得到
2 N
e
N
N
e N N
N N e
e
2 N
N
N e N N
N N N e
振动光谱 103~102 cm-1
近红外
0.8~1.3 微米
红
短波红外Biblioteka 外中红外线
热红外
1.3~3 微米 3~8 微米 8~14 微米
转动光谱 <10cm-1
远红外
14 微米演示~课1 件毫米
分子的总能量主要由以下三项组成
E Ee Er Ev
分子在两个能级之间的跃迁给出 了光谱：
~ 1/ (E2 E1) / ~e ~v ~r
演示课件
SCF-MO 如ab-initio等
1.1.2 分子光谱的分布和特征
名称
波长范围
电子光谱
紫外线 紫
10 纳米~0.4 微米 0.38~0.455 微米
~1eV
可
蓝,青
见
绿
光
黄
橙
红
0.455~0.492 微米 0.492~0.577 微米 0.577~0.597 微米 0.597~0.622 微米 0.622~0.78 微米