第八章分子荧光光谱法320。
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M=2S+1 3
单重态: 所有电子自旋都配对的分子的电子状态。大多数有机
物分子的基态是单重态。当基态一对电子中的一个被激发 到较高能级，其自旋方向没有改变，分子仍处于单重态。 三重态:
有两个电子的自旋不配对而平行的状态。激发三重态 能量较激发单重态低。
激发态分子的失活: 激发态分子不稳定，要以辐射或无 辐射跃迁的方式回到基态。
S2
S1
Ground State Electrons
Intersystem Crossing
T1
2. 荧光\磷光寿命及量子产率
发光寿命及量子产率是两个重要的参数. 1) 荧光(磷光)寿命
分子在激发态的平均时间或者说处于激发态的分子数目衰 减到原来的1/2所经历的时间。
处于S1(T1)电子态的荧光体平均寿命()可以表示为：
除极少数例外，通常在发生辐射跃迁之前便发 生了非辐射跃迁而回到S1态，不论开始处于哪个激 发S态，最后到达S1最低振动能级。所以荧光是来 自S1态的最低振动能级的辐射跃迁。
去吸 振活收动化驰演豫示
e
e
e
e
01:29:13
去内 产活转生化换荧演光示
e
S2
e
e
S1
S0
01:29:13
Phosphorescence
斯托克斯荧光(Stokes)： λex<λem
反斯托克斯荧光 (Antistokes) λex>λem
共振荧光(Resonance)：
λex=λem
8.1.2 分子发光分析法的特点
基于化合物的荧光/磷光测量而建立起来的分析方法称为分 子荧光/磷光光谱法。 ★灵敏度高, 比吸收光谱法低1~3个数量级； ★试样量小, 线性范围宽； ★选择性比吸收光谱法好，因为能产生紫外可见吸收的分子不 一定发射荧光或磷光； ★应用范围不如吸收光谱法广; ★ 在传感器, 生物医药和环境科学等方面的研究具有优越性。
Quinine Solution
1852年，Stokes在用分光光度计考察奎宁和叶绿素的荧 光时，观察到其荧光波长比入射光波长稍长些，判断这种现 象是物质在吸收光能后重新发射不同波长的光，从而导入了 荧光是光发射的概念，他还由发荧光的矿石“萤石” 而提出 “荧光”这一术语。
George Gabriel Stokes （1819-1903）
F(P)
1
n
kF(P) ki
i1
KF（P）是荧光/磷光发射过程的速率常数 Ki 是非辐射跃迁的速率常数
Inorganic compounds lanthanide ions (Eu3+, Tb3+), doped glasses (e.g. with Nd,
Mn, Ce , Sn, Cu, Ag), crystals (ZnS, CdS, ZnSe, GaS…), etc.
Organometallic compounds
第八章 分子发光分析法
Molecular luminescence spectroscopy
概论 分子荧光和磷光光谱分析法 化学发光wk.baidu.com析法
8.1 概论
1575年西班牙内科医生和植物学家N.Monardes，提到贮 存在由菲律宾紫檀木“Lignum Nephriticum”制成的杯中 的水，呈现了极为可爱的天蓝色。
1858 E. Becquerel 第一次发现磷光。
1867年，Goppelsroder进行了荧光的首次应用分析，应 用铝—桑色素配合物的荧光进行铝的测定。
19世纪以前，荧光的观察是靠肉眼进行的，直到1928年， 才由Jette和West设计了第一台荧光计。
Fluorophore Samples
荧光灯管-电激发发光
3-Br-Carbazole 磷光
荧光棒-化学反应发光
水母-生物发光
8.1.1 分子发光的类型
按激发的模式分类： 分子发光
光致发光Photoluminescence 化学发光/生物发光 热致发光 场致发光 摩擦发光
按分子激发态的类型分类：分子发光
荧光 磷光
瞬时荧光 迟滞荧光
按光子能量分类：荧光
无辐射跃迁过程：
☆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，10-14 ～ 10-12s内完成。 ☆内转换：电子在相同多重态的两个能级间，由高能级回到低 能级的过程。 ☆系间窜越：不同多重态间进行的跃迁, 激发态分子的电子自旋 发生倒转: S1→T1。在10-2～10-6s内完成。
8.2 分子荧光和磷光光谱分析法
8.2.1 基本原理 1 荧光和磷光的产生
激发后分子的多重性可能改变( S/T两态).
1
n2S 1LJ
1
2
2
1
1
2
2
1 2
1 2
Ground singlet state
Excited state
S=1 2 1 2 0
2S+1=1
S泡=利1 不2相 容1 原2理1
辐射跃迁:
荧光Fluorescence： 受光激发的分子从S1的最低振动能级回到基态S0 所发出的辐射。寿命10-8 ~10-10s，是相同多重态之间的 跃迁，跃迁几率、速度较大，速率常数kf为106~109s-1。 磷光Phosphorescence： 从T1态的最低振动能级回到基态S0所发出的辐射。 由于磷光的产生伴随自旋多重态的改变，辐射几率、 速度远小于荧光，寿命长（10-4 ~10s）, 能量更低！
Many materials emits fluorescence
Liquids, solids, gas
Organic compounds
aromatic hydrocarbons (anthracene, perylene,naphthalene…), fluorescein, rhodamines, aminoacids(tryptophan, tyrosine…), etc.
First observed from quinine by Sir John Frederick William Herschel in 1845, blue fluorescence @450nm.
Yellow glass of wine Em filter > 400nm
Blue glass Filter <400nm
单重态: 所有电子自旋都配对的分子的电子状态。大多数有机
物分子的基态是单重态。当基态一对电子中的一个被激发 到较高能级，其自旋方向没有改变，分子仍处于单重态。 三重态:
有两个电子的自旋不配对而平行的状态。激发三重态 能量较激发单重态低。
激发态分子的失活: 激发态分子不稳定，要以辐射或无 辐射跃迁的方式回到基态。
S2
S1
Ground State Electrons
Intersystem Crossing
T1
2. 荧光\磷光寿命及量子产率
发光寿命及量子产率是两个重要的参数. 1) 荧光(磷光)寿命
分子在激发态的平均时间或者说处于激发态的分子数目衰 减到原来的1/2所经历的时间。
处于S1(T1)电子态的荧光体平均寿命()可以表示为：
除极少数例外，通常在发生辐射跃迁之前便发 生了非辐射跃迁而回到S1态，不论开始处于哪个激 发S态，最后到达S1最低振动能级。所以荧光是来 自S1态的最低振动能级的辐射跃迁。
去吸 振活收动化驰演豫示
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01:29:13
去内 产活转生化换荧演光示
e
S2
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S1
S0
01:29:13
Phosphorescence
斯托克斯荧光(Stokes)： λex<λem
反斯托克斯荧光 (Antistokes) λex>λem
共振荧光(Resonance)：
λex=λem
8.1.2 分子发光分析法的特点
基于化合物的荧光/磷光测量而建立起来的分析方法称为分 子荧光/磷光光谱法。 ★灵敏度高, 比吸收光谱法低1~3个数量级； ★试样量小, 线性范围宽； ★选择性比吸收光谱法好，因为能产生紫外可见吸收的分子不 一定发射荧光或磷光； ★应用范围不如吸收光谱法广; ★ 在传感器, 生物医药和环境科学等方面的研究具有优越性。
Quinine Solution
1852年，Stokes在用分光光度计考察奎宁和叶绿素的荧 光时，观察到其荧光波长比入射光波长稍长些，判断这种现 象是物质在吸收光能后重新发射不同波长的光，从而导入了 荧光是光发射的概念，他还由发荧光的矿石“萤石” 而提出 “荧光”这一术语。
George Gabriel Stokes （1819-1903）
F(P)
1
n
kF(P) ki
i1
KF（P）是荧光/磷光发射过程的速率常数 Ki 是非辐射跃迁的速率常数
Inorganic compounds lanthanide ions (Eu3+, Tb3+), doped glasses (e.g. with Nd,
Mn, Ce , Sn, Cu, Ag), crystals (ZnS, CdS, ZnSe, GaS…), etc.
Organometallic compounds
第八章 分子发光分析法
Molecular luminescence spectroscopy
概论 分子荧光和磷光光谱分析法 化学发光wk.baidu.com析法
8.1 概论
1575年西班牙内科医生和植物学家N.Monardes，提到贮 存在由菲律宾紫檀木“Lignum Nephriticum”制成的杯中 的水，呈现了极为可爱的天蓝色。
1858 E. Becquerel 第一次发现磷光。
1867年，Goppelsroder进行了荧光的首次应用分析，应 用铝—桑色素配合物的荧光进行铝的测定。
19世纪以前，荧光的观察是靠肉眼进行的，直到1928年， 才由Jette和West设计了第一台荧光计。
Fluorophore Samples
荧光灯管-电激发发光
3-Br-Carbazole 磷光
荧光棒-化学反应发光
水母-生物发光
8.1.1 分子发光的类型
按激发的模式分类： 分子发光
光致发光Photoluminescence 化学发光/生物发光 热致发光 场致发光 摩擦发光
按分子激发态的类型分类：分子发光
荧光 磷光
瞬时荧光 迟滞荧光
按光子能量分类：荧光
无辐射跃迁过程：
☆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，10-14 ～ 10-12s内完成。 ☆内转换：电子在相同多重态的两个能级间，由高能级回到低 能级的过程。 ☆系间窜越：不同多重态间进行的跃迁, 激发态分子的电子自旋 发生倒转: S1→T1。在10-2～10-6s内完成。
8.2 分子荧光和磷光光谱分析法
8.2.1 基本原理 1 荧光和磷光的产生
激发后分子的多重性可能改变( S/T两态).
1
n2S 1LJ
1
2
2
1
1
2
2
1 2
1 2
Ground singlet state
Excited state
S=1 2 1 2 0
2S+1=1
S泡=利1 不2相 容1 原2理1
辐射跃迁:
荧光Fluorescence： 受光激发的分子从S1的最低振动能级回到基态S0 所发出的辐射。寿命10-8 ~10-10s，是相同多重态之间的 跃迁，跃迁几率、速度较大，速率常数kf为106~109s-1。 磷光Phosphorescence： 从T1态的最低振动能级回到基态S0所发出的辐射。 由于磷光的产生伴随自旋多重态的改变，辐射几率、 速度远小于荧光，寿命长（10-4 ~10s）, 能量更低！
Many materials emits fluorescence
Liquids, solids, gas
Organic compounds
aromatic hydrocarbons (anthracene, perylene,naphthalene…), fluorescein, rhodamines, aminoacids(tryptophan, tyrosine…), etc.
First observed from quinine by Sir John Frederick William Herschel in 1845, blue fluorescence @450nm.
Yellow glass of wine Em filter > 400nm
Blue glass Filter <400nm