分子发光
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分子发光光谱法
内转换
内转换：同多重度电子能级中，等能级间的无辐 射能级交换。 通过内转换和振动弛豫，高激发单重态的电子 跃回第一激发单重态的最低振动能级。
外转换 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 系间跨越：不同多重态,有重叠的转动能级间的非 辐射跃迁。 改变电子自旋，禁阻跃迁，通过自旋—轨道 耦合进行。
荧光强度对温度变化敏感。
一般地，随温度降低，溶液中荧光物质的量子效率和荧光强
度将增大，并伴随光谱的蓝移。温度增加，碰撞频率增加， 使外转换的去激发几率增加。
(3) pH的影响
对酸碱化合物，溶液pH的影响较大，需要严格控制； 如苯胺：在pH 5-12溶液中，以分子形式存在，有荧光。
pH< 5时以苯胺阳离子形式存在，无荧光
ex em
（3）可变波长同步扫描荧光法：使两单色器在扫描过程中以 不同的速率同时进行扫描，即波长可变。
同步扫描荧光法的特点：
优点：
（1）使光谱简化； （2）使谱带窄化；
（3）减小光谱的重叠现象；
（4）减小散射光的影响。
例如：采用同步扫描技 术检测如图萘、蒽、菲 、芘混合物，可简化光 谱，减少光谱重叠，提 高分辨率。 缺点： 因为同步扫描荧光损失了 其它光谱带所含的信息， 对光谱学的研究不利。
比较法：
在线性范围内，测定标样和试样的荧光强度，直接
比较。
三、荧光分析法的应用
可采用直接测定法或间接测定（荧光猝灭）法
1、无机化合物的分析
与有机试剂配合物后测量；可测量约60多种元素。 铍、铝、硼、镓、硒、镁、稀土常采用荧光分析法； 氟、硫、铁、银、钴、镍采用荧光熄灭法测定； 铜、铍、铁、钴、锇及过氧化氢采用催化荧光法测定； 铬、铌、铀、碲采用低温荧光法测定； 铈、铕、锑、钒、铀采用固体荧光法测定
荧光有机分子发光原理
荧光有机分子的发光原理是基于分子的电子能级结构和激发态的自发辐射。
当荧光有机分子吸收光能时，其电子从基态（低能级）跃迁到激发态（高能级），形成激发态分子。
随后，激发态分子通过非辐射性过程（如振动松弛、内部转换等）逐渐回到基态。
在这个过程中，一部分激发态分子会通过自发辐射的方式释放出多余的能量，产生发光现象。
具体而言，荧光有机分子的发光原理可以描述如下：
1. 吸收激发：当荧光有机分子处于基态时，它的电子位于最低能级。
当分子吸收与分子能级之间的能量差相匹配的光子时，其中一个电子会被激发到一个较高的能级上。
2. 激发态分子：吸收光能后，荧光有机分子中的电子进入激发态，处于一个较高的能级。
这个激发态可能是单重态或三重态，取决于电子的自旋状态。
3. 非辐射性过程：激发态分子在短时间内会经历一系列非辐射性过程，如振动松弛和内部转换。
这些过程使得分子的能量逐渐下降，并且电子返回到基态的低能级。
4. 自发辐射：在非辐射性过程中，一部分激发态分子通过自发辐射
的方式释放出余下的能量。
这个过程中，电子从激发态跃迁回到基态，同时释放出光子。
这些光子的能量与分子吸收时吸收的光子能量相等或略小，形成可见光的发光现象。
需要注意的是，荧光有机分子的发光强度和寿命与分子的结构、环境和外界因素（如温度、溶剂等）密切相关。
通过调控分子结构和环境条件，可以实现对荧光有机分子发光性质的调控和优化，从而在生物成像、光电器件等领域有广泛应用。
分子发光分析法
3.检测器 3.检测器
荧光计采用光电管作检测器 荧光分光光度计采用光电倍增管作检测器 电感耦合器件（charge couple device, CCD)
四、荧光分析方法与应用
1. 特点： 特点： （1）灵敏度高 比紫外-可见分光光度法高2～4个数量级
？
光度法 A = lg I0/I = KC 荧光法 I= KC
(c) 刚性平面结构：可减少分子振动，减少与溶剂的相互作用 刚性平面结构：
(d) 取代基效应 取代基效应：给电子取代基使荧光增强；吸电子取代基使荧光减弱 如苯胺和苯酚荧光较强，而硝基苯为非荧光物质 （e）重原子效应 ）重原子效应：卤素取代基随原子序数的增加，荧光减弱，而磷光增强
（3)荧光螯合物 荧光螯合物
I p = 2 . 3ϕ p I o c
式中：Ip 为磷光效率，Io 为激发光的强度人为磷光物质的摩尔吸收系数，b为 试样池的光程。在一定的条件下，ϕ 、I p、 、b均为常数，因此上式可写成： κ
I p = Kc
根据上式可以用磷光强度对磷光物质浓度制作定量分析的标准曲线
2. 温度对磷光强度的影响：随着温度的降低，磷光逐渐增强 温度对磷光强度的影响： 3.重原子效应： 3.重原子效应：重原子的高核电荷使磷光分子的电子能级交错，容易引 重原子效应 起或增强磷光分子的自旋轨道偶合作用，从而使S 起或增强磷光分子的自旋轨道偶合作用，从而使S1→ T1的体系间窜跃 概率增大，有利于增大磷光效率。 4.室温磷光 4.室温磷光 （1）固体基质：在室温下以固体基质吸附磷光体，增加分子刚性、减少三重 态猝灭等非辐射跃迁，从而提高磷光量子效率。 （2）胶束增稳：利用表面活性剂在临界浓度形成具多相性的胶束，改变磷光 体的微环境、增加定向约束力，从而减小内转换和碰撞等去活化的几率，提 高三重态的稳定性。 （3）敏化磷光: 激发三重态将能量转移于另一易发磷光的受体，让其法磷光
《分子发光》课件
详细描述
荧光光谱法利用某些物质吸收光后， 能以荧光的形式重新发射出特定波长 的光，通过测量荧光光谱，可以分析 物质的组成和结构。
磷光光谱法
总结词
一种测量物质在激发态的磷光发射光谱的方法。
详细描述
磷光光谱法利用物质吸收光后，处于激发态的分子以磷光的形式缓慢地释放出 特定波长的光，通过测量磷光光谱，可以分析物质的组成和结构。
详细介绍了分子发光的原理、发光机制以及在各个领域的 应用，是学习分子发光的基础教材。
《荧光染料与荧光分析法》
系统介绍了荧光染料的基本性质、合成方法以及荧光分析 法的应用，对于深入了解荧光染料在分子发光领域的作用 很有帮助。
"分子发光机制研究进展"
综述了近年来分子发光机制的研究成果，包括新的发光材 料、发光过程的理论模型等。
激发态的稳定性
激发态是相对不稳定的， 分子会通过各种方式释放 能量并回到基态。
分子发光的辐射过程
辐射跃迁
激发态的分子通过释放光子的形式回到基态，这 个过程称为辐射跃迁。
光子的产生
当分子从激发态回到基态时，会释放出能量并以 光子的形式辐射出去。
光子性质
光子具有特定的波长（或频率），与其所属的分 子和激发态有关。
THANKS
感谢观看
《分子发光》PPT课件
contents
目录
• 分子发光的概述 • 分子发光的原理 • 分子发光的技术与方法 • 分子发光在科学研究中的应用 • 分子发光的发展趋势与展望 • 参考文献
01
分子发光的概述
分子发光的基本概念
分子发光是指分子在吸收能量 后以光子的形式释放能量的过 程。
分子发光现象广泛存在于自然 界和人类生产生活中，如萤火 虫、发光菌、荧光棒等。
荧光光谱法利用某些物质吸收光后， 能以荧光的形式重新发射出特定波长 的光，通过测量荧光光谱，可以分析 物质的组成和结构。
磷光光谱法
总结词
一种测量物质在激发态的磷光发射光谱的方法。
详细描述
磷光光谱法利用物质吸收光后，处于激发态的分子以磷光的形式缓慢地释放出 特定波长的光，通过测量磷光光谱，可以分析物质的组成和结构。
详细介绍了分子发光的原理、发光机制以及在各个领域的 应用，是学习分子发光的基础教材。
《荧光染料与荧光分析法》
系统介绍了荧光染料的基本性质、合成方法以及荧光分析 法的应用，对于深入了解荧光染料在分子发光领域的作用 很有帮助。
"分子发光机制研究进展"
综述了近年来分子发光机制的研究成果，包括新的发光材 料、发光过程的理论模型等。
激发态的稳定性
激发态是相对不稳定的， 分子会通过各种方式释放 能量并回到基态。
分子发光的辐射过程
辐射跃迁
激发态的分子通过释放光子的形式回到基态，这 个过程称为辐射跃迁。
光子的产生
当分子从激发态回到基态时，会释放出能量并以 光子的形式辐射出去。
光子性质
光子具有特定的波长（或频率），与其所属的分 子和激发态有关。
THANKS
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目录
• 分子发光的概述 • 分子发光的原理 • 分子发光的技术与方法 • 分子发光在科学研究中的应用 • 分子发光的发展趋势与展望 • 参考文献
01
分子发光的概述
分子发光的基本概念
分子发光是指分子在吸收能量 后以光子的形式释放能量的过 程。
分子发光现象广泛存在于自然 界和人类生产生活中，如萤火 虫、发光菌、荧光棒等。
分子发光光谱法
振动驰豫
S2
S1 系
间
内转换
跨 跃
T1
外转换
S0 λ1 吸光
λ2 λ3 吸光 荧光
S0 λ4 磷光
荧光发射：当分子处在单重态的最低振动能层时， 去激发过程是以10-7～10-9s左右的时间内发射一个 光子回到基态。
磷光发射：激发态分子经过系间跨跃到激发三重态 后，并经过迅速的振动驰豫到达第一激发三重态 （T1）的最低振动能级上，从T1态分子经发射光子 返回基态。 磷光的寿命比荧光的要长得多
• 从图中看出 • 磷＞ 荧＞ 激 * 易产生荧光 n * 易产生磷光
二、激发光谱和发射光谱
固定荧光的最大发射波长，然后改变激发光的波 长，根据所测得的荧光强度与激发光波长的关系作图， 得到激发光谱曲线。
选择最大激发波长作为激发光波长，然后测定不 同发射波长时所发射的荧光或磷光强度，得到荧光或 磷光光谱曲线。
碰撞熄灭将随温度的升高而增加；将随溶液黏度的减小而增大。
（ⅱ）能量转移 它是指处于激发单重态的荧光分子M*与熄灭 剂相互作用后，发生能量转移，使熄灭剂得到激发，其反应如下
(ⅲ) 组成化合物的熄灭 它是指熄灭剂和荧光分子在基态时发生 配合反应，生成不发荧光的配合物。
(ⅳ) 自熄灭和自吸收 当荧光物质浓度较大时，常会发生自 熄灭现象，这可能由于激发态分子之间的碰撞引起能量损 失。假如荧光物质的吸收光谱和发射光谱有较大的重叠， 由荧光物质发射的荧光，有一部分可能会被它自身的基态 分子所吸收，这种现象称为自吸收。随荧光物质浓度的增 加，自吸收现象将会加剧。
荧光—荧光分析法
光致发光：以光源来激发而发光 磷光—磷光分析法
化学发光：以化学反应能激发而发光—化学发光分析
法
第七章 分子发光分析
22:50
如8-巯基喹啉在下列四种不同极性溶剂中的情况
溶剂 介电常数 四氯化碳 2.24 氯仿 5.2 丙酮 21.5 乙腈 38.8
荧光峰λ/nm 荧光效率
390
0.002
398
0.041
405
0.055
410
0.064
22:50
③ 溶液pH值对荧光强度的影响 不同的pH值，化合物所处状态不同，不同的 化合物或化合物的分子与其离子在电子构型上有 所不同。 对于金属离子与有机试剂形成的发光鏊合物， 一方面pH会影响鏊合物的形成，另一方面还会 影响鏊合物的组成，因而影响它们的荧光性质。 如：苯酚在酸性溶液中呈现荧光，但在碱性 溶液中，无荧光。
浓度范围为：10-5μg/ml～100μg/ml 。对于较 浓溶液，由于猝灭现象和自吸收等原因，使荧光 强度和浓度不呈线性关系,将向浓度轴偏离。
22:50
（2）影响荧光强度的因素 ① 溶剂对荧光强度的影响 一般来说，随着溶剂介电常数的增大，荧光 峰的波长越大，荧光效率也越大。 ② 温度对荧光强度的影响 温度上升使荧光强度下降。
22:50
① 碰撞猝灭 处于激发单重态的荧光分子与猝灭剂分子相碰 撞，使激发单重态的荧光分子以无辐射跃迁的方 式回到基态，产生猝灭作用。 。
② 静态猝灭（组成化合物的猝灭） 由于部分荧光物质分子与猝灭剂分子生成非荧 光的配合物而产生的。此过程往往还会引起溶液 吸收光谱的改变。
22:50
③ 氧的猝灭作用 分子由于系间的跨越跃迁，由单重态跃迁到三 重态。转入三重态的分子在常温下不发光，它们 在与其它分子的碰撞中消耗能量而使荧光猝灭。 溶液中的溶解氧对有机化合物的荧光产生猝灭 效应是由于三重态基态的氧分子和单重激发态的 荧光物质分子碰撞，形成了单重激发态的氧分子 和三重态的荧光物质分子，使荧光猝灭。
如8-巯基喹啉在下列四种不同极性溶剂中的情况
溶剂 介电常数 四氯化碳 2.24 氯仿 5.2 丙酮 21.5 乙腈 38.8
荧光峰λ/nm 荧光效率
390
0.002
398
0.041
405
0.055
410
0.064
22:50
③ 溶液pH值对荧光强度的影响 不同的pH值，化合物所处状态不同，不同的 化合物或化合物的分子与其离子在电子构型上有 所不同。 对于金属离子与有机试剂形成的发光鏊合物， 一方面pH会影响鏊合物的形成，另一方面还会 影响鏊合物的组成，因而影响它们的荧光性质。 如：苯酚在酸性溶液中呈现荧光，但在碱性 溶液中，无荧光。
浓度范围为：10-5μg/ml～100μg/ml 。对于较 浓溶液，由于猝灭现象和自吸收等原因，使荧光 强度和浓度不呈线性关系,将向浓度轴偏离。
22:50
（2）影响荧光强度的因素 ① 溶剂对荧光强度的影响 一般来说，随着溶剂介电常数的增大，荧光 峰的波长越大，荧光效率也越大。 ② 温度对荧光强度的影响 温度上升使荧光强度下降。
22:50
① 碰撞猝灭 处于激发单重态的荧光分子与猝灭剂分子相碰 撞，使激发单重态的荧光分子以无辐射跃迁的方 式回到基态，产生猝灭作用。 。
② 静态猝灭（组成化合物的猝灭） 由于部分荧光物质分子与猝灭剂分子生成非荧 光的配合物而产生的。此过程往往还会引起溶液 吸收光谱的改变。
22:50
③ 氧的猝灭作用 分子由于系间的跨越跃迁，由单重态跃迁到三 重态。转入三重态的分子在常温下不发光，它们 在与其它分子的碰撞中消耗能量而使荧光猝灭。 溶液中的溶解氧对有机化合物的荧光产生猝灭 效应是由于三重态基态的氧分子和单重激发态的 荧光物质分子碰撞，形成了单重激发态的氧分子 和三重态的荧光物质分子，使荧光猝灭。
三章分子发光分析法
If = fIa= f ( Io-I )
If : 荧光强度 Io : 所吸收的辐射强度； f ：荧光效率
(一)、荧光强度与浓度
将指数展开：
如果吸光度A < 0.05, 方括号中其他各项与第一项相比均可忽略：
f I0
b
由于A=bc：故在实验条件固定时， 荧光强度与浓度成正比,即：
(二)、荧光熄灭
=
奎宁在0.1M的硫酸中荧光量子产率的绝对值为0.55。
荧光分析的缺点——散射光影响
磷光分析的仪器
光源
检测器
贝克勒耳圆盘
低温磷光分析 固体基质室温磷光分析 保护流体室温磷光分析 无保护流体室温磷光分析
磷光分析的缺点——仪器复杂，需要固体基质或保护
化学发光分析的仪器
记录器
四 荧光、磷光和化学发光分析法 （Fluorescence，phosphorescence and chemiluminescence analysis）
化学发光效率φCL
化学发光效率等于激发态分子的产率φCe和激发态分子的发光效率φem之乘积.
化学发光的强度与反应物浓度间的关系
根据化学发光发生和消失时间的长短，通常分为快发光和慢发光两种.快发光在反应进行1秒之内即可达到发光峰值，在5秒之内峰值衰减90％，慢发光的发生和衰减时间相对要长一些.不论是快发光还是慢发光，化学发光的相对强度ICL决定于化学发光反应的转化速率，而后者常用单位时间内反应物或产物浓度的变化表示.
灵敏度和检出限
化学发光分析法的灵敏度通常不是由仪器可检测的最低浓度决定的，因为许多化学发光法都是高灵敏的，仪器检测光的能量不是主要问题，而环境污染和其它低浓度的干扰因素及排除显得特别重要，它们往往决定方法的灵敏度. 一般把所产生的化学发光相对强度等于空白信号标准偏差S0三倍时的被测物浓度作为它的检测下限，简称检出限（detection limit, DL）.
If : 荧光强度 Io : 所吸收的辐射强度； f ：荧光效率
(一)、荧光强度与浓度
将指数展开：
如果吸光度A < 0.05, 方括号中其他各项与第一项相比均可忽略：
f I0
b
由于A=bc：故在实验条件固定时， 荧光强度与浓度成正比,即：
(二)、荧光熄灭
=
奎宁在0.1M的硫酸中荧光量子产率的绝对值为0.55。
荧光分析的缺点——散射光影响
磷光分析的仪器
光源
检测器
贝克勒耳圆盘
低温磷光分析 固体基质室温磷光分析 保护流体室温磷光分析 无保护流体室温磷光分析
磷光分析的缺点——仪器复杂，需要固体基质或保护
化学发光分析的仪器
记录器
四 荧光、磷光和化学发光分析法 （Fluorescence，phosphorescence and chemiluminescence analysis）
化学发光效率φCL
化学发光效率等于激发态分子的产率φCe和激发态分子的发光效率φem之乘积.
化学发光的强度与反应物浓度间的关系
根据化学发光发生和消失时间的长短，通常分为快发光和慢发光两种.快发光在反应进行1秒之内即可达到发光峰值，在5秒之内峰值衰减90％，慢发光的发生和衰减时间相对要长一些.不论是快发光还是慢发光，化学发光的相对强度ICL决定于化学发光反应的转化速率，而后者常用单位时间内反应物或产物浓度的变化表示.
灵敏度和检出限
化学发光分析法的灵敏度通常不是由仪器可检测的最低浓度决定的，因为许多化学发光法都是高灵敏的，仪器检测光的能量不是主要问题，而环境污染和其它低浓度的干扰因素及排除显得特别重要，它们往往决定方法的灵敏度. 一般把所产生的化学发光相对强度等于空白信号标准偏差S0三倍时的被测物浓度作为它的检测下限，简称检出限（detection limit, DL）.
第六章分子发光分析法
ph（CH=CH）3ph 0.68 ph（CH=CH）2ph 0.28
化合物 苯 萘
蒽
f 0.11 0.29
0.46
丁省
0.60
戊省
0.52
• 3）刚性结构：
• 多数具有刚性平面结构的有机分子具有强烈的荧光。
• 原因：这种结构可以减少分子的振动，使分子与溶剂或其 它溶质分子的相互作用减少，也就减少了碰撞去活的可能 性。
内转换
振动弛豫
内转换
S2
系间窜跃
S1
能 量
吸 收
发
射
荧
外转换
光
T1
T2
发 射 磷 光 振动弛豫
S0 l1
l2
l 2
l3
分子内的光物理过程
1.2 激发光谱与荧光(磷光)光谱
1.荧光(磷光)的激发光谱曲线
固定测量波长(选最大发射波长),化合物发射的荧光(磷 光)强度与照射光波长的关系曲线 （图中曲线I ） 。
光致发光 化学发光 生物发光
荧光 磷光
按光子能量分类： 荧光
斯托克斯荧光(Stokes)：λex<λem 反斯托克斯荧光(Antistokes)：λex>λem 共振荧光(Resonance)：λex=λem
第一节 分子发光的基本原理
• 一、 分子荧光及磷光光谱的产生 • 1.1荧光及磷光的产生
电
蒽的激发光谱和荧光光谱
二、荧光与分子结构的关系
• 1 荧光量子产率
• 分子产生荧光必须具备的条件：
• i） 分子具有与辐射频率相应的荧光结构（内因）；
• ii）吸收特征频率的光后，具一定光量子产率的荧光。
• 即荧光量子产率（荧光效率或量子效率） 足够大.
化合物 苯 萘
蒽
f 0.11 0.29
0.46
丁省
0.60
戊省
0.52
• 3）刚性结构：
• 多数具有刚性平面结构的有机分子具有强烈的荧光。
• 原因：这种结构可以减少分子的振动，使分子与溶剂或其 它溶质分子的相互作用减少，也就减少了碰撞去活的可能 性。
内转换
振动弛豫
内转换
S2
系间窜跃
S1
能 量
吸 收
发
射
荧
外转换
光
T1
T2
发 射 磷 光 振动弛豫
S0 l1
l2
l 2
l3
分子内的光物理过程
1.2 激发光谱与荧光(磷光)光谱
1.荧光(磷光)的激发光谱曲线
固定测量波长(选最大发射波长),化合物发射的荧光(磷 光)强度与照射光波长的关系曲线 （图中曲线I ） 。
光致发光 化学发光 生物发光
荧光 磷光
按光子能量分类： 荧光
斯托克斯荧光(Stokes)：λex<λem 反斯托克斯荧光(Antistokes)：λex>λem 共振荧光(Resonance)：λex=λem
第一节 分子发光的基本原理
• 一、 分子荧光及磷光光谱的产生 • 1.1荧光及磷光的产生
电
蒽的激发光谱和荧光光谱
二、荧光与分子结构的关系
• 1 荧光量子产率
• 分子产生荧光必须具备的条件：
• i） 分子具有与辐射频率相应的荧光结构（内因）；
• ii）吸收特征频率的光后，具一定光量子产率的荧光。
• 即荧光量子产率（荧光效率或量子效率） 足够大.
分子发光分析法与分子吸收分光光度
分子发光分析法与分子吸收分光光度
分子发光分析法和分子吸收分光光度法（MMS）是物理化学中测定物质含量和生物物质含
量的两种常用方法。
它们之间有共同点和不同之处，本文主要就这二者的原理和方法进行
介绍。
分子发光分析法（MALS）是用物质中的激发态分子把紫外线能量转换为可见光，用以表征
物质的测定方法。
该方法工作原理为紫外线照射激发态分子，激发态分子把紫外线能量转
变为可见光，然后通过光电器件检测发出的可见光，最终得出物质的测定结果。
MALS技术的优点在于检测结果准确，具有快速性，还可以检测生物样本中物质含量。
而分子吸收分光光度（MMS）是通过测量物质吸收入射光的程度，来表征物质的检测方法。
这种技术工作原理是将光源照射在样本上，样本中的物质会吸收一部分入射的紫外线，而
剩下的光经过反射和透射而到达检测器，最终通过计算获得物质的测定数值。
比较MMS和MALS，MMS技术具有更高的灵敏度，可以进行更细小物质的检测，而且不受多种物质的干扰，也可以检测生物样本中的物质含量。
总之，MALS和MMS都是通过激发态分子转换紫外线能量为可见光，然后通过光电器件检测可见光，来判断物质的含量的两种常用技术，它们的优点和特点主要是MALS检测结果准确，具有快速性，而MMS则具有更高的灵敏度，可以进行更细小物质的检测，也可以检测
生物样本中的物质含量。
分子发光分析法
第五章 分子发光分析法: 基态分子吸收了一定能量后，跃迁至激发态，当激发态分子以辐射跃迁形式将其能量释放返回基态时，便产生分子发光。
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。
与分光光度法相比，荧光分析法的最大优点是灵敏度高和选择性高。
二、荧光产生的基本原理（一）分子荧光的产生（二）荧光效率及其影响因素1.荧光效率2.荧光与分子结构的关系（1）产生荧光的条件①必须含有共轭双键这样的强吸收基团，并且体系越大， 电子的离域性越强，越容易被激发产生荧光；大部分荧光物质都含有一个以上的芳香环，且随共轭芳环的增大，荧光效率越高，荧光波长越长。
②分子的刚性平面结构有利于荧光的产生③.取代基对荧光物质的荧光特征和强度的影响 给电子基团：-OH 、-NH2、-NR2和-OR 等可使共轭体系增大，导致荧光增强。
吸电子基团：-COOH 、-NO 和-NO2等使荧光减弱。
随着卤素取代基中卤原子序数的增加，使系间窜跃加强，物质的荧光减弱，而磷光增强。
3.环境因素对荧光强度的影响（1）溶剂极性对荧光强度的影响: 一般来说，电子激发态比基态具有更大的极性。
溶剂的极性增强，对激发态会产生更大的稳定作用，结果使物质的荧光波长红移，荧光强度增大. 奎宁在苯、乙醇和水中荧光效率的相对大小为1、30和1000。
（2）温度荧光强度的影响: 一般情况下，辐射跃迁的速率基本不随温度而改变，而非辐射跃迁的速率随温度升高而显著增大。
对大多数的荧光物质而言，升高温度会使非辐射跃迁概率增大，荧光效率降低。
由于三重态的寿命比单重激发态寿命更长，温度对于磷光的影响比荧光更大。
（3）pH 对荧光强度的影响:共轭酸碱两种体型具有不同的电子氛围，往往表现为具有不同荧光性质的两种体型，各具有自己特殊的荧光效率和荧光波长。
另外，溶液中表面活性剂的存在，可以使荧光物质处于更有序的胶束微环境中，对处于激发单重态的荧光物质分子起保护作用，减小非辐射跃迁的概率，提高荧光效率。
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（ 3）基态单重态到激发单重态的激发为允许跃迁，基 态单重态到激发三重态的激发为禁阻跃迁。
（4）激发三重态的能量较激发单重态的能量低。
2、分子能级结构与分子发射光谱
处于激发态的电子，通常以辐射跃迁方式或无辐射
跃迁方式再回到基态。
辐射跃迁：荧光、磷光的发射。 无辐射跃迁：振动弛豫（VR）、内转化（ic）、体系间 窜跃（isc）等。
A
(2.3 A) 2 (2.3 A)3 I f I o [2.3 A ] 2 3
如果吸光度A<0.05, 方括号中其他各项与第一项相比 均可忽略:
I f 2.3 I o A
由于A=bc，故在实验条件固定时，荧光强度与浓
度成正比，即：
I f 2.3I 0 A
抗体、抗原
酶联免疫吸附分析示意 Enzyme-linked immunosorbent assay （ELISA）
2. 荧光与有机化合物结构的关系
（1）跃迁类型 对于大多数荧光物质，首先经历激发，然后经过
振动弛豫或其他无辐射跃迁，再发生 跃迁而得到荧光。
（2）共轭效应 容易实现激发 的芳香族化合物容易发生荧光。 增加体系的共轭度荧光效率将增大，主要是由于增大荧 光物质的摩尔吸光系数，有利于产生更多的激发态分子。
类型 转入三重态猝灭： 溶解氧与荧光物质。 发生电子转移反应猝灭： 猝灭剂与荧光物质。 浓度较高单重激发态的分子在 荧光物质的自猝灭： 发生荧光之前和未激发的荧光 物质分子碰撞而引起的自猝灭。 29
二、荧光分析仪
Cary Eclipse 荧光分光光度计 荧光、磷光化学/生物发光 美国瓦里安技术中国有限公司
抗磁性。
当分子吸收能量后，在跃迁过程中不发生电子自旋方
向的变化，这时分子处于激发的单重态；如果在跃迁过程
中还伴随着电子自旋方向的改变，这时分子便有两个自旋 不配对的电子，分子处于激发三重态（triplet state）， 具有顺磁性。
单重态S与激发三重态T的不同点：
（1）S是抗磁分子，T是顺磁分子 （2）tS = 10-8s, tT = 10-4～1s；(发光速度很慢)
λ3的荧光。
λ3 >λ2 >λ1
荧光的产生在10-7-10-9s内完成；
荧光是从激发单重态的最低振动能级开始发射， 与分子被激发至哪一个能级无关；
荧光发射前后都有振动驰豫过程。因此荧光发射
的能量比分子所吸收的辐射能量低。
振动弛豫（vibrational relaxation）:
指在同一电子
能级中，电子
由高振动能级 转至低振动能
级，而将多余
的能量以非辐 射的形式发出。
发生振动弛豫的时间为10-14s-10-12s数量级。
内转化（internal conversion）: 电子由高能级以无辐射跃迁方式转移至低能级。 当两个电子能级非常靠近以致其能级有重叠时，内转 换很容易发生。两个激发单重态或两个激发三重态之 间能量差较小，并且它们的振动能级有重叠，这两种 能态之间易发生内转换。 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
所有电子都是自旋配对的，大 多数基态分子都处于单重态
J=2S+1
S：电子总自旋量子数
S=1, J=3三重态 T表示
电子在跃迁过程中伴随着自 旋方向的变化（自旋平行）
分子吸收辐射使电子能级从基态跃迁到激发态能级，
同时伴随着振动能级和转动能级的跃迁。
在分子能级跃迁的过程中，电子的自旋状态也可能发
生改变。 根据泡里不相容原理，在同一轨道上的两个电子的自旋 方向彼此相反，即基态分子的电子是自旋成对的，净自旋 为零，这种电子能态称为单重态（singlet state），具有
I f 2.3I 0bc Kc
K 2.3 I 0b
4、荧光定量分析的方法 标准曲线法
2、应用
（1）无机化合物的分析 加入某种试剂将非荧光物质转化为荧光物质进行分析。 铍、铝、硼、镓、硒、镁、稀土常采用荧光分析法； 氟、硫、铁、银、钴、镍采用荧光熄灭法测定； 铬、铌、铀、碲采用低温荧光法测定； 铈、铕、锑、钒、铀采用固体荧光法测定.
吸收光谱的形状决定于第一 电子激发态中各振动能层的分布 情况。 荧光光谱的形状决定于基态中 各振动能层的分布情况。 基态中振动能层的分布和第 一电子激发态中振动能层的分布 情况是类似的。 因此荧光光谱的 形状和吸收光谱的形状极为相似。
第二节
荧光分析法
一、荧光的影响因素
分子产生荧光必须具备两个条件： 分子必须具有与所照射的辐射频率（紫外 - 可见光） 相适应的结构（共轭双键），才能吸收激发光。
移能量的非辐射跃迁。外转换使荧光或磷光减弱或“猝
灭”。
系间跨跃：在两个不同多重态之间的无辐射跃迁，如从 S1到T1，该跃迁是禁阻的。
然而，当不同多重态的
两个电子能层有较大重 叠时，处于这两个能层 上的受激电子的自旋方 向发生变化，即可通过 自旋 - 轨道耦合而产生 无辐射跃迁。
荧光发射（fluorescence）：
二、荧光分析仪
测量荧光的仪器由激发光源、样品池、单 色器以及检测器四部分组成。
光源
第一单色器 或滤光片 激发
为了消除溶液中可能共存的其他光线 由光源发出的光经激发单色器分光后 的干扰 (如由激发光所产生的反射光和散 荧光是向四面八方发射的。为 得到所需波长的激发光，然后通过样品 射光以及溶液中的杂质荧光等 )，以获得 了消除入射光和散射光的影响， 池使荧光物质激发产生荧光。 所需要的荧光，在样品池和检测器之间 荧光的测量通常在与激发光成直 设置了发射单色器。 角的方向上进行。 记录仪
（2） 发射光谱的形状与激发波长无关
电子跃迁到不同激发态能级，吸收不同波长的能量( 如能级图 2 , 1 ) ，产生不同吸收带，但均回到第一激发
单重态（或三重态）的最低振动能级再跃迁回到基态，
产生一定的发射波长。
（3） 镜像规则
通常荧光发射光谱与它的吸收光谱（与激发光谱形状 一样）成镜像对称关系。
强度大。 温度：温度增加，荧光强度下降（内、外转换增加，粘 度或“刚性”降低）。体系降低温度可增加荧光分析灵 敏度。 表面活性剂：荧光物质周围形成胶束，提高荧光效率。 溶解氧：降低荧光效率。
pH值： 具酸或碱性基团的有机物质，在不同pH值时，结
构可能发生变化，因而荧光强度将发生改变。
(3) 刚性平面结构 多数具有刚性平面结构的有机分子具有强烈的荧光。
共平面性加大 电子离域，使 电子共轭程度加强，同时
这种结构可以减少分子的振动，从而减少系间窜跃，减 少分子与溶剂或其它溶质分子的相互碰撞失活的可能性。
荧光素（大）与酚酞（=0.18）；
（4）取代基效应
给电子基团荧光增强 （-OH、-OR、-CN、-NH2） 产生了p-共轭作用，增强了电子共轭程度， 芳环上 取代基 使最低激发单重态与基态之间的跃迁几率增大。 吸电子基团减弱甚至会猝灭荧光 （-COOH、-NO、-C O、卤素） 重原子降低荧光但增强磷光。 在重原子中，能级之间的交叉现象比 较严重， 因此容易发生自旋轨道的相互作用，增加了由
单重态转化为三重态的速率。
（5）螯合物中配位体的发光
不少有机化合物虽然具有共轭双键，但不是刚性结构， 分子处于非同一平面，因而不发生荧光。若这些化合物和
金属离子形成螯合物，随着分子的刚性增强，平面结构的
增大，会发生荧光。
3、环境因素对荧光的影响
溶剂效应：溶剂极性增强使物质的荧光波长红移，荧光
荧光 第二单色器 或滤光片
样品池
（1）光源
卤钨灯、高压汞灯（线）、高压氙弧灯（带）。 （2）样品池
荧光用的样品池须用低荧光的材料制成，通常用石
英，形状以四面透光、方形和长方形为宜。
（3）单色器 荧光计：滤光片；荧光分光光度计：光栅 （4）检测器 由光电管和光电倍曾管作检测器，并与激发光成直角。
三、分子荧光分析法的应用
4) 标准溶液和待测液的pH都要调到2.5左右 分析结果 根据相对发光强度（平均峰值）与Cr3+浓度成正比，求出试样 中痕量铬的含量。
(2)生物与有机化合物的分析
DNA 片段
溴化乙锭， 嵌入DNA双链螺旋结 构后，使DNA发荧光。这类试剂称 作DNA的荧光探针
（陈秀英等，化学通报，2004，67卷， W68）
吸收了与其本身特征频率相同的能量之后，必须具 有一定的荧光量子产率。
1、荧光效率
也叫量子效率，它表示物质发射荧光的能力，通 常用下式表示：
发射的光子数 吸收的光子数
k f ki
kf
kf为荧光发射过程的速率常数（与化学结构有关） ki为其它各种激发单重态的非辐射去活化过程的速率常数 的总和。（化学环境）
4、荧光猝灭
荧光物质分子与溶剂分子或其它溶质分子的相互作用引
起荧光强度降低的现象称为荧光猝灭。
猝灭剂：能引起荧光强度降低的物质称为猝灭剂。
荧光自猝灭效应：自吸收，激发态之间的碰撞。
激发单重态的荧光分子与猝灭剂分子 碰撞猝灭： 相碰撞，荧光分子以无辐射跃迁的方 式回到基态。
荧光物质分子与猝灭剂分子生成非荧 静态猝灭： 光的络合物。
1、荧光分析方法的特点 （1）灵敏度高
（2）选择性强
（3）试样量少和方法简单
（4）提供比较多的物理参数
被测物本身有荧光
直接荧光法
被测物与试剂反应后
F与物质的 浓度成正比
荧光猝灭法
被测物使荧光熄灭。由荧光强度的 降低程度来测定被测物的含量
2方法
间接荧光法 某些阴离子夺取金属络合物中金属
离子，而释放出能发荧光的配位体
催化荧光法 反应速度慢，荧光微弱，难测定， 金属离子将加速反应进行
3、荧光定量分析基础 荧光强度与浓度: