第五章分子发光分析法讲义

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。发生振动弛豫的时间10 -12 s。
内转换：相同多重度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：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”。
1. 分子能级与跃迁
分子能级比原子能级复杂； 在每个电子能级上，都存在振动、转动能级；
基态(S0)→激发态(S1、S2、激发态振动能级)：吸收特定频
率的辐射；量子化；跃迁一次到位； 激发态→基态：多种途径和方式(见能级图)；速度最快、激
发态寿命最短的途径占优势；
第一、第二、…电子激发单重态 S1 、S2… ； 第一、第二、…电子激发三重态 T1 、 T2 … ；
样）成镜像对称关系。
22.11.2020
荧光激发光谱
荧光发射光谱
200 250 300 350 400 450 500 nm
蒽的激发光谱和荧光光谱
22.11.2020
三、荧光的产生与分子结构的关系
（实际上只有很少的有机分子能发射荧光）
1.分子产生荧光必须具备的条件
（1）具有合适的结构（与激发光频率相适应），才能吸收； （2）具有一定的荧光量子产率。
系间跨越：不同多重态,有重叠的振动能级间的非辐射跃迁。 改变电子自旋，禁阻跃迁。但若重叠程度较大时，可通
过自旋—轨道耦合等作用完成系间跨越。
22.11.2020
（2）辐射能量传递过程（辐射跃迁）
荧光发射：电子由第一激发单重态的最低振动能级→基态（ 多
为 S1→ S0跃迁），发射波长为 l ‘2的荧光； 10-7～10 -9 s 。

菏泽学院化学与化工系
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(二) 荧光效率及其影响因素 1. 荧光效率 发射荧光的分子数目与激发态分子总数的比值。
荧光效率（f）=
发荧光的分子数 激发态分子总数
也可以各种跃迁的速率常数表示
f
Kf K f Ki
式中：Kf为荧光发射过程的速率常数，∑Ki为非辐射跃迁的 速率常数之和。一般来说，Kf决定于物质的化学结构；∑Ki 主要决定于化学环境，同时也与化学结构相关，有分析应用
长；
‘ 2
>
2
>
1
；
磷光发射：电子由第一激发三重态的最低振动能级→基态（
T1 → S0跃迁）； 电子由S0进入T1的可能过程：（ S0 → T1禁阻跃迁）
S0 →激发→振动弛豫→内转移→系间跨越→振动弛豫→ T1 发光速度很慢： 10-4～100 s 。
光照停止后，可持续一段时间。
2020/10/31
的电子跃回第一激发单重态的最低振动能级。
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(intersystem conversion)：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。
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❖ 直到1852年，Stokes在考察奎宁和叶绿素的荧光时，用分光光度 计观察到其荧光的波长比入射光的波长稍微长些，才判断这种 现象是这些物质在吸收光能后重新发射不同波长的光，而不是 由光的漫射作用所引起的，从而导入了荧光是光发射的概念， 他还由发荧光的矿石“萤石”推演而提出“荧光”这一术语。
2020/10/31

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。