仪器分析：第五章 分子发光分析法
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f 是物质荧光特性的重要参数，反映了荧光物质 发射荧光的能力，f越大，荧光越强，在0~1之间 （有应用价值的f 在0.1~1之间）。
3. 荧光和物质分子结构的关系
（1）跃迁类型 π* π 较π* n跃迁的荧光效率高。
（2）共轭结构 凡是能提高π电子共轭度的结构，都会
增加荧光强度，并使荧光光谱长移。
由于电子基态的振动能级分布与激发态相 似，所以激发光谱与荧光光谱的各峰之间会以 某一跃迁峰为中心基本对称。
3. 荧光和分子结构的关系
发射荧光的物质应同时具备以下两个条件： ✓ 物质分子必须具有强的紫外-可见吸收； ✓ 物质分子必须有较大的荧光量子产率。
3. 荧光和分子结构的关系
发射荧光量子数
荧光量子产率（ f ）= 吸收激发光量子数 = If/Ia
1.荧光分析法概述
2.原理
荧光和磷光的产生 激发光谱和发射光谱 荧光与物质分子结构的关系
分子荧光分析法
1.概述
荧光光谱的范围可以从X光到红外光谱区
分子荧光分析法
1.概述
某些物质受紫外光照射后能发射比吸收的紫 外光波长更长的紫外光荧光或可见荧光。
一种物质能否发射荧光，取决于它的分子结 构和它所处的环境条件。
分子的激发态
单重态（S）： 当处于基态分子的电子都配对时，s = 0， 多重性 M=1，这样的电子能态称为单重态。
单重电子激发态（S1 ，S2）： 当基态的某个电子吸收光能之后，被激发到 某一激发态上。如果它的自旋方向不变，s=0， M=1，这时的激发态叫单重电子激发态。
分子的激发态
图示：
单重电子 激发态
发射光谱：固定激发光波长，让物质发射的荧
光通过单色器，测定不同波长的荧光强度，以
荧光强度F做纵坐标，荧光波长λ做横坐标作图。
发射光谱反映了在所发射的荧光中各种波长组分
的相对强度。
发射光谱
F
激发光谱
F
荧光（发射）光谱的特征
（1）stokes位移 荧光发射波长总是大于激 发光波长的现象。
（2）荧光光谱的形状与激发光波长无关， 不同波长激发光只对荧光强度有影响。
关于激发光的波长的问题
①决定荧光物质是否能够产生吸收并发射荧光； ②能够使荧光物质产生吸收并发射荧光的激发光 波长不具有唯一性； ③在保证激发的前提下，不同激发波长处的荧光发 射光谱相同，但荧光强度不同。 ④在进行荧光测定时，须选择合适激发光波长以保 证荧光强度最强。
荧光（发射）光谱的特性
（3）镜像规则 荧光光谱与激发光谱呈镜 像对称。（注意更正P91图5.3标注！）
苯
萘
蒽
f ：0.11 < 0.29 < 0.36
3. 荧光和分子结构的关系
（3）刚性平面：分子的刚性越强及共平面 性越好，荧光量子产率就越大。
-o
o
o
-o
coo -
o coo -
荧光素：氧桥把两个环固 定在一个平面上，具有平 面结构，强荧光物质
酚酞：无氧桥把两个环固 定，不能很好的共平面， 为非荧光物质
1.概 述
分子结构：分子中含有共轭双键体系，具 有吸收辐射能，产生电子跃迁 的性质。
环境条件：适当的辐射能照射，合适的温 度、溶剂、酸碱度等。
基本概念
光致发光：当物质受到光照射时，吸收了某一波长 的光之后，会发射出比所吸收光的波长更长的光。
电致发光：以电能来激发而发光 生物发光：以生物体释放的能量激发而发光 化学发光：以化学反应能激发而发光
分子荧光分析法：根据物质的荧光光谱特征峰位 置及其强度进行物质鉴定和含量测定的方法。
5.1 分子荧光和磷光分析
5.1.1 原理 1. 荧光和磷光的产生
具有不饱和基团的基态分子受光照后， 价电子跃迁产生荧光和磷光。
？
5.1 分子荧光和磷光分析
激发态
S1
第一激发态最低振动能层
基态 S0
π、n 电子
自旋量子数 = ±1/2 M = 2s+1（电子能态多重性）
ΔE
单重态
分子的激发态
三重电子激发态（T）： 在某些情况下，电子在跃迁过程中还伴随有自
旋方向的改变，使两个电子自旋方向相同而不配对， 这时s=1，M=3，这种电子激发态称三重电子激发 态（三重态）。
注意：基态分子中电子吸收辐射能后，只能跃迁 到单重激发态各不同能层，不能直接跃迁到三重 激发态，三重态能级比相应单重态能级略低。
分子的激发态
单重电子 激发态
吸收辐 射能
体系跨越 三重电子 激发态
单重态
荧光的产生（去活化过程）
基态分子
紫外光照射（激发光），吸收 两个能级之差的能量（ΔE）
跃迁至单重电子激发态的多个能层
由于分子之间的碰撞，能量降至第 无辐射跃迁
一激发态最低振动能层
(振动驰豫)
去活过程及荧光的产生
激发态较高能层 激发态较高能层 激发态最低能层
T1*最低振动能层 基态 较长
几率 较大
较小
2. 激发光谱和发射光谱（特征光谱）
激发光谱：将激发光的光源用单色器分光，测定 不同波长照射下物质所发射的荧光强度（F），以 F做纵坐标，激发光波长λ做横坐标作图。
激发光谱反映了激发光波长与荧光强度之间的关
系。 F
A
吸收光谱
激发光谱
λ
2. 激发光谱和发射光谱
基态各能层
部分能量以热的 形式释放 （无辐射跃迁）
能量以光量 子形式释放
产生荧光
磷光的产生
单重电子激发态分子
体系跨越（无辐射跃迁）
三重电子激发态不同能层
振动驰豫（无辐射跃迁）
三重电子激发态最低振动能层
光辐射，产生磷光
降至基态各能层
荧光和磷动能 层 基态
波长 较短
磷光
第五章 分子发光分析法
Molecular luminescence analysis
分子荧光光谱法（MFS）
分子发光分析法
第
一
荧光
节
磷光
第5章
分 子
分子发光 化学发光
荧 光
生物发光
和
散射光
磷 光
分
析
5.1 分子荧光和磷光分析
5.1.1 原理 5.1.2 荧光光谱仪 5.1.3 分子荧光分析法及其应用 5.1.4 荧光分析新技术简介 5.1.5 室温磷光法（自学）
3. 荧光和分子结构的关系
（4）取代基效应：在芳香化合物的芳香环上，进行不 同基团的取代，对该化合物的荧光强度和荧光光谱都 会产生影响。
增强荧光的取代基：-OH、-OR、-NH2、 -CN、 -NR2 等给电子基团（增加π电子共轭程度）； 减弱荧光的取代基：-COOH 、-NO2 、-F 、 -Cl、 -NO、等吸电子基团（减弱π电子共轭程度）； 对荧光影响不明显的：-R、–SO3H（对π电子共 轭体系作用较小）。
3. 荧光和物质分子结构的关系
（1）跃迁类型 π* π 较π* n跃迁的荧光效率高。
（2）共轭结构 凡是能提高π电子共轭度的结构，都会
增加荧光强度，并使荧光光谱长移。
由于电子基态的振动能级分布与激发态相 似，所以激发光谱与荧光光谱的各峰之间会以 某一跃迁峰为中心基本对称。
3. 荧光和分子结构的关系
发射荧光的物质应同时具备以下两个条件： ✓ 物质分子必须具有强的紫外-可见吸收； ✓ 物质分子必须有较大的荧光量子产率。
3. 荧光和分子结构的关系
发射荧光量子数
荧光量子产率（ f ）= 吸收激发光量子数 = If/Ia
1.荧光分析法概述
2.原理
荧光和磷光的产生 激发光谱和发射光谱 荧光与物质分子结构的关系
分子荧光分析法
1.概述
荧光光谱的范围可以从X光到红外光谱区
分子荧光分析法
1.概述
某些物质受紫外光照射后能发射比吸收的紫 外光波长更长的紫外光荧光或可见荧光。
一种物质能否发射荧光，取决于它的分子结 构和它所处的环境条件。
分子的激发态
单重态（S）： 当处于基态分子的电子都配对时，s = 0， 多重性 M=1，这样的电子能态称为单重态。
单重电子激发态（S1 ，S2）： 当基态的某个电子吸收光能之后，被激发到 某一激发态上。如果它的自旋方向不变，s=0， M=1，这时的激发态叫单重电子激发态。
分子的激发态
图示：
单重电子 激发态
发射光谱：固定激发光波长，让物质发射的荧
光通过单色器，测定不同波长的荧光强度，以
荧光强度F做纵坐标，荧光波长λ做横坐标作图。
发射光谱反映了在所发射的荧光中各种波长组分
的相对强度。
发射光谱
F
激发光谱
F
荧光（发射）光谱的特征
（1）stokes位移 荧光发射波长总是大于激 发光波长的现象。
（2）荧光光谱的形状与激发光波长无关， 不同波长激发光只对荧光强度有影响。
关于激发光的波长的问题
①决定荧光物质是否能够产生吸收并发射荧光； ②能够使荧光物质产生吸收并发射荧光的激发光 波长不具有唯一性； ③在保证激发的前提下，不同激发波长处的荧光发 射光谱相同，但荧光强度不同。 ④在进行荧光测定时，须选择合适激发光波长以保 证荧光强度最强。
荧光（发射）光谱的特性
（3）镜像规则 荧光光谱与激发光谱呈镜 像对称。（注意更正P91图5.3标注！）
苯
萘
蒽
f ：0.11 < 0.29 < 0.36
3. 荧光和分子结构的关系
（3）刚性平面：分子的刚性越强及共平面 性越好，荧光量子产率就越大。
-o
o
o
-o
coo -
o coo -
荧光素：氧桥把两个环固 定在一个平面上，具有平 面结构，强荧光物质
酚酞：无氧桥把两个环固 定，不能很好的共平面， 为非荧光物质
1.概 述
分子结构：分子中含有共轭双键体系，具 有吸收辐射能，产生电子跃迁 的性质。
环境条件：适当的辐射能照射，合适的温 度、溶剂、酸碱度等。
基本概念
光致发光：当物质受到光照射时，吸收了某一波长 的光之后，会发射出比所吸收光的波长更长的光。
电致发光：以电能来激发而发光 生物发光：以生物体释放的能量激发而发光 化学发光：以化学反应能激发而发光
分子荧光分析法：根据物质的荧光光谱特征峰位 置及其强度进行物质鉴定和含量测定的方法。
5.1 分子荧光和磷光分析
5.1.1 原理 1. 荧光和磷光的产生
具有不饱和基团的基态分子受光照后， 价电子跃迁产生荧光和磷光。
？
5.1 分子荧光和磷光分析
激发态
S1
第一激发态最低振动能层
基态 S0
π、n 电子
自旋量子数 = ±1/2 M = 2s+1（电子能态多重性）
ΔE
单重态
分子的激发态
三重电子激发态（T）： 在某些情况下，电子在跃迁过程中还伴随有自
旋方向的改变，使两个电子自旋方向相同而不配对， 这时s=1，M=3，这种电子激发态称三重电子激发 态（三重态）。
注意：基态分子中电子吸收辐射能后，只能跃迁 到单重激发态各不同能层，不能直接跃迁到三重 激发态，三重态能级比相应单重态能级略低。
分子的激发态
单重电子 激发态
吸收辐 射能
体系跨越 三重电子 激发态
单重态
荧光的产生（去活化过程）
基态分子
紫外光照射（激发光），吸收 两个能级之差的能量（ΔE）
跃迁至单重电子激发态的多个能层
由于分子之间的碰撞，能量降至第 无辐射跃迁
一激发态最低振动能层
(振动驰豫)
去活过程及荧光的产生
激发态较高能层 激发态较高能层 激发态最低能层
T1*最低振动能层 基态 较长
几率 较大
较小
2. 激发光谱和发射光谱（特征光谱）
激发光谱：将激发光的光源用单色器分光，测定 不同波长照射下物质所发射的荧光强度（F），以 F做纵坐标，激发光波长λ做横坐标作图。
激发光谱反映了激发光波长与荧光强度之间的关
系。 F
A
吸收光谱
激发光谱
λ
2. 激发光谱和发射光谱
基态各能层
部分能量以热的 形式释放 （无辐射跃迁）
能量以光量 子形式释放
产生荧光
磷光的产生
单重电子激发态分子
体系跨越（无辐射跃迁）
三重电子激发态不同能层
振动驰豫（无辐射跃迁）
三重电子激发态最低振动能层
光辐射，产生磷光
降至基态各能层
荧光和磷动能 层 基态
波长 较短
磷光
第五章 分子发光分析法
Molecular luminescence analysis
分子荧光光谱法（MFS）
分子发光分析法
第
一
荧光
节
磷光
第5章
分 子
分子发光 化学发光
荧 光
生物发光
和
散射光
磷 光
分
析
5.1 分子荧光和磷光分析
5.1.1 原理 5.1.2 荧光光谱仪 5.1.3 分子荧光分析法及其应用 5.1.4 荧光分析新技术简介 5.1.5 室温磷光法（自学）
3. 荧光和分子结构的关系
（4）取代基效应：在芳香化合物的芳香环上，进行不 同基团的取代，对该化合物的荧光强度和荧光光谱都 会产生影响。
增强荧光的取代基：-OH、-OR、-NH2、 -CN、 -NR2 等给电子基团（增加π电子共轭程度）； 减弱荧光的取代基：-COOH 、-NO2 、-F 、 -Cl、 -NO、等吸电子基团（减弱π电子共轭程度）； 对荧光影响不明显的：-R、–SO3H（对π电子共 轭体系作用较小）。