仪器分析分子发光分析法优秀 课件
§ 5- 1 分子发光分析法及其分类
• 分子发光分析法
较高激发态
吸收能量 受激
退激 光辐射
基态
分子在退激过程中以光辐射形式释放能量
• 根据分子受激时所吸收能源及辐射光的机理 不同分为以下几类： 光致发光：以光能来激发而发光
荧光—荧光分析法
磷光—磷光分析法
化学发光：以化学反应能激发而发光—化学发
ISC T1
S0
S0
吸光 吸光 荧光
图5-1 分子荧光光谱产生过程示意图
（2）磷光
• S1 体系间窜跃(isc) T1 发光
S0 磷光
• 特点：
• 发光速度慢，约为 10-4 ~ 10s，
• 光照停止后，磷光仍可持续一段时间
磷光的波长更长 磷 > 荧> 激 * 易产生荧光 n * 易产生磷光
温度对磷光影响更大
3. pH的影响
• 大多数含有酸性或碱性基团的芳香族化合物 的荧光性质受溶液pH的影响很大
• 共轭酸碱对是具有不同荧光性质的两种型体， 具有各自的荧光效率和荧光波长
例： 苯酚
_
OH
O
_
OH
H+
离子化后， 荧光消失
pH≈1有 荧光
pH≈13 无荧光
• 但两个苯环相连的化合物，又表现出相反的性质， 分子形式无荧光，离子化后显荧光
• 振动驰豫(VR)—同一电子能级中，从较高振动能 级到较低振动能级的过程
• 内部转换(IC)—相同的多重态之间的转换 S-S • 系间窜跃(ISC)—不同的多重态之间的转换S-T
发生系间窜跃电子需转向，S1—T1间进行，比内 部转换困难
VR S2
IC VR
S1
VR：振动驰豫 IC：内部转换 ISC：系间窜跃
•分析上有应用价值的荧光化合物的荧光 效率大于0.1。
（二）荧光磷光与有机化合物结构的 关系
• 至今对激发态分子的性质了解不深，无法定 量地描述荧光与分子结构之间的关系
• 物质只有吸收了紫外可见光，产生 *、 n *跃迁，产生荧光
• *与n *跃迁相比，摩尔吸收系数 大102~103，寿命短
（3）影响不明显的取代基
-NH3+、-R、- SO3H等
三、环境对荧光、磷光的影响
1. 溶剂的影响
不同的溶剂中可能表现出不同的荧光性质 溶剂的极性增强，荧光波长红移，强度增大
2. 温度的影响——低温下测定，提高灵敏度
因为辐射跃迁的速率基本不随温度变; 非辐射跃 迁随温度升高显著增大。
荧光效率会随溶液温度升高下降，强度减弱。
§ 5- 2 荧光和磷光光谱法
一、荧光和磷光光谱的产生
• 基态分子光照后，价电子跃迁产生荧光和磷光
基态分子 光照激发
价电子跃迁到激发态
去激发光 * * n
基态
1. 电子自旋状态的多重性
• 分子中的电子数及自旋方向
第一激发单重态 S1
基态单重态 S0 S0, S1, S2, S3分别代表基态、第一、 二、 三激发单重态 单重态分子具有抗磁性，激发态的平均寿命约为10-8
• -OH、-OR、-NH2、-NHR、-NR2等给电子 基团
• 由于基团的 n 电子（孤对电子）的电子云 与苯环上的 轨道平行，共享了共轭 电 子，扩大了共轭体系，使荧光波长长移，荧 光强度增强
COOR 、-NO、-SH 吸电子 基团, 使荧光波长短移，荧光强度减弱 • 芳环上被F、Cl、Br、I 取代后，使系间窜跃加强， 磷光增强，荧光减弱。磷光相应增强，这种效应 为重原子效应。
光分析法
热致发光 、生物发光、电致发光
荧 光
激发光谱和荧光光谱
强
度
I
λex,max
λfl,max
300
400
500
硫酸奎宁的两个光谱
λ 波长（nm)
硒 油类 石油烃
荧光分光光度法 GB17378.5-1998(13.1) 沉积物 荧光分光光度法 GB17378.5-1998(14.1)
荧光分光光度法 GB17378.6-1998(14.1)
• *跃迁常产生较强的荧光， n *跃 迁产生的荧光弱，但可产生系间窜跃，产 生更强的磷光
1. 共轭体系——有较强的荧光
• 具有共轭体系的芳环或杂环化合物, 电子共轭程度越大，越易产生荧光; 环 越多，共轭程度越大, 产生荧光波长越 长，发射的荧光强度越强
f
ex /nm
em /nm
苯
0.11
-o
o
o
-o
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
coo -
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
例 1，2 - 二苯乙烯
H
H
C=C
H C=C H
顺式：非平面构型 非荧光体
反式：平面构型 强荧光体
（三）取代基的类型
• （1）增强荧光的取代基
ISC T1
S0
S0
吸光 吸光
3.辐射去激—荧光和磷光产生
• S1或T1 发光 S0 这种过程叫辐射去激
(1) 荧光：
从S1的最低振动能级回到S0各振动能级所产 生的光辐射叫荧光
特点： • 产生速度快，10-9~10-6s； • 依赖于外部光源 • 荧>激
VR S2
IC VR
S1
VR：振动驰豫 IC：内部转换 ISC：系间窜跃
205
278
萘
0.29
286
310
蒽
0.46
365
400
线状环结构比非线状
菲
结构的荧光波长长
350
• 多环芳烃是重要的环境污染物，可 用荧光法测定 • 3,4 - 苯并芘是强致癌物
ex = 386 nm em = 430 nm
2. 刚性平面结构—较稳定的平面结构
• 具有强荧光的分子多数有刚性平面结构
第一激发三重态 T1 基态单重态 S0
自旋平行
T1、T2、T3分别表示第一、二、三激发三重态
由基态单重态→激发三重态，净自旋 0。这 种跃迁为禁阻跃迁
三重态分子具有顺磁性，激发态的平均寿命 约为10-4 ~ 1S
2. 无辐射去激
外部转移—激发态分子与溶剂分子或溶质分子的 相互作用产生能量转移，荧光或磷光减弱或消失
VR S2
IC VR
S1
VR：振动驰豫 IC：内部转换 ISC：系间窜跃
ISC VR T1
S0
S0
吸光 吸光 荧光
磷光
图5-1 分子荧光、磷光光谱产生过程示意图
二、荧光、磷光与分子结构的关系
（一）荧光效率
• 荧光强度常用荧光量子效率φf 来描述
荧光量子效率
发荧光的分子数
f = 激发态分子总数
f 是一个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。