chapter分子磷光和熒光

1、一、一、分子熒光與磷光產(chǎn)生過程分子熒光與磷光產(chǎn)生過程luminescence process of molecular fluorescence phosphorescence二、激發(fā)光譜與熒光光譜二、激發(fā)光譜與熒光光譜excitation spectrum and fluore-scence spectrum三、熒光的產(chǎn)生與分子結(jié)構(gòu)關(guān)系三、熒光的產(chǎn)生與分子結(jié)構(gòu)關(guān)系 relation between fluorescence and molecular structure四、影響熒光強(qiáng)度的因素四、影響熒光強(qiáng)度的因素factor influenced fluorescencemolecularm

2、olecularmolecular luminescenceluminescenceluminescenceanalysisanalysisanalysis molecular fluorescence molecular fluorescence molecular fluorescence and phosphorescenceand phosphorescenceand phosphorescence第五章第五章分子發(fā)光分析法分子發(fā)光分析法第一節(jié)第一節(jié)分子熒光和磷光分子熒光和磷光光分析法及其特點(diǎn)光分析法及其特點(diǎn)概念概念基于電磁輻射能量與待測(cè)物質(zhì)相互作用后所產(chǎn)生基于電磁輻射能量與待測(cè)物質(zhì)相

3、互作用后所產(chǎn)生的輻射信號(hào)與物質(zhì)組成及結(jié)構(gòu)關(guān)系所建立起來的的輻射信號(hào)與物質(zhì)組成及結(jié)構(gòu)關(guān)系所建立起來的分析方法分析方法相互作用方式相互作用方式發(fā)射、吸收、反射、折射、散射、干涉、衍射等發(fā)射、吸收、反射、折射、散射、干涉、衍射等 電磁輻射基本性質(zhì)電磁輻射基本性質(zhì) (1) 吸收吸收 物質(zhì)選擇性吸收特定頻率的輻射能，并從低能物質(zhì)選擇性吸收特定頻率的輻射能，并從低能 級(jí)躍遷到高能級(jí)；級(jí)躍遷到高能級(jí)； (2) 發(fā)射發(fā)射 將吸收的能量以光的形式釋放出；將吸收的能量以光的形式釋放出； (3) 散射散射 丁鐸爾散射和分子散射；丁鐸爾散射和分子散射； (4) 折射折射 折射是光在兩種介質(zhì)中的傳播速度不同；折射是光在

4、兩種介質(zhì)中的傳播速度不同； (5) 反射反射 (6) 干涉干涉 干涉現(xiàn)象；干涉現(xiàn)象； (7) 衍射衍射 光繞過物體而彎曲地向他后面?zhèn)鞑サ默F(xiàn)象；光繞過物體而彎曲地向他后面?zhèn)鞑サ默F(xiàn)象； (8) 偏振偏振 只在一個(gè)固定方向有振動(dòng)的光稱為平面偏振光。只在一個(gè)固定方向有振動(dòng)的光稱為平面偏振光。電磁輻射范圍：射線電磁輻射范圍：射線-無(wú)線電波所有范圍無(wú)線電波所有范圍光分析法在研究物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)表征、表面分析等光分析法在研究物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)表征、表面分析等方面具有其他方法不可取代的地位方面具有其他方法不可取代的地位三個(gè)基本過程三個(gè)基本過程（1） 能源提供能量能源提供能量（2） 能量與被測(cè)物之間的相互作用能量與被

5、測(cè)物之間的相互作用（3） 產(chǎn)生信號(hào)產(chǎn)生信號(hào)基本特點(diǎn)基本特點(diǎn)（1）所有光分析法均包含三個(gè)基本過程）所有光分析法均包含三個(gè)基本過程（2）選擇性測(cè)量，不涉及混合物分離）選擇性測(cè)量，不涉及混合物分離（3）涉及大量光學(xué)元件）涉及大量光學(xué)元件三、光分析法分類三、光分析法分類1、光譜法、光譜法基于物質(zhì)與輻射能作用時(shí)，分子發(fā)生能級(jí)躍遷而產(chǎn)生基于物質(zhì)與輻射能作用時(shí)，分子發(fā)生能級(jí)躍遷而產(chǎn)生的發(fā)射、吸收或散射的波長(zhǎng)強(qiáng)度進(jìn)行分析的方法的發(fā)射、吸收或散射的波長(zhǎng)強(qiáng)度進(jìn)行分析的方法（1）原子光譜：常見三種）原子光譜：常見三種基于基于原子外層電子躍遷原子外層電子躍遷:原子吸收光譜（原子吸收光譜（AAS）、原子發(fā)射光譜（原子發(fā)

6、射光譜（AES）、原）、原子熒光光譜（子熒光光譜（AFS）基于基于原子內(nèi)層電子躍遷原子內(nèi)層電子躍遷: X-射線熒光光譜（射線熒光光譜（XFS）基于基于原子核與射線作用原子核與射線作用: 穆斯堡譜，穆斯堡譜，能量分辨率可高達(dá)能量分辨率可高達(dá)10-13 （2）分子光譜）分子光譜基于分子中電子能級(jí)、振基于分子中電子能級(jí)、振-轉(zhuǎn)能級(jí)躍遷轉(zhuǎn)能級(jí)躍遷紫外光譜法（紫外光譜法（UV）紅外光譜法（紅外光譜法（IR）分子熒光光譜法（分子熒光光譜法（MFS）分子磷光光譜法（分子磷光光譜法（MPS）核磁共振與順磁共振波譜（核磁共振與順磁共振波譜（NMR）2、非光譜法、非光譜法不涉及能級(jí)躍遷，物質(zhì)與輻射作用時(shí)，僅改變轉(zhuǎn)

7、播方向不涉及能級(jí)躍遷，物質(zhì)與輻射作用時(shí)，僅改變轉(zhuǎn)播方向等物理性質(zhì)；等物理性質(zhì)；偏振法、干涉法（測(cè)膜厚和折射率）、旋光法等偏振法、干涉法（測(cè)膜厚和折射率）、旋光法等光分析法光分析法光譜分析法光譜分析法非光譜分析法非光譜分析法原子光譜分析法原子光譜分析法分子光譜分析法分子光譜分析法原原子子吸吸收收光光譜譜原原子子發(fā)發(fā)射射光光譜譜原原子子熒熒光光光光譜譜X射射線線熒熒光光光光譜譜折折射射法法圓圓二二色色性性法法X射射線線衍衍射射法法干干涉涉法法旋旋光光法法紫紫外外光光譜譜法法紅紅外外光光譜譜法法分分子子熒熒光光光光譜譜法法分分子子磷磷光光光光譜譜法法核核磁磁共共振振波波譜譜法法 各種光分析法各種光分

8、析法1. 原子發(fā)射光譜分析法原子發(fā)射光譜分析法 以火焰、電弧、等離子炬等作為光源，使氣態(tài)原子以火焰、電弧、等離子炬等作為光源，使氣態(tài)原子的外層電子受激發(fā)射出特征光譜進(jìn)行定量分析的方法的外層電子受激發(fā)射出特征光譜進(jìn)行定量分析的方法2. 原子吸收光譜分析法原子吸收光譜分析法 利用特殊光源發(fā)射出待測(cè)元素的共振線，并將溶液利用特殊光源發(fā)射出待測(cè)元素的共振線，并將溶液中離子轉(zhuǎn)變成氣態(tài)原子后，測(cè)定氣態(tài)原子對(duì)共振線吸中離子轉(zhuǎn)變成氣態(tài)原子后，測(cè)定氣態(tài)原子對(duì)共振線吸收而進(jìn)行的定量分析方法收而進(jìn)行的定量分析方法3. 原子熒光分析法原子熒光分析法 氣態(tài)原子吸收特征波長(zhǎng)的輻射后，外層電子從基態(tài)或氣態(tài)原子吸收特征波長(zhǎng)的

9、輻射后，外層電子從基態(tài)或低能態(tài)躍遷到高能態(tài)，在低能態(tài)躍遷到高能態(tài)，在10-8s后躍回基態(tài)或低能態(tài)時(shí)，后躍回基態(tài)或低能態(tài)時(shí)，發(fā)射出與吸收波長(zhǎng)相同或不同的熒光輻射，在與光源成發(fā)射出與吸收波長(zhǎng)相同或不同的熒光輻射，在與光源成90度的方向上，測(cè)定熒光強(qiáng)度進(jìn)行定量分析的方法度的方向上，測(cè)定熒光強(qiáng)度進(jìn)行定量分析的方法4. 分子熒光分析法分子熒光分析法 某些物質(zhì)被紫外光照射激發(fā)后，在回到基態(tài)的過程某些物質(zhì)被紫外光照射激發(fā)后，在回到基態(tài)的過程中中發(fā)射出比原激發(fā)波長(zhǎng)更長(zhǎng)的熒光發(fā)射出比原激發(fā)波長(zhǎng)更長(zhǎng)的熒光，通過測(cè)量熒光強(qiáng)度，通過測(cè)量熒光強(qiáng)度進(jìn)行定量分析的方法進(jìn)行定量分析的方法5. 分子磷光分析法分子磷光分析法 處

10、于第一最低單重激發(fā)態(tài)分子以無(wú)輻射弛豫方式進(jìn)處于第一最低單重激發(fā)態(tài)分子以無(wú)輻射弛豫方式進(jìn)入第一三重激發(fā)態(tài)，再躍遷返回基態(tài)發(fā)出磷光。測(cè)定磷入第一三重激發(fā)態(tài)，再躍遷返回基態(tài)發(fā)出磷光。測(cè)定磷光強(qiáng)度進(jìn)行定量分析的方法。光強(qiáng)度進(jìn)行定量分析的方法。6. X射線熒光分析法射線熒光分析法 原子受高能輻射，其內(nèi)層電子發(fā)生能級(jí)躍遷，發(fā)射原子受高能輻射，其內(nèi)層電子發(fā)生能級(jí)躍遷，發(fā)射出特征出特征X射線（射線（ X射線熒光），測(cè)定其強(qiáng)度可進(jìn)行定量射線熒光），測(cè)定其強(qiáng)度可進(jìn)行定量分析。分析。7. 化學(xué)發(fā)光分析法化學(xué)發(fā)光分析法 利用化學(xué)反應(yīng)提供能量，使待測(cè)分子被激發(fā)，返回利用化學(xué)反應(yīng)提供能量，使待測(cè)分子被激發(fā)，返回基態(tài)時(shí)發(fā)出

11、一定波長(zhǎng)的光，依據(jù)其強(qiáng)度與待測(cè)物濃度基態(tài)時(shí)發(fā)出一定波長(zhǎng)的光，依據(jù)其強(qiáng)度與待測(cè)物濃度之間的線性關(guān)系進(jìn)行定量分析的方法。之間的線性關(guān)系進(jìn)行定量分析的方法。8. 紫外吸收光譜分析法紫外吸收光譜分析法 利用溶液中分子吸收紫外和可見光產(chǎn)生躍遷所記錄利用溶液中分子吸收紫外和可見光產(chǎn)生躍遷所記錄的吸收光譜圖，可進(jìn)行化合物結(jié)構(gòu)分析，根據(jù)最大吸收的吸收光譜圖，可進(jìn)行化合物結(jié)構(gòu)分析，根據(jù)最大吸收波長(zhǎng)強(qiáng)度變化可進(jìn)行定量分析。波長(zhǎng)強(qiáng)度變化可進(jìn)行定量分析。9. 紅外吸收光譜分析法紅外吸收光譜分析法 利用分子中基團(tuán)吸收紅外光產(chǎn)生的振動(dòng)利用分子中基團(tuán)吸收紅外光產(chǎn)生的振動(dòng)-轉(zhuǎn)動(dòng)吸收轉(zhuǎn)動(dòng)吸收光譜進(jìn)行定量和有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)分析的方

12、法。光譜進(jìn)行定量和有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)分析的方法。10. 核磁共振波普分析法核磁共振波普分析法 在外磁場(chǎng)的作用下，核自旋磁矩與磁場(chǎng)相互作用而在外磁場(chǎng)的作用下，核自旋磁矩與磁場(chǎng)相互作用而裂分為能量不同的核磁能級(jí)，吸收射頻輻射后產(chǎn)生能級(jí)裂分為能量不同的核磁能級(jí)，吸收射頻輻射后產(chǎn)生能級(jí)躍遷，根據(jù)吸收光譜可進(jìn)行有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)分析。躍遷，根據(jù)吸收光譜可進(jìn)行有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)分析。11. 順磁共振波譜分析法順磁共振波譜分析法 在外磁場(chǎng)的作用下，電子的自旋磁矩與磁場(chǎng)相互作在外磁場(chǎng)的作用下，電子的自旋磁矩與磁場(chǎng)相互作用而裂分為磁量子數(shù)不同的磁能級(jí)，吸收微波輻射后產(chǎn)用而裂分為磁量子數(shù)不同的磁能級(jí)，吸收微波輻射后產(chǎn)生能級(jí)躍

13、遷，根據(jù)吸收光譜可進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析。生能級(jí)躍遷，根據(jù)吸收光譜可進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析。12. 旋光法旋光法 溶液的旋光性與分子的非對(duì)稱結(jié)構(gòu)有密切關(guān)系，可溶液的旋光性與分子的非對(duì)稱結(jié)構(gòu)有密切關(guān)系，可利用旋光法研究某些天然產(chǎn)物及配合物的立體化學(xué)問題，利用旋光法研究某些天然產(chǎn)物及配合物的立體化學(xué)問題，旋光計(jì)測(cè)定糖的含量。旋光計(jì)測(cè)定糖的含量。13. 衍射法衍射法 X射線衍射：研究晶體結(jié)構(gòu)，不同晶體具有不同衍射圖射線衍射：研究晶體結(jié)構(gòu)，不同晶體具有不同衍射圖 電子衍射：電子衍射是透射電子顯微鏡的基礎(chǔ)，研究物電子衍射：電子衍射是透射電子顯微鏡的基礎(chǔ)，研究物質(zhì)的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)。質(zhì)的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)。一、熒光與磷光的產(chǎn)生過程一、

14、熒光與磷光的產(chǎn)生過程一、熒光與磷光的產(chǎn)生過程一、熒光與磷光的產(chǎn)生過程一、熒光與磷光的產(chǎn)生過程一、熒光與磷光的產(chǎn)生過程luminescence process of molecular luminescence process of molecular luminescence process of molecular fluorescence phosphorescencefluorescence phosphorescencefluorescence phosphorescence1. 分子能級(jí)與躍遷分子能級(jí)與躍遷 分子能級(jí)比原子能級(jí)復(fù)雜；分子能級(jí)比原子能級(jí)復(fù)雜； 在每個(gè)電子能級(jí)上，都存在振

15、動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)；在每個(gè)電子能級(jí)上，都存在振動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)； 基態(tài)基態(tài)(S0)激發(fā)態(tài)激發(fā)態(tài)(S1、S2、激發(fā)態(tài)振動(dòng)能級(jí)激發(fā)態(tài)振動(dòng)能級(jí)) )：吸收特定吸收特定頻率的輻射；量子化；躍遷一次到位；頻率的輻射；量子化；躍遷一次到位； 激發(fā)態(tài)激發(fā)態(tài)基態(tài)：多種途徑和方式基態(tài)：多種途徑和方式( (見能級(jí)圖見能級(jí)圖) )；速度最快、；速度最快、激發(fā)態(tài)壽命最短的途徑占優(yōu)勢(shì)；激發(fā)態(tài)壽命最短的途徑占優(yōu)勢(shì)； 第一、第二、第一、第二、電子激發(fā)單重態(tài)電子激發(fā)單重態(tài) S1 、S2 ； 第一、第二、第一、第二、電子激發(fā)三重態(tài)電子激發(fā)三重態(tài) T1 、 T2 ；2. 2. 2.電子激發(fā)態(tài)的多重度電子激發(fā)態(tài)的多重度電子激發(fā)態(tài)的多重度電子

16、激發(fā)態(tài)的多重度電子激發(fā)態(tài)的多重度電子激發(fā)態(tài)的多重度電子激發(fā)態(tài)的多重度：電子激發(fā)態(tài)的多重度：M=2S+1 S為電子自旋量子數(shù)的代數(shù)和為電子自旋量子數(shù)的代數(shù)和(0或或1)；分子中一對(duì)電子為自旋反平行，分子中一對(duì)電子為自旋反平行，S=0，M=1，這種態(tài)被稱為單重，這種態(tài)被稱為單重態(tài)或單線態(tài)，大多數(shù)有機(jī)分子的基態(tài)處于單重態(tài)。態(tài)或單線態(tài)，大多數(shù)有機(jī)分子的基態(tài)處于單重態(tài)。處于處于S0態(tài)的一對(duì)電子吸收光子受激后，產(chǎn)生了在兩個(gè)軌道中自態(tài)的一對(duì)電子吸收光子受激后，產(chǎn)生了在兩個(gè)軌道中自旋方向平行的電子，旋方向平行的電子，這時(shí)這時(shí)S=1，M=3，這種狀態(tài)稱為三重態(tài)或三這種狀態(tài)稱為三重態(tài)或三線態(tài)。線態(tài)。 平行自旋比成

17、對(duì)自旋平行自旋比成對(duì)自旋穩(wěn)定穩(wěn)定(洪特規(guī)則洪特規(guī)則)，三三重態(tài)能級(jí)比相應(yīng)單重重態(tài)能級(jí)比相應(yīng)單重態(tài)能級(jí)低；態(tài)能級(jí)低；2.2.2.2.2.2.激發(fā)態(tài)激發(fā)態(tài)激發(fā)態(tài)激發(fā)態(tài)激發(fā)態(tài)激發(fā)態(tài)基態(tài)的能量傳遞途徑基態(tài)的能量傳遞途徑基態(tài)的能量傳遞途徑基態(tài)的能量傳遞途徑基態(tài)的能量傳遞途徑基態(tài)的能量傳遞途徑 電子處于激發(fā)態(tài)是不穩(wěn)定狀態(tài)，返回基態(tài)時(shí)，通過電子處于激發(fā)態(tài)是不穩(wěn)定狀態(tài)，返回基態(tài)時(shí)，通過輻射躍輻射躍遷遷(發(fā)光發(fā)光)和無(wú)輻射躍遷（熱）和無(wú)輻射躍遷（熱）等方式失去能量；等方式失去能量；傳遞途徑傳遞途徑輻射躍遷輻射躍遷熒光熒光延遲熒光延遲熒光磷光磷光內(nèi)轉(zhuǎn)移內(nèi)轉(zhuǎn)移外轉(zhuǎn)移外轉(zhuǎn)移系間跨躍系間跨躍振動(dòng)弛豫振動(dòng)弛豫無(wú)輻射躍遷無(wú)

18、輻射躍遷 激發(fā)態(tài)停留時(shí)間短、返回速度快的途徑，發(fā)生的幾率大，激發(fā)態(tài)停留時(shí)間短、返回速度快的途徑，發(fā)生的幾率大，發(fā)光強(qiáng)度相對(duì)大；發(fā)光強(qiáng)度相對(duì)大；熒光熒光：10-710 -9 s,第一激發(fā)第一激發(fā)單重態(tài)單重態(tài)的的最低振動(dòng)能級(jí)最低振動(dòng)能級(jí)基態(tài)；基態(tài)；磷光磷光：10-410s；第一激發(fā)第一激發(fā)三重態(tài)三重態(tài)的的最低振動(dòng)能級(jí)最低振動(dòng)能級(jí)基態(tài)；基態(tài)； S2S1S0T1吸吸 收收發(fā)發(fā)射射熒熒光光發(fā)發(fā)射射磷磷光光系間跨躍系間跨躍內(nèi)轉(zhuǎn)換內(nèi)轉(zhuǎn)換振動(dòng)弛豫振動(dòng)弛豫能能量量l l 2l l 1l l 3外轉(zhuǎn)換外轉(zhuǎn)換l l 2T2內(nèi)轉(zhuǎn)換內(nèi)轉(zhuǎn)換振動(dòng)弛豫振動(dòng)弛豫1)振動(dòng)弛豫振動(dòng)弛豫(Vibrational Relaxation

19、, VR) 在液相或壓力足夠高的氣相中，處于激發(fā)態(tài)的分在液相或壓力足夠高的氣相中，處于激發(fā)態(tài)的分子因碰撞將能量以熱的形式傳遞給周圍的分子，從而子因碰撞將能量以熱的形式傳遞給周圍的分子，從而從高振動(dòng)能層失活至低振動(dòng)能層的過程，稱為振動(dòng)弛從高振動(dòng)能層失活至低振動(dòng)能層的過程，稱為振動(dòng)弛豫。豫。2)內(nèi)轉(zhuǎn)化內(nèi)轉(zhuǎn)化( Internal Conversion，IC ) 對(duì)于具有相同多重度的分子，若較高電子能級(jí)的低對(duì)于具有相同多重度的分子，若較高電子能級(jí)的低振動(dòng)能層與較低電子能級(jí)的高振動(dòng)能層相重疊時(shí)，則振動(dòng)能層與較低電子能級(jí)的高振動(dòng)能層相重疊時(shí)，則電子可在重疊的能層之間通過振動(dòng)耦合產(chǎn)生無(wú)輻射躍電子可在重疊的能

20、層之間通過振動(dòng)耦合產(chǎn)生無(wú)輻射躍遷，如遷，如S2-S1；T2-T1。 非輻射能量傳遞過程非輻射能量傳遞過程非輻射能量傳遞過程非輻射能量傳遞過程非輻射能量傳遞過程非輻射能量傳遞過程3)系間跨躍系間跨躍 指不同多重態(tài)間的無(wú)輻射躍遷，例如指不同多重態(tài)間的無(wú)輻射躍遷，例如S1T1就是一就是一種系間跨躍。通常，發(fā)生系間跨躍時(shí)，電子由種系間跨躍。通常，發(fā)生系間跨躍時(shí)，電子由S1的較的較低振動(dòng)能級(jí)轉(zhuǎn)移至低振動(dòng)能級(jí)轉(zhuǎn)移至T1的較高振動(dòng)能級(jí)處。的較高振動(dòng)能級(jí)處。 有時(shí)，通過熱激發(fā)，有可能發(fā)生有時(shí)，通過熱激發(fā)，有可能發(fā)生T1S1，然后由然后由S1發(fā)生熒光。這是產(chǎn)生延遲熒光的機(jī)理。發(fā)生熒光。這是產(chǎn)生延遲熒光的機(jī)理。4

21、)外轉(zhuǎn)換外轉(zhuǎn)換(External Conversion，EC) 受激分子與溶劑或其它溶質(zhì)分子相互作用發(fā)生能量受激分子與溶劑或其它溶質(zhì)分子相互作用發(fā)生能量轉(zhuǎn)換而使熒光或磷光強(qiáng)度減弱甚至消失的過程，也稱轉(zhuǎn)換而使熒光或磷光強(qiáng)度減弱甚至消失的過程，也稱“熄滅熄滅”或或“猝滅猝滅”。輻射能量傳遞過程輻射能量傳遞過程輻射能量傳遞過程輻射能量傳遞過程輻射能量傳遞過程輻射能量傳遞過程熒光發(fā)射：熒光發(fā)射：電子由電子由第一激發(fā)單重態(tài)的最低振動(dòng)能級(jí)第一激發(fā)單重態(tài)的最低振動(dòng)能級(jí)基態(tài)基態(tài)（ 多多為為 S1 S0躍遷躍遷），），發(fā)射波長(zhǎng)為發(fā)射波長(zhǎng)為 l l 2的熒光；的熒光；而且不論電子開始而且不論電子開始被激發(fā)至什么高

22、能級(jí)，最終將只發(fā)射出波長(zhǎng)為被激發(fā)至什么高能級(jí)，最終將只發(fā)射出波長(zhǎng)為l l 2的熒光的熒光。時(shí)。時(shí)間間 10-710 -9 s 。 由圖可見，發(fā)射熒光的能量比分子吸收的能量小，波長(zhǎng)長(zhǎng)；由圖可見，發(fā)射熒光的能量比分子吸收的能量小，波長(zhǎng)長(zhǎng)； l l 2 l l 2 l l 1 ；磷光發(fā)射：磷光發(fā)射：電子由電子由第一激發(fā)三重態(tài)的最低振動(dòng)能級(jí)第一激發(fā)三重態(tài)的最低振動(dòng)能級(jí)基態(tài)基態(tài)（ T1 S0躍遷躍遷）；）； 電子由電子由S0進(jìn)入進(jìn)入T1的可能過程（的可能過程（ S0 T1）是禁阻躍遷，幾率小。是禁阻躍遷，幾率小。發(fā)光速度很慢：發(fā)光速度很慢： 10-4100 s 。 光照停止后，可持續(xù)一段時(shí)間。光照停止后

23、，可持續(xù)一段時(shí)間。所謂的所謂的在黑暗中發(fā)光在黑暗中發(fā)光的材料通常都是磷光性材料，如夜明珠的材料通常都是磷光性材料，如夜明珠。 二、激發(fā)光譜與熒光二、激發(fā)光譜與熒光二、激發(fā)光譜與熒光二、激發(fā)光譜與熒光二、激發(fā)光譜與熒光二、激發(fā)光譜與熒光( ( (磷光磷光磷光磷光磷光磷光) ) )光譜光譜光譜光譜光譜光譜 excitation spectrum and excitation spectrum and excitation spectrum and fluore-scencefluore-scencefluore-scence spectrum spectrum spectrum 熒光熒光(磷光磷光

24、)：光致發(fā)光光致發(fā)光，照射光波長(zhǎng)如何選擇？，照射光波長(zhǎng)如何選擇？1.熒光熒光(磷光磷光)的激發(fā)光譜曲線的激發(fā)光譜曲線 激發(fā)光的光源用單色器分光，測(cè)定不同波長(zhǎng)激發(fā)光照射下激發(fā)光的光源用單色器分光，測(cè)定不同波長(zhǎng)激發(fā)光照射下熒光強(qiáng)度的變化。熒光強(qiáng)度的變化。以激發(fā)波長(zhǎng)（以激發(fā)波長(zhǎng)（）為橫坐標(biāo)，熒光強(qiáng)度（）為橫坐標(biāo)，熒光強(qiáng)度（IF）為縱坐標(biāo)作圖，便可得到熒光物質(zhì)的激發(fā)光譜）為縱坐標(biāo)作圖，便可得到熒光物質(zhì)的激發(fā)光譜 （圖中曲線（圖中曲線I ） 。激發(fā)光譜中熒光強(qiáng)度最大處所對(duì)應(yīng)的激發(fā)波長(zhǎng)稱為最大激發(fā)激發(fā)光譜中熒光強(qiáng)度最大處所對(duì)應(yīng)的激發(fā)波長(zhǎng)稱為最大激發(fā)波長(zhǎng)。波長(zhǎng)。激發(fā)光譜的形狀與測(cè)量時(shí)選擇的發(fā)射波長(zhǎng)無(wú)關(guān)，但其

25、激發(fā)光譜的形狀與測(cè)量時(shí)選擇的發(fā)射波長(zhǎng)無(wú)關(guān)，但其相對(duì)強(qiáng)度與發(fā)射波長(zhǎng)有關(guān)。通常用最大激發(fā)波長(zhǎng)輻射樣品。相對(duì)強(qiáng)度與發(fā)射波長(zhǎng)有關(guān)。通常用最大激發(fā)波長(zhǎng)輻射樣品。 2.2.2.2.2.2.熒光光譜熒光光譜熒光光譜熒光光譜熒光光譜熒光光譜( ( ( ( ( (或磷光光譜或磷光光譜或磷光光譜或磷光光譜或磷光光譜或磷光光譜) ) ) ) ) )固定激發(fā)光波長(zhǎng)和強(qiáng)度固定激發(fā)光波長(zhǎng)和強(qiáng)度(選最選最大激發(fā)波長(zhǎng)大激發(fā)波長(zhǎng)), 讓物質(zhì)發(fā)出的熒讓物質(zhì)發(fā)出的熒光通過單色器測(cè)定不同波長(zhǎng)的光通過單色器測(cè)定不同波長(zhǎng)的熒光強(qiáng)度。以熒光的波長(zhǎng)（熒光強(qiáng)度。以熒光的波長(zhǎng)（）為橫坐標(biāo)，熒光強(qiáng)度（）為橫坐標(biāo)，熒光強(qiáng)度（IF）為縱坐標(biāo)作圖，便得

26、熒光光譜為縱坐標(biāo)作圖，便得熒光光譜。(圖中曲線圖中曲線II或或III)。熒光光譜中熒光強(qiáng)度最大處熒光光譜中熒光強(qiáng)度最大處所對(duì)應(yīng)的發(fā)射波長(zhǎng)稱為最大所對(duì)應(yīng)的發(fā)射波長(zhǎng)稱為最大發(fā)射波長(zhǎng)。發(fā)射波長(zhǎng)。200260320380440500560620熒光激發(fā)光譜熒光激發(fā)光譜熒光發(fā)射光譜熒光發(fā)射光譜磷光光譜磷光光譜室溫下菲的乙醇溶液熒（磷）光光譜室溫下菲的乙醇溶液熒（磷）光光譜3.3.3.3.3.3.激發(fā)光譜與發(fā)射光譜的關(guān)系激發(fā)光譜與發(fā)射光譜的關(guān)系激發(fā)光譜與發(fā)射光譜的關(guān)系激發(fā)光譜與發(fā)射光譜的關(guān)系激發(fā)光譜與發(fā)射光譜的關(guān)系激發(fā)光譜與發(fā)射光譜的關(guān)系 a.Stokes位移位移 激發(fā)光譜與發(fā)射光譜之間的波長(zhǎng)差值激發(fā)光譜

27、與發(fā)射光譜之間的波長(zhǎng)差值。發(fā)射光譜的波長(zhǎng)比發(fā)射光譜的波長(zhǎng)比激發(fā)光譜的長(zhǎng)，激發(fā)光譜的長(zhǎng)，振動(dòng)弛豫消耗了能量。振動(dòng)弛豫消耗了能量。 b.發(fā)射光譜的形狀與激發(fā)波長(zhǎng)無(wú)關(guān)發(fā)射光譜的形狀與激發(fā)波長(zhǎng)無(wú)關(guān) 電子躍遷到不同激發(fā)態(tài)能級(jí)，吸收不同波長(zhǎng)的能量電子躍遷到不同激發(fā)態(tài)能級(jí)，吸收不同波長(zhǎng)的能量(如能級(jí)如能級(jí)圖圖l l 2 ,l l 1)，產(chǎn)生不同吸收帶，經(jīng)過內(nèi)轉(zhuǎn)化和振動(dòng)弛豫但均回，產(chǎn)生不同吸收帶，經(jīng)過內(nèi)轉(zhuǎn)化和振動(dòng)弛豫但均回到第一激發(fā)到第一激發(fā)單重態(tài)單重態(tài)的最低振動(dòng)能級(jí)再躍遷回到基態(tài)，的最低振動(dòng)能級(jí)再躍遷回到基態(tài)，產(chǎn)生波產(chǎn)生波長(zhǎng)一定的熒光長(zhǎng)一定的熒光(如如l l 2 )。 c. 鏡像規(guī)則鏡像規(guī)則 通常熒光發(fā)射光

28、譜與它的吸收光譜（與激發(fā)光譜形狀一通常熒光發(fā)射光譜與它的吸收光譜（與激發(fā)光譜形狀一樣）成鏡像對(duì)稱關(guān)系。樣）成鏡像對(duì)稱關(guān)系。 鏡像規(guī)則的解釋鏡像規(guī)則的解釋鏡像規(guī)則的解釋鏡像規(guī)則的解釋鏡像規(guī)則的解釋鏡像規(guī)則的解釋解釋解釋1 1：能層結(jié)構(gòu)相似性：能層結(jié)構(gòu)相似性 熒光為第一電子激發(fā)單重態(tài)的最低熒光為第一電子激發(fā)單重態(tài)的最低振動(dòng)能層躍遷到基態(tài)的各個(gè)振動(dòng)能層而振動(dòng)能層躍遷到基態(tài)的各個(gè)振動(dòng)能層而形成，形成，即其形狀與基態(tài)振動(dòng)能級(jí)分布有即其形狀與基態(tài)振動(dòng)能級(jí)分布有關(guān)。關(guān)。 吸收光譜是由基態(tài)最低振動(dòng)能層躍吸收光譜是由基態(tài)最低振動(dòng)能層躍遷到第一電子激發(fā)單重態(tài)的各個(gè)振動(dòng)能遷到第一電子激發(fā)單重態(tài)的各個(gè)振動(dòng)能層而形成，

29、即其形狀與第一電子激發(fā)單層而形成，即其形狀與第一電子激發(fā)單重態(tài)的振動(dòng)能級(jí)分布有關(guān)。重態(tài)的振動(dòng)能級(jí)分布有關(guān)。由于由于激發(fā)態(tài)激發(fā)態(tài)和基態(tài)的振動(dòng)能層分布具有相似性和基態(tài)的振動(dòng)能層分布具有相似性，因，因而呈鏡像對(duì)稱。而呈鏡像對(duì)稱。 S1S0解釋解釋2：位能曲線位能曲線(Frank-Condon原理原理) 由于電子吸收躍遷速率極快由于電子吸收躍遷速率極快(10-15s)，此時(shí)核的相對(duì)位置可此時(shí)核的相對(duì)位置可視為不變視為不變(核較重核較重)。當(dāng)兩個(gè)能層間吸收躍遷的幾率越大，其相。當(dāng)兩個(gè)能層間吸收躍遷的幾率越大，其相反躍遷的幾率也越大，即產(chǎn)生的光譜呈鏡像對(duì)稱反躍遷的幾率也越大，即產(chǎn)生的光譜呈鏡像對(duì)稱。200

30、250300350400450500熒光激發(fā)光譜熒光激發(fā)光譜熒光發(fā)射光譜熒光發(fā)射光譜nm蒽的激發(fā)光譜和熒光光譜蒽的激發(fā)光譜和熒光光譜三、熒光的產(chǎn)生與分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系三、熒光的產(chǎn)生與分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系三、熒光的產(chǎn)生與分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系三、熒光的產(chǎn)生與分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系三、熒光的產(chǎn)生與分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系三、熒光的產(chǎn)生與分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系 relation between fluorescence and molecular structurerelation between fluorescence and molecular structurerelation between fluorescence and mol

31、ecular structure 1. 1.分子產(chǎn)生熒光必須具備的條件分子產(chǎn)生熒光必須具備的條件（1）具有合適的結(jié)構(gòu)：）具有合適的結(jié)構(gòu)：分子必須具有與所照射的輻射頻率相分子必須具有與所照射的輻射頻率相適應(yīng)的結(jié)構(gòu)適應(yīng)的結(jié)構(gòu), 才能吸收激發(fā)光；才能吸收激發(fā)光；（2）具有一定的熒光量子產(chǎn)率。）具有一定的熒光量子產(chǎn)率。熒光量子產(chǎn)率也叫熒光效率熒光量子產(chǎn)率也叫熒光效率或量子效率，它表示物質(zhì)發(fā)射熒光的能力，通常用下式表示或量子效率，它表示物質(zhì)發(fā)射熒光的能力，通常用下式表示 熒光量子產(chǎn)率（熒光量子產(chǎn)率（ ）：）：吸收的光量子數(shù)吸收的光量子數(shù)發(fā)射的光量子數(shù)發(fā)射的光量子數(shù)在產(chǎn)生熒光的過程中，涉及到許多輻射和無(wú)輻

32、射躍遷過程，在產(chǎn)生熒光的過程中，涉及到許多輻射和無(wú)輻射躍遷過程，如熒光發(fā)射、內(nèi)轉(zhuǎn)移、系間跨躍和外轉(zhuǎn)移等。因此，如熒光發(fā)射、內(nèi)轉(zhuǎn)移、系間跨躍和外轉(zhuǎn)移等。因此，熒光的熒光的量子產(chǎn)率，將與上述每一個(gè)過程的速率常數(shù)有關(guān)。量子產(chǎn)率，將與上述每一個(gè)過程的速率常數(shù)有關(guān)。如外轉(zhuǎn)換過程速度快，不出現(xiàn)熒光發(fā)射。如外轉(zhuǎn)換過程速度快，不出現(xiàn)熒光發(fā)射。2 .化合物的結(jié)構(gòu)與熒光化合物的結(jié)構(gòu)與熒光(1)躍遷類型躍遷類型 對(duì)于大多數(shù)熒光物質(zhì)，首先經(jīng)歷對(duì)于大多數(shù)熒光物質(zhì)，首先經(jīng)歷 或或n(非鍵電子軌道非鍵電子軌道) 激發(fā)，然后經(jīng)過振動(dòng)弛豫或其它無(wú)輻射躍遷，再發(fā)生激發(fā)，然后經(jīng)過振動(dòng)弛豫或其它無(wú)輻射躍遷，再發(fā)生 或或 n躍遷而得到

33、熒光。躍遷而得到熒光。 躍遷躍遷常能發(fā)出較強(qiáng)的熒光常能發(fā)出較強(qiáng)的熒光(較大的量子產(chǎn)率較大的量子產(chǎn)率)。這是由于。這是由于 躍遷具有較大的摩爾吸光系數(shù)躍遷具有較大的摩爾吸光系數(shù)(一般比一般比n 大大100-1000倍倍)。 其次，其次， 躍遷的壽命約為躍遷的壽命約為10-710-9s，比，比n 躍遷的壽命躍遷的壽命10-510-7s要短。在各種躍遷過程的競(jìng)爭(zhēng)中，它是有利于發(fā)射熒光要短。在各種躍遷過程的競(jìng)爭(zhēng)中，它是有利于發(fā)射熒光的。此外，在的。此外，在躍遷過程中，通過系間跨躍至三重態(tài)的速率躍遷過程中，通過系間跨躍至三重態(tài)的速率常數(shù)也較小，有利于熒光的產(chǎn)生。常數(shù)也較小，有利于熒光的產(chǎn)生。 S1T1能

34、級(jí)差較大，這也有利能級(jí)差較大，這也有利于熒光的發(fā)射。于熒光的發(fā)射。 總之，總之，躍遷是產(chǎn)生熒光的主要躍遷類型。躍遷是產(chǎn)生熒光的主要躍遷類型。(2)共軛效應(yīng)共軛效應(yīng) 容易實(shí)現(xiàn)容易實(shí)現(xiàn) 激發(fā)激發(fā) 的芳香族化合物容易發(fā)生熒光，能發(fā)生的芳香族化合物容易發(fā)生熒光，能發(fā)生熒光的脂肪族和脂環(huán)族化合物極少熒光的脂肪族和脂環(huán)族化合物極少(僅少數(shù)高度共軛體系化合物除僅少數(shù)高度共軛體系化合物除外外)。 此外，此外，增加體系的共軛度，熒光效率一般也將增大。增加體系的共軛度，熒光效率一般也將增大。例如：在多烯結(jié)構(gòu)中，例如：在多烯結(jié)構(gòu)中，Ph(CH=CH)3 Ph和和Ph(CH=CH)2 Ph在苯中在苯中的熒光效率分別為

35、的熒光效率分別為0.68和和0.28。共軛效應(yīng)使熒光增強(qiáng)的原因共軛效應(yīng)使熒光增強(qiáng)的原因 ： 主要是由于增大熒光物質(zhì)的摩爾吸光系數(shù)，有利于產(chǎn)生更多主要是由于增大熒光物質(zhì)的摩爾吸光系數(shù)，有利于產(chǎn)生更多的激發(fā)態(tài)分子，從而有利于熒光的發(fā)生。的激發(fā)態(tài)分子，從而有利于熒光的發(fā)生。(3)剛性平面結(jié)構(gòu)剛性平面結(jié)構(gòu) 多數(shù)具有剛性平面結(jié)構(gòu)的有機(jī)分子具有強(qiáng)烈的熒光。多數(shù)具有剛性平面結(jié)構(gòu)的有機(jī)分子具有強(qiáng)烈的熒光。因因?yàn)檫@種結(jié)構(gòu)可以減少分子的振動(dòng)，使分子與溶劑或其它溶為這種結(jié)構(gòu)可以減少分子的振動(dòng)，使分子與溶劑或其它溶質(zhì)分子的相互作用減少，也就減少了碰撞去活的可能性。質(zhì)分子的相互作用減少，也就減少了碰撞去活的可能性。(4

36、)取代基效應(yīng)取代基效應(yīng) 芳香族化合物苯環(huán)上的不同取代基對(duì)該化合物的熒光強(qiáng)芳香族化合物苯環(huán)上的不同取代基對(duì)該化合物的熒光強(qiáng)度和熒光光譜有很大的影響。度和熒光光譜有很大的影響。給電子基團(tuán)給電子基團(tuán)，如如-OH、-OR、-CN、-NH2 、 -NR2等，等，使熒使熒光增強(qiáng)。光增強(qiáng)。因?yàn)楫a(chǎn)生了因?yàn)楫a(chǎn)生了p- 共軛作用，增強(qiáng)了共軛作用，增強(qiáng)了 電子共軛程度，電子共軛程度，使最低激發(fā)單重態(tài)與基態(tài)之間的躍遷幾率增大。使最低激發(fā)單重態(tài)與基態(tài)之間的躍遷幾率增大。吸電子基團(tuán)，吸電子基團(tuán)，如如-COOH、-NO、-C O、鹵素等鹵素等，會(huì)減弱甚，會(huì)減弱甚至?xí)鐭晒?。至?xí)鐭晒狻?鹵素取代基隨原子序數(shù)的增加而熒光

37、降低。這可能是由所鹵素取代基隨原子序數(shù)的增加而熒光降低。這可能是由所謂謂“重原子效應(yīng)重原子效應(yīng)”使系間竄躍速率增加所致使系間竄躍速率增加所致。在重原子中，。在重原子中，能級(jí)之間的交叉現(xiàn)象比較嚴(yán)重，因此容易發(fā)生自旋軌道的相能級(jí)之間的交叉現(xiàn)象比較嚴(yán)重，因此容易發(fā)生自旋軌道的相互作用，增加了由單重態(tài)轉(zhuǎn)化為三重態(tài)的概率?；プ饔?，增加了由單重態(tài)轉(zhuǎn)化為三重態(tài)的概率。 取代基的空間障礙對(duì)熒光也有影響。取代基的空間障礙對(duì)熒光也有影響。 立體異構(gòu)現(xiàn)象對(duì)熒立體異構(gòu)現(xiàn)象對(duì)熒光強(qiáng)度有顯著的影響。光強(qiáng)度有顯著的影響。5 、金屬螯合物的熒光、金屬螯合物的熒光 除過渡元素的順磁性原子會(huì)發(fā)生線狀熒光光譜外，除過渡元素的順磁性

38、原子會(huì)發(fā)生線狀熒光光譜外，大多大多數(shù)無(wú)機(jī)鹽類金屬離子，在溶液中只能發(fā)生無(wú)輻射躍遷，因而數(shù)無(wú)機(jī)鹽類金屬離子，在溶液中只能發(fā)生無(wú)輻射躍遷，因而不產(chǎn)生熒光。不產(chǎn)生熒光。但是，在某些情況下，金屬螯合物卻能產(chǎn)生很但是，在某些情況下，金屬螯合物卻能產(chǎn)生很強(qiáng)的熒光，并可用于痕量金屬元素分析。強(qiáng)的熒光，并可用于痕量金屬元素分析。(1)螯合物中配位體的發(fā)光螯合物中配位體的發(fā)光 不少有機(jī)化合物雖然具有共軛雙鍵，但由于不是剛性結(jié)不少有機(jī)化合物雖然具有共軛雙鍵，但由于不是剛性結(jié)構(gòu)，分子處于非同一平面，因而不發(fā)生熒光。構(gòu)，分子處于非同一平面，因而不發(fā)生熒光。若這些化合物若這些化合物和金屬離子形成螯合物，隨著分子的剛性增

39、強(qiáng)，平面結(jié)構(gòu)的和金屬離子形成螯合物，隨著分子的剛性增強(qiáng)，平面結(jié)構(gòu)的增大，常會(huì)發(fā)生熒光。增大，常會(huì)發(fā)生熒光。 如：如：8-羥基喹啉本身有很弱的熒光，但其金屬螯合物具羥基喹啉本身有很弱的熒光，但其金屬螯合物具有很強(qiáng)的熒光。有很強(qiáng)的熒光。(2)螯合物中金屬離子的特征熒光螯合物中金屬離子的特征熒光 這類發(fā)光過程通常是螯合物首先通過配位體的這類發(fā)光過程通常是螯合物首先通過配位體的躍躍遷激發(fā)，接著配位體把能量轉(zhuǎn)給金屬離子，遷激發(fā)，接著配位體把能量轉(zhuǎn)給金屬離子，導(dǎo)致導(dǎo)致dd*躍遷和躍遷和ff*躍遷，最終發(fā)射的是躍遷，最終發(fā)射的是dd*躍遷和躍遷和ff*躍遷光譜。躍遷光譜。四四 影響熒光強(qiáng)度的因素影響熒光強(qiáng)度

40、的因素 溶劑溶劑對(duì)熒光強(qiáng)度的影響對(duì)熒光強(qiáng)度的影響 溶劑的影響可分為溶劑的影響可分為一般溶劑效應(yīng)和特殊溶劑效應(yīng)一般溶劑效應(yīng)和特殊溶劑效應(yīng)。 一般溶劑效應(yīng)一般溶劑效應(yīng)：溶劑的折射率和介電常數(shù)的影響。：溶劑的折射率和介電常數(shù)的影響。 特殊溶劑效應(yīng)特殊溶劑效應(yīng)：熒光體和溶劑分子間的特殊化學(xué)作用，：熒光體和溶劑分子間的特殊化學(xué)作用，如氫鍵的生成和化合作用。如氫鍵的生成和化合作用。 一般溶劑效應(yīng)是普遍的，而特殊溶劑效應(yīng)則決定于溶劑一般溶劑效應(yīng)是普遍的，而特殊溶劑效應(yīng)則決定于溶劑和熒光體的化學(xué)結(jié)構(gòu)。特殊溶劑效應(yīng)所引起熒光光譜的移動(dòng)和熒光體的化學(xué)結(jié)構(gòu)。特殊溶劑效應(yīng)所引起熒光光譜的移動(dòng)值，往往大于一般溶劑效應(yīng)所

41、引起的影響。由于溶質(zhì)分子與值，往往大于一般溶劑效應(yīng)所引起的影響。由于溶質(zhì)分子與溶劑分子間的作用，使溶劑分子間的作用，使同一種熒光物質(zhì)在不同的溶劑同一種同一種熒光物質(zhì)在不同的溶劑同一種 熒光物質(zhì)在不同的溶劑中的熒光光譜可能會(huì)有顯著不同。熒光物質(zhì)在不同的溶劑中的熒光光譜可能會(huì)有顯著不同。 有的情況，有的情況，增大溶劑的極性，增大溶劑的極性，將使將使n 躍遷的能量增大，躍遷的能量增大， 躍遷的能量減小，躍遷的能量減小，而導(dǎo)致熒光增強(qiáng)，熒光峰紅移。而導(dǎo)致熒光增強(qiáng)，熒光峰紅移。 但也但也有相反的情況，有相反的情況，例如，苯胺、萘磺酸類化合物在戊醇、丁醇、例如，苯胺、萘磺酸類化合物在戊醇、丁醇、丙醇、乙醇

42、和甲醇中，隨著醇的極性增大，熒光強(qiáng)度減小，丙醇、乙醇和甲醇中，隨著醇的極性增大，熒光強(qiáng)度減小，熒光峰藍(lán)移。熒光峰藍(lán)移。因此熒光光譜的位置和強(qiáng)度與溶劑極性之間的因此熒光光譜的位置和強(qiáng)度與溶劑極性之間的關(guān)系，應(yīng)根據(jù)熒光物質(zhì)與溶劑的不同而異。關(guān)系，應(yīng)根據(jù)熒光物質(zhì)與溶劑的不同而異。 如果溶劑和熒光物質(zhì)形成了化合物，或溶劑使熒光物質(zhì)如果溶劑和熒光物質(zhì)形成了化合物，或溶劑使熒光物質(zhì)的電性狀態(tài)改變，則熒光峰位和強(qiáng)度都會(huì)發(fā)生較大的變化。的電性狀態(tài)改變，則熒光峰位和強(qiáng)度都會(huì)發(fā)生較大的變化。 溫度對(duì)熒光強(qiáng)度的影響溫度對(duì)熒光強(qiáng)度的影響 溫度上升使熒光強(qiáng)度下降。溫度上升使熒光強(qiáng)度下降。 其中一個(gè)原因是分子的內(nèi)部能量轉(zhuǎn)

43、化作用。其中一個(gè)原因是分子的內(nèi)部能量轉(zhuǎn)化作用。當(dāng)激發(fā)分子接受當(dāng)激發(fā)分子接受額外熱能時(shí)，有可能使激發(fā)能轉(zhuǎn)換為基態(tài)的振動(dòng)能量，隨后迅速額外熱能時(shí)，有可能使激發(fā)能轉(zhuǎn)換為基態(tài)的振動(dòng)能量，隨后迅速振動(dòng)弛豫而喪失振動(dòng)能量。振動(dòng)弛豫而喪失振動(dòng)能量。 另一個(gè)原因是碰撞頻率增加，使外轉(zhuǎn)換的去活幾率增加。另一個(gè)原因是碰撞頻率增加，使外轉(zhuǎn)換的去活幾率增加。 溶液溶液pH值對(duì)熒光強(qiáng)度的影響值對(duì)熒光強(qiáng)度的影響 帶有酸性或堿性官能團(tuán)的大多數(shù)芳香族化合物的熒光與溶液帶有酸性或堿性官能團(tuán)的大多數(shù)芳香族化合物的熒光與溶液的的pH有關(guān)。有關(guān)。 具有酸性或堿性基團(tuán)的有機(jī)物質(zhì)，具有酸性或堿性基團(tuán)的有機(jī)物質(zhì)，在不同在不同pH值時(shí)，其結(jié)

44、構(gòu)值時(shí)，其結(jié)構(gòu) 可能發(fā)生變化，因而熒光強(qiáng)度將發(fā)生改變；可能發(fā)生變化，因而熒光強(qiáng)度將發(fā)生改變；對(duì)無(wú)機(jī)熒光物質(zhì)，對(duì)無(wú)機(jī)熒光物質(zhì)，因因pH值會(huì)影響其穩(wěn)定性，因而也可使其熒光強(qiáng)度發(fā)生改變。值會(huì)影響其穩(wěn)定性，因而也可使其熒光強(qiáng)度發(fā)生改變。 對(duì)于金屬離子與有機(jī)試劑形成的發(fā)光對(duì)于金屬離子與有機(jī)試劑形成的發(fā)光螯螯合物，合物，一方面一方面pH會(huì)會(huì)影響合影響合螯螯物的形成，另一方面還會(huì)影響物的形成，另一方面還會(huì)影響螯螯合物的組成，從而影合物的組成，從而影響它們的熒光性質(zhì)。響它們的熒光性質(zhì)。 內(nèi)濾光作用和自吸收現(xiàn)象內(nèi)濾光作用和自吸收現(xiàn)象 溶液中若存在能吸收激發(fā)或熒光物質(zhì)所發(fā)射光能的物質(zhì)，溶液中若存在能吸收激發(fā)或熒光

45、物質(zhì)所發(fā)射光能的物質(zhì)，就會(huì)使熒光減弱，就會(huì)使熒光減弱，這種現(xiàn)象稱為這種現(xiàn)象稱為“內(nèi)濾光作用內(nèi)濾光作用”。如色胺酸中如色胺酸中的重鉻酸鉀的重鉻酸鉀。 如如熒光物質(zhì)的熒光發(fā)射光譜的短波長(zhǎng)的一端與該物質(zhì)的吸熒光物質(zhì)的熒光發(fā)射光譜的短波長(zhǎng)的一端與該物質(zhì)的吸收光譜的長(zhǎng)波長(zhǎng)一端有重疊收光譜的長(zhǎng)波長(zhǎng)一端有重疊，產(chǎn)生產(chǎn)生“自吸收自吸收”現(xiàn)象現(xiàn)象，而降低了而降低了溶液的熒光強(qiáng)度溶液的熒光強(qiáng)度，如蒽化合物如蒽化合物 。順磁性物質(zhì)的存在，順磁性物質(zhì)的存在，使激發(fā)單重態(tài)的系間跨躍速率增大使激發(fā)單重態(tài)的系間跨躍速率增大,因因而會(huì)使熒光效率降低而會(huì)使熒光效率降低。5、溶液熒光猝滅溶液熒光猝滅 熒光物質(zhì)分子與溶劑分子或其它

46、溶質(zhì)分子的相互作用引熒光物質(zhì)分子與溶劑分子或其它溶質(zhì)分子的相互作用引起熒光強(qiáng)度降低的現(xiàn)象稱為起熒光強(qiáng)度降低的現(xiàn)象稱為熒光猝滅熒光猝滅。能引起熒光強(qiáng)度降低的物質(zhì)稱為猝滅劑。能引起熒光強(qiáng)度降低的物質(zhì)稱為猝滅劑。 導(dǎo)致熒光猝滅的主要類型：導(dǎo)致熒光猝滅的主要類型： 碰撞猝滅碰撞猝滅 碰撞猝滅碰撞猝滅是指處于激發(fā)單重態(tài)的熒光分子與猝滅劑分子是指處于激發(fā)單重態(tài)的熒光分子與猝滅劑分子相碰撞，使激發(fā)單重態(tài)的熒光分子以無(wú)輻射躍遷的方式回到相碰撞，使激發(fā)單重態(tài)的熒光分子以無(wú)輻射躍遷的方式回到基態(tài)，產(chǎn)生猝滅作用。基態(tài)，產(chǎn)生猝滅作用。 靜態(tài)猝滅靜態(tài)猝滅(組成化合物的猝滅組成化合物的猝滅) 由于部分熒光物質(zhì)分子與猝滅劑

47、分子生成非熒光的配合由于部分熒光物質(zhì)分子與猝滅劑分子生成非熒光的配合物而產(chǎn)生的。物而產(chǎn)生的。此過程往往還會(huì)引起溶液吸收光譜的改變。此過程往往還會(huì)引起溶液吸收光譜的改變。 轉(zhuǎn)入三重態(tài)的猝滅轉(zhuǎn)入三重態(tài)的猝滅 分子由于系間的跨越躍遷，由單重態(tài)躍遷到三重態(tài)。轉(zhuǎn)分子由于系間的跨越躍遷，由單重態(tài)躍遷到三重態(tài)。轉(zhuǎn)入三重態(tài)的分子在常溫下不發(fā)光，它們?cè)谂c其它分子的碰撞入三重態(tài)的分子在常溫下不發(fā)光，它們?cè)谂c其它分子的碰撞中消耗能量而使熒光猝滅。中消耗能量而使熒光猝滅。 溶液中的溶解氧對(duì)有機(jī)化合物的熒光產(chǎn)生猝滅效應(yīng)。溶液中的溶解氧對(duì)有機(jī)化合物的熒光產(chǎn)生猝滅效應(yīng)。是是由于三重態(tài)基態(tài)的氧分子和單重激發(fā)態(tài)的熒光物質(zhì)分子碰

48、撞，由于三重態(tài)基態(tài)的氧分子和單重激發(fā)態(tài)的熒光物質(zhì)分子碰撞，形成了單重激發(fā)態(tài)的氧分子和三重態(tài)的熒光物質(zhì)分子，使熒形成了單重激發(fā)態(tài)的氧分子和三重態(tài)的熒光物質(zhì)分子，使熒光猝滅。光猝滅。 發(fā)生電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)的猝滅發(fā)生電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)的猝滅 某些猝滅劑分子與熒光物質(zhì)分子相互作用時(shí)，發(fā)生了電子某些猝滅劑分子與熒光物質(zhì)分子相互作用時(shí)，發(fā)生了電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)，因而引起熒光猝滅。轉(zhuǎn)移反應(yīng)，因而引起熒光猝滅。 熒光物質(zhì)的自猝滅熒光物質(zhì)的自猝滅 在濃度較高的熒光物質(zhì)溶液中，單重激發(fā)態(tài)的分子在發(fā)生在濃度較高的熒光物質(zhì)溶液中，單重激發(fā)態(tài)的分子在發(fā)生熒光之前和未激發(fā)的熒光物質(zhì)分子碰撞而引起的自猝滅。有些熒光之前和未激發(fā)的熒光物質(zhì)分

49、子碰撞而引起的自猝滅。有些熒光物質(zhì)分子在溶液濃度較高時(shí)會(huì)形成二聚體或多聚體，使它熒光物質(zhì)分子在溶液濃度較高時(shí)會(huì)形成二聚體或多聚體，使它們的吸收光譜發(fā)生變化，也引起溶液熒光強(qiáng)度的降低或消失。們的吸收光譜發(fā)生變化，也引起溶液熒光強(qiáng)度的降低或消失。一、一、 儀器與結(jié)構(gòu)流程儀器與結(jié)構(gòu)流程instrument and general process 二、二、 熒光分析法和應(yīng)用熒光分析法和應(yīng)用fluorescence analysis and application三、三、 磷光分析法的應(yīng)用磷光分析法的應(yīng)用phosphorescence analysis and application第二節(jié)第二節(jié)第二節(jié)第

50、二節(jié)第二節(jié)第二節(jié) 分子熒光與磷光分析法分子熒光與磷光分析法分子熒光與磷光分析法分子熒光與磷光分析法分子熒光與磷光分析法分子熒光與磷光分析法molecularmolecularmolecular luminescenceluminescenceluminescenceanalysisanalysisanalysis molecular fluorescence molecular fluorescence molecular fluorescence and phosphorescence and phosphorescence and phosphorescence analysisanaly

51、sisanalysis 第五章第五章分子發(fā)光分析法分子發(fā)光分析法一、儀器結(jié)構(gòu)流程一、儀器結(jié)構(gòu)流程一、儀器結(jié)構(gòu)流程一、儀器結(jié)構(gòu)流程一、儀器結(jié)構(gòu)流程一、儀器結(jié)構(gòu)流程 測(cè)量熒光的儀器主要由測(cè)量熒光的儀器主要由四個(gè)部分組成四個(gè)部分組成：激發(fā)光源、樣品：激發(fā)光源、樣品池、雙單色器系統(tǒng)、檢測(cè)器池、雙單色器系統(tǒng)、檢測(cè)器。 特殊點(diǎn)特殊點(diǎn)：有兩個(gè)單色器，光源與檢測(cè)器通常成直角：有兩個(gè)單色器，光源與檢測(cè)器通常成直角。光源：光源：氙燈、氙燈、高壓汞燈，染高壓汞燈，染料激光器料激光器( (可見與紫外區(qū)可見與紫外區(qū)) )樣品池：樣品池：石英石英(低熒光材料低熒光材料)單色器：?jiǎn)紊鳎哼x擇激發(fā)光波長(zhǎng)的選擇激發(fā)光波長(zhǎng)的第一

52、單色器和選擇發(fā)射光第一單色器和選擇發(fā)射光( (測(cè)量測(cè)量) )波長(zhǎng)的第二單色器；波長(zhǎng)的第二單色器；檢測(cè)器：檢測(cè)器：光電倍增管光電倍增管。儀儀儀儀儀儀器器器器器器光光光光光光路路路路路路圖圖圖圖圖圖儀器框圖儀器框圖儀器框圖儀器框圖儀器框圖儀器框圖該型儀器可該型儀器可進(jìn)行熒光、進(jìn)行熒光、磷光和發(fā)光磷光和發(fā)光分析；分析；同步掃描技術(shù)同步掃描技術(shù)同步掃描技術(shù)同步掃描技術(shù)同步掃描技術(shù)同步掃描技術(shù) 根據(jù)激發(fā)和發(fā)射單色器在掃描過程中彼此間所保持的根據(jù)激發(fā)和發(fā)射單色器在掃描過程中彼此間所保持的關(guān)系，同步掃描可分為固定波長(zhǎng)差關(guān)系，同步掃描可分為固定波長(zhǎng)差( (ll) )和固定能量差及可和固定能量差及可變波長(zhǎng)三種；

53、變波長(zhǎng)三種； 同步掃描技術(shù)可簡(jiǎn)化光譜同步掃描技術(shù)可簡(jiǎn)化光譜，譜帶變譜帶變窄，減少光譜重疊，提高分辨率；窄，減少光譜重疊，提高分辨率； 如圖。如圖。 合適的合適的ll可可減少光譜重疊；減少光譜重疊；酪氨酸和色氨酸的熒光激發(fā)光譜相似酪氨酸和色氨酸的熒光激發(fā)光譜相似，發(fā)射光譜嚴(yán)重重疊，但，發(fā)射光譜嚴(yán)重重疊，但ll60nm時(shí)，只顯示時(shí)，只顯示色氨酸的特征色氨酸的特征光譜，實(shí)現(xiàn)分別測(cè)定。光譜，實(shí)現(xiàn)分別測(cè)定?？色@得三維光譜圖的儀器可獲得三維光譜圖的儀器可獲得三維光譜圖的儀器可獲得三維光譜圖的儀器可獲得三維光譜圖的儀器可獲得三維光譜圖的儀器 可獲得激發(fā)光譜與發(fā)射光譜同時(shí)變化時(shí)的熒可獲得激發(fā)光譜與發(fā)射光譜同時(shí)

54、變化時(shí)的熒( (磷磷) )光光譜圖光光譜圖黃酒的熒光光譜研究黃酒的熒光光譜研究獲得激發(fā)波長(zhǎng)與發(fā)射波長(zhǎng)同時(shí)變化時(shí)的熒光強(qiáng)度信息獲得激發(fā)波長(zhǎng)與發(fā)射波長(zhǎng)同時(shí)變化時(shí)的熒光強(qiáng)度信息采用采用FLS920穩(wěn)穩(wěn)態(tài)熒光光譜儀態(tài)熒光光譜儀磷光檢測(cè)磷光檢測(cè)磷光檢測(cè)磷光檢測(cè)磷光檢測(cè)磷光檢測(cè)熒光計(jì)上配上磷光測(cè)量附件即可對(duì)磷光進(jìn)行測(cè)量。在有熒光熒光計(jì)上配上磷光測(cè)量附件即可對(duì)磷光進(jìn)行測(cè)量。在有熒光發(fā)射的同時(shí)測(cè)量磷光。發(fā)射的同時(shí)測(cè)量磷光。 測(cè)量方法：測(cè)量方法：（1 1）通常借助于熒光和磷）通常借助于熒光和磷光壽命的差別，采用磷光光壽命的差別，采用磷光鏡的裝置將熒光隔開。鏡的裝置將熒光隔開。（2 2）采用脈沖光源和可控）采用脈

55、沖光源和可控檢測(cè)及時(shí)間分辨技術(shù)。檢測(cè)及時(shí)間分辨技術(shù)。 二、熒光分析方法與應(yīng)用二、熒光分析方法與應(yīng)用二、熒光分析方法與應(yīng)用二、熒光分析方法與應(yīng)用二、熒光分析方法與應(yīng)用二、熒光分析方法與應(yīng)用1. 1. 特點(diǎn)特點(diǎn)（1）靈敏度高）靈敏度高 比紫外比紫外-可見分光光度法高可見分光光度法高24個(gè)數(shù)量級(jí)；個(gè)數(shù)量級(jí)； 檢測(cè)下限：檢測(cè)下限：0.10.1 g/cm-3 相對(duì)靈敏度：相對(duì)靈敏度：0.05mol/L 奎寧硫酸氫鹽的硫酸溶液?？鼘幜蛩釟潲}的硫酸溶液。（2）選擇性強(qiáng)）選擇性強(qiáng) 可同時(shí)用激發(fā)光譜和熒光發(fā)射光譜定性?？赏瑫r(shí)用激發(fā)光譜和熒光發(fā)射光譜定性。（3）試樣量少）試樣量少 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：主要是因?yàn)槟馨l(fā)熒光的

56、物質(zhì)不具普遍性、增強(qiáng)熒光的方法有主要是因?yàn)槟馨l(fā)熒光的物質(zhì)不具普遍性、增強(qiáng)熒光的方法有限、外界環(huán)境對(duì)熒光量子效率影響大、干擾測(cè)量的因素較多限、外界環(huán)境對(duì)熒光量子效率影響大、干擾測(cè)量的因素較多。2. 2. 2. 定量定量定量定量定量定量依據(jù)與方法依據(jù)與方法依據(jù)與方法依據(jù)與方法依據(jù)與方法依據(jù)與方法(1)定量依據(jù)定量依據(jù) 熒光強(qiáng)度熒光強(qiáng)度 If正比于正比于吸收的光量吸收的光量Ia和熒光量子效率和熒光量子效率 ： If = Ia 由朗由朗-比耳定律：比耳定律： Ia = I0(1-10- l c ) If = I0(1-10- l c ) = I0(1-e-2.3 l c ) 濃度很低時(shí)，將括號(hào)項(xiàng)近似處

57、理后：濃度很低時(shí)，將括號(hào)項(xiàng)近似處理后： If = 2.3 I0 l c = Kc（2 2 2 2 2 2）定量方法）定量方法）定量方法）定量方法）定量方法）定量方法標(biāo)準(zhǔn)曲線法：標(biāo)準(zhǔn)曲線法： 配制一系列標(biāo)準(zhǔn)濃度試樣測(cè)定熒光強(qiáng)度，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲配制一系列標(biāo)準(zhǔn)濃度試樣測(cè)定熒光強(qiáng)度，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，再在相同條件下測(cè)量未知試樣的熒光強(qiáng)度，在標(biāo)準(zhǔn)曲線線，再在相同條件下測(cè)量未知試樣的熒光強(qiáng)度，在標(biāo)準(zhǔn)曲線上求出濃度；上求出濃度；比較法：比較法： 在線性范圍內(nèi)，測(cè)定標(biāo)樣和試樣的熒光強(qiáng)度，比較；在線性范圍內(nèi)，測(cè)定標(biāo)樣和試樣的熒光強(qiáng)度，比較；3.3.3.3.3.3.熒光分析法的應(yīng)用熒光分析法的應(yīng)用熒光分析法的應(yīng)用熒光分析

58、法的應(yīng)用熒光分析法的應(yīng)用熒光分析法的應(yīng)用(1)(1)無(wú)機(jī)化合物的分析無(wú)機(jī)化合物的分析 與有機(jī)試劑配合物后測(cè)量；可測(cè)量約與有機(jī)試劑配合物后測(cè)量；可測(cè)量約6060多種元素。多種元素。 鈹、鋁、硼、鎵、硒、鎂、稀土常采用熒光分析法；鈹、鋁、硼、鎵、硒、鎂、稀土常采用熒光分析法； 氟、硫、鐵、銀、鈷、鎳采用熒光熄滅法測(cè)定；氟、硫、鐵、銀、鈷、鎳采用熒光熄滅法測(cè)定； 銅、鈹、鐵、鈷、鋨及過氧化氫采用催化熒光法測(cè)定；銅、鈹、鐵、鈷、鋨及過氧化氫采用催化熒光法測(cè)定； 鉻、鈮、鈾、碲采用低溫?zé)晒夥y(cè)定；鉻、鈮、鈾、碲采用低溫?zé)晒夥y(cè)定； 鈰、銪、銻、釩、鈾采用固體熒光法測(cè)定鈰、銪、銻、釩、鈾采用固體熒光法測(cè)定

59、(2)(2)生物與有機(jī)化合物的分析生物與有機(jī)化合物的分析 見表見表 三、磷光分析法的應(yīng)用三、磷光分析法的應(yīng)用三、磷光分析法的應(yīng)用三、磷光分析法的應(yīng)用三、磷光分析法的應(yīng)用三、磷光分析法的應(yīng)用1.1.稠環(huán)芳烴分析稠環(huán)芳烴分析 采取固體表面室溫磷光分析法快速靈敏測(cè)定稠環(huán)芳烴和采取固體表面室溫磷光分析法快速靈敏測(cè)定稠環(huán)芳烴和雜環(huán)化合物（致癌物質(zhì)）；見表雜環(huán)化合物（致癌物質(zhì)）；見表2.2.農(nóng)藥、生物堿、植物生長(zhǎng)激素的分析農(nóng)藥、生物堿、植物生長(zhǎng)激素的分析 煙堿、降煙堿、新煙堿等分析煙堿、降煙堿、新煙堿等分析 檢測(cè)限檢測(cè)限0.01 g/cm-3 3.3.藥物分析和臨床分析藥物分析和臨床分析 見表見表第五章第

60、五章第五章第五章第五章第五章 分子發(fā)光分析法分子發(fā)光分析法分子發(fā)光分析法分子發(fā)光分析法分子發(fā)光分析法分子發(fā)光分析法一、一、基本原理基本原理principle 二、化學(xué)發(fā)光分析的特點(diǎn)二、化學(xué)發(fā)光分析的特點(diǎn)characteristics三三 裝置與技術(shù)裝置與技術(shù)instrument and technology第三節(jié)第三節(jié)第三節(jié)第三節(jié)第三節(jié)第三節(jié) 化學(xué)發(fā)光分析法化學(xué)發(fā)光分析法化學(xué)發(fā)光分析法化學(xué)發(fā)光分析法化學(xué)發(fā)光分析法化學(xué)發(fā)光分析法molecular luminescenceanalysischemiluminescenceanalysis一、基本原理一、基本原理一、基本原理一、基本原理一、基本原理