九 分子发光－荧光、磷光和化学发光
基于价电子的跃迁
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9.1 荧光和磷光光谱法
1 荧光和磷光的产生
内转换
振动弛豫 内转换
S2
系间跨越
S1
能
量
发
吸
射
收
荧
光
S0
l1
l 2 l 2
外转换
l3
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T1 T2
发 射 磷 振动弛豫 光
2
辐射跃迁 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；
NO2* → NO2 + h
氧原子与SO2、NO、CO的发光反应
SO2 + O + O → SO2* + O2 SO2 * → SO2* + h
火焰中的化学发光反应 一氧化氮 NO + H → HNO* HNO * → HNO + h 挥发性硫化物 SO2+2H2 → S + 2H2O S + S →S2 * S2 * → S2 +
光源：高压汞灯、氙灯或染料激 光器 检测器：光电倍增管灯
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7. 荧光光谱法的特点
（1）灵敏度高 （2）选择性强
既可依据特征发射光谱，又可根据特征吸收光谱； （3）试样量少
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9.2 化学发光
1 基本原理
化学发光反应
在化学反应过程中，某些化合物接受能量而被激发，从激发态返回基态时， 发射出一定波长的光。
的荧光发生变化 2) 温度的影响
荧光强度对温度变化敏感，温度增加，外转换去活的几率增加 3) 溶液pH
对酸碱化合物，溶液pH的影响较大，需要严格控制 4) 荧光的猝灭
碰撞猝灭： M* ＋ Q → M ＋ Q ＋ 热（猝灭） 能量转移 M* ＋ Q → M ＋ Q* （猝灭） 氧的熄灭 自猝灭与自吸收
（4）取代基效应：芳环上有 供电基，使荧光增强。
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无机化合物－金属鳌合物
鳌合物中配体发光：鳌合后使配体具有刚性平面结构
鳌合物中金属离子发光：配体接受能量后传递给金属，产生d → d*, f → f* 跃迁，发射荧光
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3 影响荧光强度的因素
1) 溶剂的影响 除一般溶剂效应外，溶剂的极性、氢键、配位键的形成都将使化合物
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5.激发光谱与荧光（磷光）光谱
荧光发射光谱 荧光激发光谱
磷光光谱
200 260 320 380 440 500 560 620
室温下菲的乙醇溶液荧（磷）光光谱
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6. 荧光（磷光）光谱仪
由四个部分组成：光源、样品池、双单色器系统、检测器。 特殊点：有两个单色器，光源与检测器通常成直角。
非辐射跃迁 振动弛豫：同一电子能级内以热能量交换形式由高振动能级至低相邻振
动能级间的跃迁。 内转换：同多重度电子能级中,等能级间的无辐射能级交换。 外转换：激发分子与溶剂或其他分子之间产生相互作用而转移能量的非辐
射跃迁； 外转换使荧光或磷光减弱或“猝灭”。 系间跨越：不同多重态,有重叠的转动能级间的非辐射跃迁。
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十 红外吸收光谱法
利用物质对红外光区电磁辐射的选择性吸收的 特性来进行结构分析、定性和定量的分析方法
分子中基团的振动和转动能级跃迁产生：振-转光谱
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10.1 基本原理
1 红外光的区划
近红外区：0.76~2.5μm 低能电子跃迁，－OH和－NH倍频吸收区 中红外区：2.5~25μm 振动、伴随转动光谱 远红外区：25~1000μm 纯转动光谱
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2 分子的振动
双原子分子的简谐振动
分子的振动能级（量子化）： E振=（V+1/2）h
V ：化学键的振动频率 ：振动量子数
E h h k 2
1 1 k 1307 k
h
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（2）液相中的化学发光反应
常用发光试剂：鲁米诺（3-氨基苯二甲酰肼），光泽精，过氧草酸盐
鲁米诺在碱性溶液中与双氧水的反应过程：
该发光反应速度慢，某些金属离子可催化反应；利用这一现象可测 定这些金属离子，也可用于有H2O2参与的化学反应
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3 化学发光的特点
1. 灵敏度极高
例：荧光素酶和磷酸三腺甙(ATP)的化学发光分析，可测定210-17 mol/L的ATP ，即可检测出一个细菌中的ATP含量
2. 仪器设备简单
不需要光源、单色器和背景校正；
3. 发射光强度测量无干扰
无背景光、散射光等干扰；
4. 线性范围宽 5. 分析速度快 缺点：可供发光用的试剂少；发光反应效率低（大大低于生物体中的发光 ）；机理研究少。
A +B = C + D* D* → D + h
（1）能够发光的化合物大多为有机化合物，芳香族化合物 （2）化学发光反应多为氧化还原反应，激发能与反应能相当 （3）发光持续时间较长，反应持续进行
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化学发光效率
发射光子的分子数
cl 参 加 反 应 的 分子 ce数e m
化学效率： 发光效率：
激发态分子数
ce 参加反应分子数 产生光子数
em 激发态分子数
时刻t 的化学发光强度(单位时间发射的光量子数)：
Iclt
cl
dc dt
= Kc
—定量分析依据
dc/dt 分析物参加反应的速率；
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2 化学发光反应的类型
（1）气相化学发光反应
O3的发光反应
一氧化氮与O3的发光反应
NO + O3 → NO2*
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4.荧光强度与浓度关系－定量依据
荧光强度 If正比于吸收的光强Ia和荧光量子效率 ： If = Ia
由朗-比耳定律： Ia = I0(1-10- l c ) If = I0(1-10- l c ) = I0(1-e-2.3 l c )
浓度很低时，将括号项近似处理后： If = 2.303 I0 l c = Kc
改变电子自旋，禁阻跃迁，通过自旋—轨道耦合进行。
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2 荧光与分子结构的关系
荧光量子产率（）：
发射的光量子数
吸收的光量子数
荧光量子产率与激发态能量释放各过程的速率常数有关，如外转换 过程(猝灭)速度快，不出现荧光发射
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化合物结构与荧光的关系
有机化合物
（1）跃迁类型：* → 的荧光效率高，系间跨越过程的速率常数小 （2）共轭效应：提高共轭度有利于增加荧光效率并产生红移 （3）刚性平面结构：可降低分子振动，减少与溶剂的相互作用，故具有 很强的荧光。如荧光素和酚酞有相似结构，荧光素有很强的荧光，酚酞却 没有。