S0
l20120/6/12
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l3
l 2 l 2 分子荧光和磷光发射过程
2.1.1.1 荧光及其产生
B 分子去激发过程及荧光的产生 电子处于激发态是不稳定状态，返回基态时，
通过辐射跃迁(发光)和非辐射跃迁(热)等方式失去能
量。
传递途径
辐射跃迁
非辐射跃迁
荧光 延迟荧光 磷光
系间跨越 内转换 外转换 振动弛豫
三重态（M=3）：分子中的电子对的电子自旋 平行的电子态称为三重态，用“T”表示。
M = 2S + 1
M自旋多重度 S总自旋量子数
S2 > T2 > S1 > T1 > S0
(洪特规则)
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内转换
振动弛豫 内转换
S2
系间跨越
S1
T2
能 量
吸 收
发
射
外转换
荧
光
T1
发 射 磷 振动弛豫 光
（2）. 磷光发射：电子由第一激发三重态的最低振 动能级→基态各振动能级。发光时间：10-4～10s 。
S2 S1 T1
hv
S0 e
hv′
S0 →激发态→振动弛豫→内转换→系间跨越→振动弛豫→ T1 → S0
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2.1.1.2 荧光激发光谱曲线和发射光谱曲线 1、荧光激发光谱
固定荧光测量波长， 改变激发光的波长，
M* + Q → M + Q + 热量
K f Ki
i
各种非辐射跃迁过程的速 率常数之和。取决于分子 所处的化学环境，同时也 与化学结构有关。
荧光发射过程的 速率常数，取决
于分子结构。
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2.1.1.4 猝灭
荧光分子与其他分子相互作用引起荧光强度 降低甚至荧光消失的现象为荧光猝灭，又称荧光 熄灭。
（1）、 碰撞猝灭---动态猝灭
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2.1.1 荧光分析法基本概念
2.1.1.1 荧光及其产生
A 分子的激发态————分子激发态和三线激发态
基态： 在正常状态下，分子处于最低能级的分子轨
道上称为基态。是分子的稳定状态。
激发态： 基态分子吸收能量后，价层电子跃迁到高能
级的分子轨道上称为电子激发态 。是分子的亚稳 定状态。
外转换使荧光或磷光减弱或“猝灭”。
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2.1.1.1 荧光及其产生
2、辐射跃迁
（1）. 荧光发射：电子由第一激发单重态的最低振动 能级→基态各振动能级，发射时间约为10-7～10-9 s 。
发射荧光的能量比分子吸收的能量小，波长长。
S2
S1
T1
hv
S0 e
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hv′
2.1.1.1 荧光及其产生
电能 化学能 光能
生物活性参 与化学发光
电致发光 化学发光 光致发光 生物发光
荧光 磷光
分子发光：
M + 能量
光致发光：
M + hv
M*
M + hv
M*
M + hv'
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光
2.1 荧光分析法
2.1.1 荧光分析法基本概念 2.1.2 荧光强度及影响因素 2.1.3 仪器装置 2.1.4 定量分析方法 2.1.5 荧光分析测定方法、特点和应用
固定激发光波长和 强度，记录在不同波 长λem下所发射的荧光 强度所得关系曲线即 不同波长下荧光强度 的分布。
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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发射光谱的形状与激发波长无关。
2.1.1.2 荧光激发光谱曲线和发射光谱曲线
荧光发射光谱与吸收光谱成镜像关系
3 2
S1
1
0
3 2
S0
1
0
吸收光谱的形状表明了分子第一激发单重态的振动 能级；发射光谱表明分子基态的振动能级结构。 基态与激发态两者的振动能级结构相似，激发与去 激发组成相反的两个过程。
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2.1.1.3 荧光效率 分子产生荧光必须具备的条件
1. 具有合适的结构：通常是含有苯环和稠环的刚 性结构的有机分子； 2. 具有一定的荧光量子产率。
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2.1.1.1 荧光及其产生
电子自旋多重度
电子从基态跃迁到激发态，分子中的电子可 以处在不同的自旋状态,常用电子自旋多重度来 描述。
M = 2S + 1
S是电子的总自旋量子数，各电子自旋量子数的代数和。
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2.1.1.1 荧光及其产生
单重态（M=1）：电子自旋都配对的分子的电 子态称为单重态，用“S”表示。
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五颜六色雨后路面上水珠油膜呈现
Stokes 用分光计观察到： 荧光的波长比入射光的波长稍微长些
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分子发光：
基态分子吸收能量(电能、热能、化学能或光能等)，电子由 基态跃迁到激发态，当电子由激发态返回基态时，以发射电磁 辐射(即光)的形式释放能量。
分子 +
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荧光发射光谱 荧光激发光谱
磷光光谱
测 量 不 同 波 长 λex 激 发 光照射下荧光强度的
变化，记录荧光强度F
与激发光波长的关系
曲线。
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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2.1.1.2 荧光激发光谱曲线和发射光谱曲线
2、荧光发射光谱
返回速度快的途径，发生几率大!
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2.1.1.1 荧光及其产生
1、非辐射跃迁
（1）. 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。发生 振动时间10 -11~ 10 -13 s。
S2
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hv
S0
e
2.1.1.1 荧光及其产生
（2）. 内转换：相同多重度的电子能级中, 相等能级 间的非辐射能级交换。发生内转换的时间10-12 s。
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2.1.1.3 荧光效率
荧光量子产率（Φ）： 衡量荧光物质发光能力。 它表示激发分子发射出荧光(或磷光) 的比例。
发射荧光的分子数
Φ=
激发分子总数
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2.1.1.3 荧光效率
荧光量子产率与激发态能量释放各过程的速
率常数有关，可用各过程的速率常数来表示荧光
量子产率：
Kf
S2 S1
hv
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S0 e
2.1.1.1 荧光及其产生
（3）. 系间跨越：不同多重态在有重叠的转动能级 间的非辐射跃迁。电子自旋改变，跃迁禁阻，通过自 旋-轨道耦合等跃迁。
S2 S1 T1
hv
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S0 e
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2.1.1.1 荧光及其产生
（4）. 外转换：激发态分子与溶剂或其他分 子之间产生相互作用而损失能量回到基态的非 辐射跃迁。