第7章 熒光和磷光光譜法

1、7:25:317.1 熒光熒光7.1.1 熒光的產(chǎn)生熒光的產(chǎn)生7.1.5 發(fā)射與激發(fā)光譜發(fā)射與激發(fā)光譜7.1.3 熒光的影響因素?zé)晒獾挠绊懸蛩?.1.7 實(shí)驗(yàn)技術(shù)與應(yīng)用實(shí)驗(yàn)技術(shù)與應(yīng)用7.1.6 熒光儀器熒光儀器7.1.4 定量關(guān)系定量關(guān)系7.1.2 熒光效率熒光效率 多重度多重度MM 單線態(tài)與三線態(tài)單線態(tài)與三線態(tài) MgMg的光譜項(xiàng)的光譜項(xiàng) 去活化去活化6方式方式7.1 熒光熒光Fluorescence7.1.1 產(chǎn)生產(chǎn)生分子的電子能態(tài)：基態(tài)分子的電子能態(tài)：基態(tài)激發(fā)態(tài)激發(fā)態(tài)則則: 能量增加，分子的多重性可能改變能量增加，分子的多重性可能改變 激發(fā)態(tài)7:25:32多重度M=2S+1S為自旋量子數(shù)的

2、代數(shù)和為自旋量子數(shù)的代數(shù)和含偶數(shù)電子的分子含偶數(shù)電子的分子, 電子成對，電子成對， S= 1 21 20 泡利不相容原理單重態(tài)singlet state: 在磁場中無能級分裂7:25:32單重態(tài)基態(tài)S0吸收輻射通常自旋不變激發(fā)態(tài)S1/ S2單重態(tài)基態(tài)S0吸收輻射自旋改變激發(fā)態(tài)T1/T2規(guī)則Hund平行自旋能量更低泡利不相容原理 S= 1 21 21M=2S+13三重態(tài)triplet state激發(fā)后S/T兩態(tài)激發(fā)態(tài)12 Mg的基態(tài)與第一激發(fā)態(tài)的基態(tài)與第一激發(fā)態(tài)基態(tài)基態(tài)1st激發(fā)態(tài)激發(fā)態(tài)3s3p12121212122S+1=12S+1=12S+1=3內(nèi)量子數(shù)內(nèi)量子數(shù)J有有2S+1個(gè)取值個(gè)取值(L

3、+S),(L+S-1),(|L-S|)單線態(tài)與三線態(tài)12Mg的的S0/ S1/ T1態(tài)態(tài)基態(tài)基態(tài)1st激發(fā)態(tài)激發(fā)態(tài)3s3p12121212122S+1=12S+1=12S+1=3J有有2S+1個(gè)取值個(gè)取值:(L+S),(L+S-1),(|L-S|)L= 0 (用用S表示表示) 1(用用P表示表示) 1J= 0 1 2, 1, 0 好多S，意義都不同 S= 12120 單線態(tài)與三線態(tài)12 Mg的基態(tài)與第一激發(fā)態(tài)的基態(tài)與第一激發(fā)態(tài)基態(tài)基態(tài)1st激發(fā)態(tài)激發(fā)態(tài)3s3p12121212122S+1=12S+1=12S+1=3103S113P313P303P323P光光 譜譜 項(xiàng)項(xiàng) 21SJnL改變自旋/

4、禁阻/磷光單：熒光/三：磷光7:25:32去活化6種方式(1) 振動馳豫 vibrational relaxation (2) 熒光發(fā)射7:25:32去活化(3) 內(nèi)部轉(zhuǎn)換 internal conversion (4) 體系間跨越 intersystem corssing不論開始處于哪個(gè)激發(fā)S態(tài)最后到達(dá)S1最低振動能級7:25:32去活化(5) 磷光發(fā)射(6) 外部轉(zhuǎn)換 external conversion室溫?zé)o磷光7:25:32去活化示意圖7:25:32去活化演示ee吸收馳豫ee7:25:32去活化演示e內(nèi)部轉(zhuǎn)換e熒光e過程過程熒光的產(chǎn)生熒光的產(chǎn)生eeee吸收激發(fā)振動馳豫內(nèi)部轉(zhuǎn)換S1最低

5、熒光輻射S0各振動能級2.1.1 產(chǎn)生產(chǎn)生7:25:337.1 7.1 熒光熒光7.1.1 熒光的產(chǎn)生熒光的產(chǎn)生7.1.5 發(fā)射與激發(fā)光譜發(fā)射與激發(fā)光譜7.1.3 熒光的影響因素?zé)晒獾挠绊懸蛩?.1.7 實(shí)驗(yàn)技術(shù)與應(yīng)用實(shí)驗(yàn)技術(shù)與應(yīng)用7.1.6 熒光儀器熒光儀器7.1.4 定量關(guān)系定量關(guān)系7.1.2 熒光效率熒光效率7.1.2 熒光效率熒光效率ifffkkk7:25:332.1.1 產(chǎn)生產(chǎn)生7:25:337.1 7.1 熒光熒光7.1.3 熒光的影響因素?zé)晒獾挠绊懸蛩?.1.1 熒光的產(chǎn)生熒光的產(chǎn)生7.1.5 發(fā)射與激發(fā)光譜發(fā)射與激發(fā)光譜7.1.7 實(shí)驗(yàn)技術(shù)與應(yīng)用實(shí)驗(yàn)技術(shù)與應(yīng)用7.1.6 熒光儀

6、器熒光儀器7.1.4 定量關(guān)系定量關(guān)系7.1.2 熒光效率熒光效率7.1.3 影響因素影響因素 （1）萘f=0.29，f=310nm蒽f=0.46，f=400nm芴 f1.0 聯(lián)二苯 f0.2 滂鉻BBRpH5，與Al3+紅色熒光典型給電子基團(tuán)： -NH2、 -OH n-共軛, 但成鹽熒光大減 激發(fā)態(tài)比基態(tài)極性大 溶劑極性增，則熒光紅移并增強(qiáng)奎寧在苯:乙醇:水1:30:1000溶劑 介電常數(shù) f/nm fCCl4 2.24 390 0.002CHCl3 5.2 398 0.041CH3CN 38.8 410 0.0648-羥基喹啉溶劑的影響 環(huán)境因素- 其他：與熄滅劑碰撞：M* +Q M+Q+

7、熱激發(fā)熄滅劑： M* +Q M+Q*2.1.1 產(chǎn)生產(chǎn)生7:25:347.1 7.1 熒光熒光7.1.4 定量關(guān)系定量關(guān)系7.1.3 熒光的影響因素?zé)晒獾挠绊懸蛩?.1.1 熒光的產(chǎn)生熒光的產(chǎn)生7.1.5 發(fā)射與激發(fā)光譜發(fā)射與激發(fā)光譜7.1.7 實(shí)驗(yàn)技術(shù)與應(yīng)用實(shí)驗(yàn)技術(shù)與應(yīng)用7.1.6 熒光儀器熒光儀器7.1.2 熒光效率熒光效率7.1.4 定量關(guān)系定量關(guān)系)lg(0IIA AII100)101 ()(00AffaffIIIIIxxxxex1.! 3! 2132泰勒級數(shù)展開002.302.30fffII AI kbcKc即吸收的強(qiáng)度入射的出射的xex1A=kbc通常 A0.05000.10.20

8、.3AIfIf與A 的關(guān)系A(chǔ)與c正比，低濃度KcIf2.1.1 產(chǎn)生產(chǎn)生7:25:347.1 7.1 熒光熒光7.1.5 發(fā)射與激發(fā)光譜發(fā)射與激發(fā)光譜7.1.4 定量關(guān)系定量關(guān)系7.1.3 熒光的影響因素?zé)晒獾挠绊懸蛩?.1.1 熒光的產(chǎn)生熒光的產(chǎn)生7.1.7 實(shí)驗(yàn)技術(shù)與應(yīng)用實(shí)驗(yàn)技術(shù)與應(yīng)用7.1.6 熒光儀器熒光儀器7.1.2 熒光效率熒光效率 變變?nèi)肷涔獠ㄩL，熒光最強(qiáng)處測入射光波長，熒光最強(qiáng)處測If本質(zhì)：吸收光譜 固定固定激發(fā)光，測激發(fā)光，測Ift 關(guān)系關(guān)系本質(zhì)：熒光發(fā)射光譜 用于用于選擇條件，可組成兩維光譜選擇條件，可組成兩維光譜2.1.1 產(chǎn)生產(chǎn)生7:25:347.1 7.1 熒光熒光7

9、.1.6 熒光儀器熒光儀器7.1.5 發(fā)射與激發(fā)光譜發(fā)射與激發(fā)光譜7.1.4 定量關(guān)系定量關(guān)系7.1.3 熒光的影響因素?zé)晒獾挠绊懸蛩?.1.1 熒光的產(chǎn)生熒光的產(chǎn)生7.1.7 實(shí)驗(yàn)技術(shù)與應(yīng)用實(shí)驗(yàn)技術(shù)與應(yīng)用7.1.2 熒光效率熒光效率7.1.6 熒光儀熒光儀光源單色器1樣品池單色器2檢測器放大與記錄垂直方向 垂直測量方式, 消除透射光影響 兩個(gè)單色器，激發(fā)和發(fā)射，常用光柵高靈敏度原因：測量I非A，提高激發(fā)光強(qiáng)度，現(xiàn)代技術(shù)測弱光信號確定量子效率7:25:34四面光比色皿7:25:34 時(shí)間分辨技術(shù), 各發(fā)光體的發(fā)光衰減速率不同 光譜重疊，發(fā)光壽命不同的組分可分辨與測定。光譜重疊，發(fā)光壽命不同的組

10、分可分辨與測定。 對門控時(shí)間掃描，測對門控時(shí)間掃描，測Ift，測定熒光壽命。測定熒光壽命。 根據(jù)不同發(fā)光體形成速率，消除干擾。根據(jù)不同發(fā)光體形成速率，消除干擾。Th 0.01gZr 20gAl 100g 同步掃描技術(shù) 固定波長差，簡化熒光光譜，提高選擇性。固定波長差，簡化熒光光譜，提高選擇性。Zr 20g 酪氨酸和色氨酸：熒光光譜嚴(yán)重重疊酪氨酸和色氨酸：熒光光譜嚴(yán)重重疊 15nm, 60nm, 60nm, 則顯示色氨酸光譜則顯示色氨酸光譜普通熒光同步熒光激發(fā)發(fā)射012345260310360410460/nmk/(103 mg-1 L)phetyrtry本質(zhì)：不同軌道的能量差 應(yīng)用靈敏度：比光

11、度法高23個(gè)數(shù)量級 熒光干擾峰 倍頻峰倍頻峰 在激發(fā)波長ex的n倍處有熒光發(fā)射光譜苯丙氨酸phe，ex=257nm，n=1,2處有峰，強(qiáng)度不隨濃度變化050100150200250270290310330350/nmFn=14 mg/L2 mg/L020040060080010001200450500550600650/nmFn=24 mg/L2 mg/L02004006008001000250350450550650ex=257nm熒光分析：應(yīng)避開ex光的n倍處 儀器實(shí)物 www.PerkinELS45LS55本系儀器簡介 T1S0 禁阻躍遷，速率小，壽命長禁阻躍遷，速率小，壽命長 非輻射概

12、率增大，導(dǎo)致非輻射概率增大，導(dǎo)致Ip小小 KcIp磷光：波長更長/壽命更長7.2.2 溫度影響溫度影響膠束穩(wěn)定固體表面敏化溶液 室溫磷光室溫磷光7:25:35膠束穩(wěn)定固體表面敏化溶液室溫磷光eS0S1合適的受體Ae待測物D是能量供體吸收激發(fā)體系間跨躍S 1 T1T1能量轉(zhuǎn)移D* A* ee磷光產(chǎn)生A* A+hv S0T1受體A的選擇：(1)在供體激發(fā)波長范圍內(nèi)，摩爾吸光系數(shù)較低(2)T1能量略低于供體D的T1(3)量子產(chǎn)率大。常用有1,4-二溴萘7.2.3 重原子效應(yīng)重原子效應(yīng)提高提高I Ip p: : 用含重原子的溶劑用含重原子的溶劑( (碘乙烷碘乙烷) ) 分子中引入重原子分子中引入重原子 internal heavy-atom effectinternal heavy-atom effect 稱為稱為( (內(nèi)外部內(nèi)外部) )重原子效應(yīng)重原子效應(yīng) 高核電荷使電子能級復(fù)雜，高核電荷使電子能級復(fù)雜， 電子自旋電子自旋-規(guī)定耦合作用加強(qiáng)規(guī)定耦合作用加強(qiáng) S1T1增加增加引入重原子,熒光增強(qiáng)嗎?7:25:35 順磁性物質(zhì)，氧等順磁性物質(zhì)，氧等7.2.4 儀器儀器與熒光儀一體化與熒光儀一體化 試用室試用室: :試樣池放在液氮杜瓦瓶內(nèi)試樣池放在液氮杜瓦瓶內(nèi) 固體表面磷光需特制試樣室固體表面磷光需特制試樣室 磷光鏡磷光鏡: :一種機(jī)械切光裝置一種機(jī)械切光裝置. . 轉(zhuǎn)筒式和轉(zhuǎn)盤式轉(zhuǎn)