第四章荧光的猝灭

荧光的淬灭quench及常见原因荧光淬灭（quench）是指荧光产生的过程中，由于外界的影响，导致激发态分子的能级跃迁被提前，使得荧光的产生被阻止或减弱的现象。

荧光淬灭是荧光研究中非常重要且广泛存在的现象，其产生的原因有很多。

下面我将详细说明荧光淬灭的常见原因。

一、非辐射淬灭非辐射淬灭是指激发态分子从高能级跃迁到低能级时不发生荧光辐射而产生淬灭。

这种淬灭的原因可以是以下几种。

1. 光化学反应：光化学反应是指分子在激发态下与其他分子发生化学反应，导致激发态能级的跃迁，从而淬灭荧光。

光化学反应的典型例子是光解反应和光化学氧化反应。

2. 能量传递：在某些分子中，能量可以通过共振作用传递给其他分子，从而引起荧光淬灭。

通常情况下，能量传递是通过分子之间的碰撞来实现的。

能量传递的过程中，高能级的激发态分子将能量传递给低能级的分子，导致激发态分子的能级跃迁被提前，从而抑制荧光的发生。

3. 结构效应：某些分子的结构中存在强烈的内禀电场或离子对，这些结构会干扰分子的能级跃迁，使得激发态分子的能级跃迁被提前，从而引起荧光淬灭。

典型的例子是金属离子对荧光的淬灭作用。

二、自失活自失活是指激发态荧光分子在发光前与自身发生非辐射跃迁，因而淬灭了自己的荧光。

自失活可以分为两种类型：1. 内部转换：内部转换是指激发态分子内部电子的重新排布，使得激发态能级的能量被消耗掉，从而淬灭了荧光。

内部转换是由于分子内部振动、转动或电子的自由运动等激发态分子内部的各种相互作用引起的。

2. 共振能量转移：共振能量转移是指激发态分子与周围分子发生相互作用，能量通过共振作用传递给周围分子，从而引起激发态能级的跃迁而淬灭荧光。

共振能量转移通常是通过分子之间的碰撞来实现的。

三、环境因素环境因素也是引起荧光淬灭的重要原因之一。

常见的环境因素包括溶剂、温度和氧气等。

1. 溶剂效应：不同溶剂对荧光的淬灭效应是不同的。

有些溶剂能够影响分子的振动和转动的自由度，从而影响能级跃迁的发生。

荧光猝灭机理介绍•荧光猝灭是指某些物质在光激发后，荧光强度消失或减弱的现象。

•研究荧光猝灭机理对于理解光电转换和光谱分析等领域具有重要意义。

荧光猝灭机理的分类动态猝灭1.基态猝灭–分子间相互作用引起的基态猝灭称为静态猝灭。

–基态猝灭主要包括自相互作用和相异构体猝灭。

2.激发态猝灭–激发态猝灭是通过能量传递的方式，使得荧光能量被转移至另一个分子或物质中。

–激发态猝灭包括物质本身的激发态猝灭和引起分子间相互作用的激发态猝灭。

静态猝灭1.自相互作用–自相互作用主要包括分子内自猝灭和分子间相互作用导致的自猝灭。

–分子内自猝灭通常是由于分子结构的特殊性质引起的，如紧密堆积、光共振等。

–分子间相互作用导致的自猝灭可以是分子之间的电子能级重叠引发的，也可以是分子间的非辐射能量传递引起的。

2.相异构体猝灭–相异构体猝灭是指同一分子具有两种或多种不同的构象，其中一种构象具有荧光性质，而其他构象则不具有荧光性质。

–相异构体猝灭通常是由于构象间共振耦合引起的。

荧光猝灭机理的研究方法光谱法1.斯托克斯位移–斯托克斯位移是指荧光峰峰值位置与激发峰峰值位置之间的差值。

–通过观察斯托克斯位移的大小和变化，可以推测荧光猝灭机理。

2.荧光寿命–荧光寿命是指荧光消失的时间。

–荧光寿命的变化可以用来探索荧光猝灭的速率和机理。

热力学法1.溶剂效应–溶剂对荧光猝灭有显著影响。

–通过研究在不同溶剂中的荧光猝灭行为，可以了解溶剂效应对荧光猝灭机理的影响。

2.温度效应–温度对荧光猝灭有重要影响。

–通过改变温度，可以探索温度对荧光猝灭速率和机理的影响。

荧光猝灭应用领域1.生物医学领域–荧光猝灭技术在生物医学研究中有广泛应用，包括分子探针、荧光染料和荧光标记等方面。

–通过研究荧光猝灭机理，可以设计更高效的荧光探针，提高生物医学检测的准确性和灵敏度。

2.材料科学领域–荧光猝灭技术在材料科学中有重要的应用，如电子器件、能源材料等。

–研究荧光猝灭机理对于设计新型材料和提高材料性能具有重要意义。

荧光猝灭原理
荧光猝灭是指荧光物质在特定条件下失去发射荧光的现象。

荧光猝灭原理是由于外部物质的作用导致荧光分子的能量损失或转化，使荧光不能继续发射。

荧光分子在激发态时，处于高能量状态，能够发出辐射光。

然而，环境中存在一些物质，如氧气、金属离子或有机溶剂等，它们与荧光分子发生相互作用，导致荧光分子的激发态能量发生转移或散失。

一种常见的猝灭机制是能量转移猝灭。

当与荧光分子接触的物质具有较高的能级，且能与荧光分子之间发生能量转移时，荧光分子的激发态能量会被传递给这些物质，使其激发或发生非辐射衰减。

这使荧光分子失去发射荧光的能力。

另一种常见的猝灭机制是自由基猝灭。

自由基是一种具有未成对电子的化学物质，它们具有很强的氧化性和活性。

当自由基与荧光分子相互作用时，荧光分子的激发态电子可能被自由基捕获，从而导致荧光猝灭。

除了以上两种机制外，还有其他一些因素可以导致荧光猝灭，如温度、溶剂极性和荧光分子本身的结构等。

总的来说，荧光分子的激发态能量受到外部物质的干扰和损失，导致无法发射荧光。

荧光猝灭的原理对于荧光分析和荧光检测等领域具有重要意义。

通过了解荧光猝灭的机制和影响因素，可以增强对荧光分子的控制和应用，提高荧光技术的灵敏度和准确性。

分子结构和化学环境是影响物质发射荧光和荧光强度的重要因素.
至少具有一个芳环或具有多个共轭双键的有机化合物容易产生荧
光,稠环化合物也会产生荧光.饱和的或只有一个双键的化合物,不呈
现显著的荧光.最简单的杂环化合物,如吡啶,呋喃,噻吩和吡咯等,
不产生荧光.
取代基的性质对荧光体的荧光特性和强度均有强烈影响.苯环上的
取代基会引起最大吸收波长的位移及相应荧光峰的改变.通常给电子基
团,如-NH2-,-OH,-OCH3,-NHCH3和-N(CH3)2等,使荧光增强;吸电
子基团,如-CL,-Br,-I,-NHCOCH3,-NO2和-COOH,使荧光减弱.具
有刚性结构的分子容易产生荧光.
大多数无机盐类金属离子不产生荧光,而某些情况下,金属螯合物
却能产生很强的荧光.
溶剂的性质,体系的PH值和温度,都会影响荧光的强度.
荧光分子与溶剂或其他分子之间相互作用,使荧光强度减弱的现象
称为荧光猝灭.引起荧光强度降低的物质称为猝灭剂.当荧光物质浓度
过大时,会产生自猝灭现象.。

荧光猝灭原理荧光猝灭是指荧光物质在激发态转变为基态的过程中，由于某种原因而失去能量的现象。

荧光猝灭原理是荧光光谱学中一个重要的研究课题，对于理解荧光物质的性质和应用具有重要意义。

首先，我们来看一下荧光猝灭的机制。

荧光物质在受到激发光照射后，电子跃迁至激发态，形成激发态分子。

在激发态分子存在的过程中，如果与其他分子发生碰撞，就可能导致激发态分子失去能量，从而回到基态。

这种失去能量的过程就是荧光猝灭。

荧光猝灭可以通过多种途径实现，比如通过分子间的碰撞传递能量、通过化学反应消耗能量等。

其次，荧光猝灭的影响因素。

荧光猝灭的效果受到许多因素的影响，其中包括温度、溶剂、杂质等。

温度的升高会加快分子的振动和旋转，增加分子间碰撞的频率，从而增加了荧光猝灭的可能性。

溶剂的极性也会对荧光猝灭产生影响，极性溶剂中的荧光物质更容易发生荧光猝灭。

此外，杂质的存在也会加速荧光猝灭的过程，因为杂质分子与荧光物质分子的碰撞会导致能量的传递。

最后，荧光猝灭的应用。

荧光猝灭原理在生物医学领域有着广泛的应用，比如生物成像、荧光探针等。

通过研究荧光猝灭原理，可以设计出更加灵敏的荧光探针，用于生物标记和生物成像。

此外，荧光猝灭还在材料科学、环境监测等领域有着重要的应用价值。

总之，荧光猝灭原理是荧光光谱学中一个重要的研究课题，对于理解荧光物质的性质和应用具有重要意义。

通过深入研究荧光猝灭的机制、影响因素和应用，可以更好地利用荧光猝灭原理，推动荧光光谱学和相关领域的发展。

几种荧光猝灭的方式荧光猝灭是指在某些特定条件下，荧光物质的荧光强度会减弱或消失的现象。

荧光猝灭可以通过多种方式实现，下面将介绍几种常见的荧光猝灭方式。

一、静态猝灭静态猝灭是指在分子间存在非辐射能量转移的情况下，荧光物质的荧光强度会减弱或消失。

这种猝灭方式常见的机制有电子传递、能量传递和荧光共振能量转移等。

其中，电子传递是指由于电子给体和受体之间的能级差异，导致受体吸收电子给体的激发能量，使得电子给体的荧光被猝灭。

能量传递是指能量从荧光物质传递到其他分子或物质上，使荧光被猝灭。

荧光共振能量转移是指荧光物质与另一种分子之间存在共振能量转移的情况下，荧光被猝灭。

二、动态猝灭动态猝灭是指在溶液中，荧光物质的荧光强度会随着时间的推移逐渐减弱或消失。

这种猝灭方式常见的机制有自由基猝灭、氧气猝灭和分子碰撞猝灭等。

自由基猝灭是指由于自由基与荧光物质之间的反应，使荧光被猝灭。

氧气猝灭是指荧光物质与氧气之间的化学反应导致荧光被猝灭。

分子碰撞猝灭是指荧光物质与其他分子之间的碰撞，导致荧光被猝灭。

三、金属离子猝灭金属离子猝灭是指金属离子与荧光物质之间的相互作用，导致荧光被猝灭。

常见的金属离子猝灭方式有静态猝灭和动态猝灭。

静态猝灭是指金属离子与荧光物质之间形成络合物，使荧光被猝灭。

动态猝灭是指金属离子与荧光物质之间发生电子传递或能量传递的过程，导致荧光被猝灭。

四、溶剂效应猝灭溶剂效应猝灭是指溶剂对荧光物质荧光强度的影响。

常见的溶剂效应猝灭方式有静态猝灭和动态猝灭。

静态猝灭是指溶剂分子与荧光物质之间发生相互作用，导致荧光被猝灭。

动态猝灭是指溶剂分子与荧光物质分子之间发生碰撞，导致荧光被猝灭。

以上所述是几种常见的荧光猝灭方式，每种方式都有不同的机制和特点。

了解这些猝灭方式对于研究荧光物质的性质和应用具有重要意义。

在实际应用中，可以通过调节实验条件，选择合适的猝灭方式，来实现对荧光的控制和调节，从而实现更多的应用。

一、实验目的1. 了解荧光猝灭现象的基本原理和影响因素。

2. 掌握荧光猝灭法的实验操作步骤。

3. 通过实验，学会运用荧光猝灭法对物质进行定量分析。

二、实验原理荧光猝灭是指当荧光物质与猝灭剂接触时，由于猝灭剂与荧光分子发生相互作用，导致荧光强度降低的现象。

荧光猝灭法是利用荧光物质的荧光强度与猝灭剂浓度之间的关系，对猝灭剂进行定量分析的方法。

荧光猝灭原理可分为动态猝灭和静态猝灭两种。

动态猝灭是指猝灭剂与荧光分子发生快速碰撞，使荧光分子能量耗散，从而引起荧光猝灭。

静态猝灭是指猝灭剂与荧光分子形成复合物，降低荧光分子能量，引起荧光猝灭。

三、实验仪器与试剂1. 仪器：荧光光谱仪、移液器、比色皿、恒温水浴锅、电子天平等。

2. 试剂：荧光素钠（NaF）、乙醇、猝灭剂（如EDTA、Cu2+等）、蒸馏水等。

四、实验步骤1. 配制荧光素钠溶液：准确称取0.1g荧光素钠，溶解于100ml蒸馏水中，配制成1×10^-4 mol/L的荧光素钠溶液。

2. 配制猝灭剂溶液：根据实验需要，配制一定浓度的猝灭剂溶液。

3. 测定荧光光谱：在荧光光谱仪上，设定激发波长为490nm，扫描范围为450-600nm，记录荧光素钠溶液的激发光谱和发射光谱。

4. 猝灭实验：向荧光素钠溶液中逐滴加入猝灭剂溶液，每加入一定量的猝灭剂溶液后，立即记录荧光光谱。

5. 数据处理：利用荧光光谱仪自带软件，绘制荧光强度与猝灭剂浓度的关系曲线，并计算猝灭剂浓度。

五、实验结果与讨论1. 激发光谱和发射光谱：荧光素钠溶液的激发光谱和发射光谱如图1所示。

激发光谱表明，荧光素钠的最大激发波长为490nm；发射光谱表明，荧光素钠的最大发射波长为520nm。

2. 荧光猝灭曲线：荧光猝灭曲线如图2所示。

由图2可知，随着猝灭剂浓度的增加，荧光强度逐渐降低，呈现良好的线性关系。

3. 猝灭机理：根据实验结果，可以判断荧光猝灭机理为动态猝灭。

动态猝灭机理表明，猝灭剂与荧光分子发生快速碰撞，使荧光分子能量耗散，从而引起荧光猝灭。

5.4 无辐射跃迁和荧光的温度猝灭5.4.1 无辐射跃迁绝热近似下局域中心的本征波函数X ψψ=包含两个因子，一个是依赖于原子实位形的电子波函数(),R r ψ，另一个是描述原子实系统在绝热势中运动的波函数()X R 。

一般来说，局域中心系统的总能量与电子-原子实相互作用有关，无法把相互作用能分割为电子的能量和原子实的能量。

然而，在绝热近似下，原子实在绝热势中运动，相应的本征能量就很自然的被归之为晶格振动能，而绝热势的极小值，则通常被归之为电子能。

在这样的绝热近似下，电子能与晶格振动能不能相互转换。

实际上，我们在作绝热近似时忽略了下面列出的项:2212I I I I I X X AX A m ψψψ⎛⎫-∇⋅∇+∇≡=ψ ⎪⎝⎭∑ （5.4-1）其中的算符A 称之为非绝热算符。

考虑到这一项的存在，状态X ψψ=不再是严格的定态。

两个这种类型的状态，如果能量相同，就可能以一定几率从一个状态跃迁到另一个状态。

也就是说，非绝热算符A 把电子和声子的运动耦合在一起，正是由于这种电子-声子相互作用，会导致中心状态间的跃迁。

跃迁的结果，电子能和声子能都变了，但跃迁前后二者之和不变。

这种过程与辐射场无关，称之为非（无）辐射过程（nonradiative processes ）。

这种非辐射过程大多是由处在较高电子态（因而较低振动态）的中心能级跃迁到较低电子态的能级，两个态的电子能之差0ωp 全部变为晶格振动（声子）能 p ħω，即0p p =。

0ω图5.4-1 无辐射跃迁的位形坐标图图5.4-1中的箭头示出了一个非辐射跃迁的元过程 Vm Un →。

跃迁初态的振动态是上电子态的低振动态，末态是下电子态的高振动态，跃迁前后状态的能量相同，但能量的组成变了，电子能之差变成了振动能0()p n m p ωωω→-≡处在上电子态的中心，可能处在不同的振动态，从这些不同初态都可以通过无辐射跃迁到相应末态。

在热平衡条件下，这些无辐射跃迁过程的统计平均就是总 的无辐射跃迁速率。