第5章分子发光分析法讲义
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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，Fra Baidu bibliotek常用下式表示
f = 发射荧光的分子数 / 激发态分子的总数
外转移:指激发分子与溶剂分子或其它溶质分子的相互作
S0
用及能量转移，使荧光或磷光强度减弱甚至消失。这一
现象称为“熄灭”或“猝灭”。
l
l
l 3
l
3
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。
的荧光。
络合剂与金属络合后，刚性增强，荧光也增强:
3) 取代基的影响
芳环上有供（给）电基，使荧光增强。如烷基、-OH、 -OCH3、-NH2、-CN等使荧光强度增加。
共轭效应: 增加体系的共轭度，荧光效率一般也将增大。
1) 分子中必须具有大的共轭键结构。
如:芳香族化合物有荧光。单个杂环芳烃无荧光，而其 与苯环共轭就有荧光。
非荧光性:
N
吡啶
N
S
呋喃 噻吩
N H
吡咯
荧光性:
N
N
喹啉
N H
吲哚
2) 具有刚性平面性结构的分子荧光量子产率高。 可降低分子振动和碰撞去活的可能性，故具有很强
发射的光量子数
吸收的光量子数
荧光的量子产率，将与上述每一个过程（荧光发射、 内转化，系间窜跃等）的速率常数有关。若用数学式来表 达这些关系，得到
f= kf /（kf+ki）
式中kf为荧光发射过程的速率常数，ki为其它有关 过程的速率常数的总和。
凡是能使kf 值升高而使其它ki值降低的因素，都可增 强荧光。
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；
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）荧光效率及其影响因素
S振2 内动转弛化豫: 的相时内同间转多为化重10态-12的s数两量个级振电。动子弛态系豫之间间窜内的跃转非化辐射跃迁。 当两个电子能级非常靠近以至其振动能级有重叠时，常
能发于回生高到电激第子发一由单激S1高重发能态单级的重以电态子的无，最辐通低射过振跃内动迁转能方移级式及。转振移动至弛低豫能T，级1 均。T跃处2 量体就较是系低一间振种窜动系跃能吸收间：级窜转指跃不移。同至通多T发射荧光1常重的，态较发间高生振的外系无动转间辐能换窜射级跃跃处时迁。，，发射磷光电例子如振由S动1→S弛1的T豫1
分子荧光(Molecular Fluorescence)、 分子磷光(Molecular Phosphorescence) 化学发光分析法(Chemiluminescence)
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。
S2
吸光l1
S0
在光照停止后，仍可持续一段时间。
S1
T1
吸光l2
荧光
荧光l3 磷光l´3
磷光
•磷光与荧光的区别:两长一低：波长、寿命、强度
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 系间窜跃 内转化 外转化 振动弛预
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＞荧光波长λ3＞ 激发波长λ1或λ2。磷光 的产生在10-3-10s内完成。
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
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
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？
二振、动基弛本豫原：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）将分多子余荧的光能的量产以生热的形式发出。发生
二、基本原理
分子能级=电子能级(Ee)+振动能级(Ev)+转动能级(Er)。
（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。
一般来说，kf主要取决于化学结构，而ki则主要取决
于化学环境，同时也与化学结构有关。 f在0.1—1之间有
应用价值
2、荧光与分子结构的关系 跃迁是产生荧光的主要跃迁类型。 实验证明，
对于大多数荧光物质，首先经历或n激发，然后经 过振动弛豫或其他无辐射跃迁，再发生或n跃迁而 得到荧光。在这两种跃迁类型中，跃迁常能发出较强 的荧光（较大的量子产率,跃迁是产生荧光的主要跃 迁类型。
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，Fra Baidu bibliotek常用下式表示
f = 发射荧光的分子数 / 激发态分子的总数
外转移:指激发分子与溶剂分子或其它溶质分子的相互作
S0
用及能量转移，使荧光或磷光强度减弱甚至消失。这一
现象称为“熄灭”或“猝灭”。
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l 3
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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。
的荧光。
络合剂与金属络合后，刚性增强，荧光也增强:
3) 取代基的影响
芳环上有供（给）电基，使荧光增强。如烷基、-OH、 -OCH3、-NH2、-CN等使荧光强度增加。
共轭效应: 增加体系的共轭度，荧光效率一般也将增大。
1) 分子中必须具有大的共轭键结构。
如:芳香族化合物有荧光。单个杂环芳烃无荧光，而其 与苯环共轭就有荧光。
非荧光性:
N
吡啶
N
S
呋喃 噻吩
N H
吡咯
荧光性:
N
N
喹啉
N H
吲哚
2) 具有刚性平面性结构的分子荧光量子产率高。 可降低分子振动和碰撞去活的可能性，故具有很强
发射的光量子数
吸收的光量子数
荧光的量子产率，将与上述每一个过程（荧光发射、 内转化，系间窜跃等）的速率常数有关。若用数学式来表 达这些关系，得到
f= kf /（kf+ki）
式中kf为荧光发射过程的速率常数，ki为其它有关 过程的速率常数的总和。
凡是能使kf 值升高而使其它ki值降低的因素，都可增 强荧光。
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；
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）荧光效率及其影响因素
S振2 内动转弛化豫: 的相时内同间转多为化重10态-12的s数两量个级振电。动子弛态系豫之间间窜内的跃转非化辐射跃迁。 当两个电子能级非常靠近以至其振动能级有重叠时，常
能发于回生高到电激第子发一由单激S1高重发能态单级的重以电态子的无，最辐通低射过振跃内动迁转能方移级式及。转振移动至弛低豫能T，级1 均。T跃处2 量体就较是系低一间振种窜动系跃能吸收间：级窜转指跃不移。同至通多T发射荧光1常重的，态较发间高生振的外系无动转间辐能换窜射级跃跃处时迁。，，发射磷光电例子如振由S动1→S弛1的T豫1
分子荧光(Molecular Fluorescence)、 分子磷光(Molecular Phosphorescence) 化学发光分析法(Chemiluminescence)
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。
S2
吸光l1
S0
在光照停止后，仍可持续一段时间。
S1
T1
吸光l2
荧光
荧光l3 磷光l´3
磷光
•磷光与荧光的区别:两长一低：波长、寿命、强度
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 系间窜跃 内转化 外转化 振动弛预
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＞荧光波长λ3＞ 激发波长λ1或λ2。磷光 的产生在10-3-10s内完成。
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
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
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？
二振、动基弛本豫原：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）将分多子余荧的光能的量产以生热的形式发出。发生
二、基本原理
分子能级=电子能级(Ee)+振动能级(Ev)+转动能级(Er)。
（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。
一般来说，kf主要取决于化学结构，而ki则主要取决
于化学环境，同时也与化学结构有关。 f在0.1—1之间有
应用价值
2、荧光与分子结构的关系 跃迁是产生荧光的主要跃迁类型。 实验证明，
对于大多数荧光物质，首先经历或n激发，然后经 过振动弛豫或其他无辐射跃迁，再发生或n跃迁而 得到荧光。在这两种跃迁类型中，跃迁常能发出较强 的荧光（较大的量子产率,跃迁是产生荧光的主要跃 迁类型。