分析化学第十一章荧光分析法

图中最低三重态以符号T1表示，T2代表较高的激 发三重态。
由于自旋平行比自旋配对的状态更稳定，故三重 态的能级比单重态的能量略低。
每个电子能级都有ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ个振动能级，在同一个电子 能级中，最低的线代表该能级的振动基态。
吸收过程发生在10-15s左右的时间内。
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分子吸收和发射过程的Jablonski能级能级图
由分子多重性的定义有M=2S+1=1,称之为单
重态。 基态单重态以S0表示，S1和S2则分别代表分
子的第一和第二激发单重态。 当分子处于激发态时，若分子的电子自旋与
基态相同，仍然是单重态，即分子处于S1和S2。
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在激发态中，分子的某个电子也有可能改变自 旋，即自旋平行则S=1，所以多重性M=2S+1=3,分子 处于这样的激发态称为三重态，
体系的荧光增强；反之，则使体系的荧光减弱。
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三、荧光的激发光谱和发射光谱
任何荧光分子都具有两种特征的光谱，即激 发光谱和荧光光谱。 ⒈荧光激发光谱
激发光谱是通过固定发射波长，扫描激发波
长而获得的荧光强度(F)—激发波长(λex)的关系
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㈡荧光效率
荧光效率也称荧光量子效率，是发射荧光的分子数与 总的激发态分子数之比。也可定义为物质吸光后发射的 荧光的光子数与吸收的激发光的光子数之比。
f
发 射 荧 光 的 光 子 数 吸 收 激 发 光 的 光 子 数
荧光的去激发过程：
①发射荧光返回基态(强的荧光物）
②无辐射跃迁回到基态(低荧光物质)
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⑹磷光发射 激发态分子经过系间跨越到达激发三重态
后，并迅速的以振动弛豫到达第一激发三重态 (T1)的最低振动能级上，第一激发三重态分子 经发射光子返回基态。此过程称为磷光。
磷光发射是不同多重态之间的跃迁(T1→ S0) 属于“禁阻”跃迁，因此磷光的寿命比荧光要长 的多，约为10-3s～10s。所以，将激发光从磷 光样品移走后，还常可观察到发光现象，而荧 光发射却观察不到该现象。
内转换发生的时间约为10-12s。 内转换过程同样也发生在激发三重态的电子能 级间。
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由于振动弛豫和内转换过程极为迅速( 10-12s), 因此，激发后的分子很快回到第一激发单重态S1 的最低振动能级。所以高于第一激发态的荧光发 射十分少见。
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⑶荧光发射 当分子处于第一激发单重态S1的最低振动能
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荧光效率与荧光发射过程的速率及无辐射过程的
速率有关。
f
Kf
Kf
Ki
式中，Kf是荧光发射过程速率常数，∑Ki是系间
跨越和外转换等有关无辐射跃迁过程的速率常数总
和。其中Kf主要取决于分子的化学结构，而∑Ki主要
取决于化学环境。
化学环境能使体系的Kf升高、Ki降低，从而可使
在凝聚相体系中，被激发到激发态的分子通过 与溶剂分子的碰撞迅速以热的形式把多余的振动能 量传递给周围的分子，而自身返回该电子能级的最 低振动能级，这一过程称为振动弛豫。
振动弛豫过程发生大约为10-12s。
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⑵内部能量转换
当S2的较低振动能级与S1的较高振动能级的 能量相当或重叠时，分子有可能从S2的振动能级 以无辐射方式过渡到S1的能量相等的振动能级上 该过程为内部能量转换。
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若t = τf , 此时Ft =（1/e）F0，则上式为：
F0/eF0eKf
则K= 1/τf，将其带入 Ft F0eKt
则得： ln F 0 t
以 ln
F0 Ft
Ft f
对t 作图，直线斜率即为： 1/τf ,
由此计算荧光寿命。利用分子荧光寿命的差
别，可以进行荧光混合物的分析。
级时，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。
荧光发射过程约为10-8s. ⑷外部能量转换
激发态分子与溶剂和其它溶质分子间的相 互作用及能量转换等过程称为外部能量转换。
外转换过程是荧光或磷光的竞争过程，因该 过程发光强度减弱或消失，该现象称为“猝灭”或 “熄灭”。
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二、荧光寿命和荧光效率
荧光寿命和荧光效率是荧光物质的重要发光参数 ㈠荧光寿命
荧光寿命是当除去激发光源后，分子的荧光 强度降低到最大荧光强度的1/e所需的时间，常 用 τf 表示。
当荧光物质受到一个极其短暂的光脉冲激发 后，荧光强度的变化可用下列公式表示：
Ft F0eKt
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⑸体系间跨越 系间跃迁是不同多重态之间的一种无辐射跃迁
该过程是激发态电子改变其自旋态，是分子的多 重性发生变化的结果。
当两种能态的振动能级重叠时，这种跃迁的几 率增大。
S1→T1即是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”跃迁。
3
2 S2 1
0
3 2 1 S1 0
2
1 0
T2
4
3
2
1 T1 0
3
2
1
S0
0
λ1 吸收
λ2 λ3 吸收 荧光
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λ4 磷光
⒉分子的去激发过程
分子被激发到较高的能级后不稳定，将以不同 途径释放多余的能量回到基态，该过程为分子的去 激发过程。去激发包括下面几个可能的途径。 ⑴振动弛豫
第十一章 荧光分析法
分析化学第十一章荧光分析法
本章基本要求：
⒈理解分子荧光的基本原理； ⒉理解分子荧光激发光谱、发射光谱的含义； ⒊掌握分子荧光发射光谱的特征； ⒋了解荧光光谱仪的组成及部分作用； ⒌掌握荧光分析法的主要应用范围。
分析化学第十一章荧光分析法
第一节荧光分析法的基本原理
一、分子荧光
㈠分子荧光的产生 分子吸收电磁辐射后处于激发态，激发态分子经
历碰撞及发射的去激发过程。 一般用Jablonski能级图来定性描述分子吸收和
发射过程。 ⒈分子的电子能级与激发过程
物质的分子体系中存在着电子能级、振动能级和 转动能级。由于一般的光谱仪器分辨不出转动能 量，因而Jablonski能级图中未画出转动能级。
分析化学第十一章荧光分析法
若分子的电子数是偶数，则分子中电子净的 自旋之和为S=0，即基态分子的电子是自旋成对 的。