2)内转换( Internal Conversion，IC ) 对于具有相同多重度的分子，若较高电子能级的低振
动能层与较低电子能级的高振动能层相重叠时，则电子可 在重叠的能层之间通过振动耦合产生无辐射跃迁，如S2S1；T2-T1。
3)荧光发射 处于第一激发单重态最低振动能层中的电子跃 迁至
基态各振动能级时，将得到最大波长为λ3的荧光。注意：
第五章 分子发光分析法
(Molecular Luminescence Analysis)
要求
• 分子荧光是如何产生的？ • 具有哪种结构的分子可能具有较强的荧光？ • 荧光光谱仪与紫外-可见光谱仪有何不同？
分子发光：处于基态的分子吸收能量(电、热、化学 和光能等)被激发至激发态，然后从不稳定的激发态返回 至基态并发射出光子，此种现象称为发光。
干扰测量的因素较多。目前在生命科学中的应用使该方 法越来越重要。
二、基本原理
(一) 分子荧光的产生
单重态与三重态
单重态与三重态
Pauli不相容原理：分子中同一轨道所占据的两个电子必须具有相 反的自旋方向，即自旋配对。
单重态: 如果分子中全部轨道里的电子都是自旋配对的， 大多数有机物分子的基态是处于单重态的。
3)激发光谱与发射光谱的关系 a 波长比较
与激发(或吸收)波长相比，荧光发射波长更长，即产 生所谓Stokes位移。(振动弛豫失活所致)
b 形状比较 荧光光谱形状与激发波长无关。不管激发波长如何，
电子都是从第一电子激发态的最低振动能层跃迁到基态的 各个振动能层。
c 镜像对称 通常荧光光谱与吸收光谱呈镜像对称关系。
去活化过程返回至基态。这些过程包括：
传递途径
辐射跃迁
无辐射跃迁
荧光 延迟荧光 磷光
系间跨越 内转换 外转换 振动弛豫
1)振动弛豫(Vibrational Relaxation, VR) 在液相或压力足够高的气相中，处于激发态的分子
因碰撞将能量以热的形式传递给周围的分子，从而从高振 动能层失活至低振动能层的过程，称为振动弛豫。
激发的单重态：分子吸收能量后，若电子在跃迁过程中不发生自旋 方向的变化，这时分子处于激发的单重态. 单重态分子具有抗磁性，其激发态的平均寿命大约为10-8s
三重态：如果电子在跃迁过程中还伴随着自旋方向的改变， 这时分
子便具有两个自旋不配对的电子，即s=1，分子的多重度，M=3，
分子处于激发的三重态。
第一节 荧光分析法 一、概述
分子荧光分析法是根据物质的分子荧光光谱进行定性， 以荧光强度进行定量的一种分析方法。
荧光分析的特点：
灵敏度高：视不同物质，检测下限在0.10.001g/mL之 间。比UV-Vis的灵敏度高得多。
选择性好：可同时用激发光谱和荧光发射光谱定性。 试样消耗量小、方法简便： 结构信息量多：包括物质激发光谱、发射光谱、光强、 荧光量子效率、荧光寿命等。 应用不广泛：主要是因为能发荧光的物质不具普遍性、 增强荧光的方法有限、外界环境对荧光量子效率影响大、
第二电子激发态S2 第一电子激发态S1
基态S0
2
1
V=0
第二电子激发态S2 第一电子激发态S1
基态S0
T2 三重态
T1
2
1
V=0
内转换
振动弛豫 内转换
S2
系间跨越
S1
能
T1 T2
量
吸 收
发
射
外振动弛豫 光
S0
l3
l1
l 2 l 2
（二） 去活化过程(Deactivation) 处于激发态分子不稳定，通过辐射或非辐射跃迁等
5)外转换(External Conversion，EC) 受激分子与溶剂或其它溶质分子相互作用发生能量转
换而使荧光或磷光强度减弱甚至消失的过程，也称“熄灭” 或“猝灭”。
6）磷光发射 从单重态到三重态分子间发生系间跨越跃迁后，
经振动弛豫回到三重态最低振动能层，最后，在10-410s内跃迁到基态的各振动能层所产生的辐射。
S1 系间跨跃T1（高振动能层）振动弛豫T1（低振动能层）磷光发射S0
e
S2
去吸驰活收豫化演示
e
S1
S0
e
00:33:51
S0
e
去内荧活部光化转演换示
S2
e
S1
e e
S0
S0
00:33:51
吸收激发
内振 部动 转驰 换豫
S1最低
辐荧 射光
S0各振动能级
荧光的产生
e
S1
e
e
S0
e
第二电子激发态
基态中也有振动驰豫跃迁。很明显，λ3的波长较激发波长 λ1或λ2都长，而且不论电子开始被激发至什么高能级，最
终将只发射出波长为λ3的荧光。荧光的产生在10-7-10-9s内
完成。
4)系间窜跃 指不同多重态间的无辐射跃迁，例如S1→T1就是一
种系间窜跃。通常，发生系间窜跃时，电子由S1的较低振 动能级转移至T1的较高振动能级处。有时，通过热激发， 有可能发生T1→S1，然后由S1发生荧光。这是产生延迟荧 光的机理。
第一电子激发态 基态
三重态
荧光 磷光
内转换
振动弛豫 内转换
S2
系间跨越
S1
能
T1 T2
量
吸 收
发
射
外转换
荧
光
发 射 磷 振动弛豫 光
S0
l3
l1
l 2 l 2
(三)荧光激发光谱与发射光谱
任何荧(磷)光都具有两种特征光谱：激发光谱与发 射光谱。它们是荧(磷)光定性、定量分析的基础。 1)激发光谱
改变激发波长，测量在最强荧(磷)光发射波长处的 强度变化，以激发波长对荧光强度作图可得到激发光谱。 激发光谱形状与吸收光谱形状完全相似，经校正后二者 完全相同！这是因为分子吸收光能的过程就是分子的激 发过程。 激发光谱可用于鉴别荧光物质；在定量时，用于选择最 适宜的激发波长。
性 质：三重态分子具有顺磁性，激发态的平均寿命为10-4 ~ 1s以上。
表 示：T1、
T2…：第一激发三重态和第二激发三重态等。
洪特规则：处于分立轨道上的非成对电子， 平行自旋要比成 对自
旋更稳定，因此三重态能级能级<相应的单重态能级。
基态 ： S0 激发态： S1、S2… 振动能级：V=0，1，2，3…
2)发射光谱
发射光谱即荧光光谱。一定波长和强度的激发波长辐 照荧光物质，产生不同波长和强度的荧光，以荧光强度对 其波长作图可得荧光发射光谱。
由于不同物质具有不同的特征发射峰，因而使用荧光 发射光谱可用于鉴别荧光物质。
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