第八章 荧光概述

kf k f k i k ec k ic
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 素都可使荧光增强。如温度升高，荧光强度将减弱。
3. 荧光与结构的关系
（1）电子跃迁类型 能发生*跃迁的物质易发
生由*跃迁产生的荧光。
（2）共轭效应
F K I 0 (1 e
2.303bc
)
]
( 2.303 bc )2 ( 2.303 bc )3 K I 0 [2.303 bc 2! 3!
若εbc＜0.05，则：
F K I 0 2.303bc
根据 当I0一定时
F K I 0 2.303bc
入射光被强烈吸收，造成溶液内部入射光强度减小；
自猝灭——发光物质分子间碰撞而发生的能量无辐射转移；
自吸收——溶液内部激发态分子所发射的荧光在通过外部
溶液时被同类分子吸收；
2. 荧光量子产率Φ — 分子发射荧光的能力
发射荧光的分子数 发射的光子数 激发态的分子数 吸收的光子数
Φ与失活过程的速率常数k有关：
单重态 分子内部所有电子自旋都配对的电子状态。
•基态单重态：大多数有机物分子的基态都是单重态； •激发单重态：当基态分子一对电子中的一个被激发到 较高能级，其自旋方向不会立刻改变，分子仍处于单 重态，称为激发单重态。 三重态 有两个电子的自旋不配对而平行的状态。
基态单重态
激发单重态
激发三重态
C6H5CH3 C6H5OH 给电子 C6H5OCH3 取代基 C6H5NH2 C6H5CN C6H5Cl C6H5Br C6H5I
相对荧光强度 10
3 0 17 18 20 20 20 7 5 0
卤素
4. 影响荧光的环境因素
温度降低会使荧光强度增大。
溶剂 溶剂极性改变会使荧光强度及荧光波长发生变化；
答：a：苯、萘、蒽、丁省 b：碘代苯、氯代苯、苯
Байду номын сангаас
8.3 荧光分光光度计
光源：高压汞灯、氙弧灯及激光光源。钨灯和
氘灯由于发出的紫外光强度太小，在荧光分析中 较少应用； 样品池：石英，四面都需进行抛光处理； 检测器：光电倍增管。
激发光谱和荧光光谱
任何荧光化合物都具有两种 特征光谱： 激发光谱——吸收光谱 荧光光谱——发射光谱
芳香族化合物易发荧光，且随着
环的数目和稠合程度增加，荧光峰红移，Φ↑。简 单杂环化合物不发荧光，具有稠环结构的杂环化 合物可发荧光。
（3）平面刚性结构效应 有刚性结构的分子容易发射荧光，刚性和共 平面性的增加有利于荧光发射。
CH2
联苯 Φ=0.2
芴 Φ=1
（4）取代基的影响
化合物
苯
吸电子 C6H5COOH 取代基 C6H5NO2
F = K· c
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。 当c 一定时，增加入射光强度I0 ，荧光信号F值增 加。所以荧光法灵敏度可通过增大光源辐射功率I0而 提高。这是与紫外可见光谱法不同的地方。
浓度较高时， F与c的线性关系将发生偏离。原因：
数学上的近似带来的误差；
●磷光 从第一激发三重态的最低振动能级回到基态
的各振动能级时所发出的辐射（T1→S0）。
激发三重态的平均寿命为104s到几秒，所以磷光在光
照停止后仍可停留一段时间。 无辐射跃迁会使荧光（或磷光）减弱甚至消失。 荧光强度的减弱或消失，称为荧光熄灭（或猝灭）。
8.2 荧光强度及影响荧光的因素
荧光是物质吸收光子之后发出的辐射，荧光强度（F） 与荧光物质的吸光能力及其发射荧光的能力有关。
系间窜越
激发态分子的电子自旋发生倒转而
使分子的多重态发生变化的过程（S1 T1） 。如果
一个单重态与三重态的振动能级重叠，发生系(统)
间窜越的概率增加。
外转换
激发态分子与溶剂或其他溶质相互作
用，发生能量转换的过程。
辐射跃迁
●荧光 受光激发的分子从第一激发单重态的最低
振动能级回到基态的各振动能级时所发出的辐射
第八章 分子荧光光谱法 Molecular fluorescence spectroscopy
荧光属于光致发光。
•光致发光是物质被电磁辐射激发后再发射 出波长相同或较长的辐射的现象。
•基于化合物的荧光测量而建立起来的分析
方法称为荧光光谱法。
8.1 荧光光谱法基本原理
1. 分子的多重态 — 分子的电子状态
激发光谱与荧光光谱的三个特点：
斯托克斯（Stokes）位移； 荧光光谱和激发光谱大致成镜像对称；
无论用λ=250和350nm哪一个作激发光源，所得
含重原子的溶剂如CH3CH2I、CBr4使荧光减弱 — 重原
子效应（使系间窜越至三重态的速率增加，荧光减弱而 磷光增强）。 溶解氧的存在往往使荧光强度减弱。氧分子具有顺磁 性，能促进激发态分子发生系间窜跃而变成三重态。其 他顺磁性物质也会使荧光猝灭。
将下列各组物质按荧光增强的顺序从左到右排列。
(S1→S0)。
所以，荧光波长一般比激发光波长长。
荧光分子的寿命（）：
表示分子停留在激发态上的平均时间。
荧光寿命越短，与其它失活过程竞争的能力越强，越
容易发荧光。
与max有如下关系： ≈105/ max
对于→*跃迁， max一般为103 ~ 105 ，所以荧光寿命
一般在108 ~1011 s数量级。
激发三重态能量比激发单重态低。
2. 激发态分子的失活:
激发态分子不稳定，以辐射或无辐射的方式回到基态。
无辐射跃迁
振动弛豫 激发态分子由同一电子能级中的较高振动
能级转至较低振动能级的过程，其效率较高。振动弛 豫过程的时间为10-12 s数量级。
内转换 相同多重态的两个电子能级间，电子由高能
级回到低能级的分子内过程（S2 S1）。 当两电子能 级非常接近以至振动能级有重叠时，内转换容易发生。
1. 荧光强度与浓度的关系 F = K′(I0I)
I0 —入射光强度；I —透射光强度； K′—取决于物质发射荧光的能力。
A = lgT = lg(I/I0 ) = εbc
ln(I/I0 ) = 2.303εbc
I I0 e
2.303bc
2.303bc F K I 0 (1 e )