分子熒光分析法基本原理

1、分子熒光分析法基本原理s、發(fā)布日期：2005-10-07瀏覽次數(shù)：9297分子熒光的發(fā)生過程（一）分子的激發(fā)態(tài)單線激發(fā)態(tài)和三線激發(fā)態(tài)大多數(shù)分子含有偶數(shù)電子，在基態(tài)時，這些電子成對地存在于各個原子或分子軌道中，成對自旋，方向相反，電子凈自旋等于零：S=%+（-%）=0,其多重性M=2S+1=1（M為磁量子數(shù)）,因此，分子是抗（反）磁性的，其能級不受外界磁場影響而分裂，稱單線態(tài)S圖1單線基態(tài)（A）、單線激發(fā)態(tài)（B）和三線激發(fā)態(tài)（C）當基態(tài)分子的一個成對電子吸收光輻射后，被激發(fā)躍遷到能量較高的軌道上，通常它的自旋方向不改變，即S=0，則激發(fā)態(tài)仍是單線態(tài)，即單線（重）激發(fā)態(tài)”；如果電子在躍遷過程中，還

2、伴隨著自旋方向的改變，這時便具有兩個自旋不配對的電子，電子凈自旋不等于零，而等于1：S=1/2+1/2=1其多重性：M=2S+1=3即分子在磁場中受到影響而產(chǎn)生能級分裂，這種受激態(tài)稱為三線（重）激發(fā)態(tài)；三線激發(fā)態(tài)比單線激發(fā)態(tài)能量稍低。但由于電子自旋方向的改變在光譜學上一般是禁阻的，即躍遷幾率非常小，只相當于單線態(tài)f單線態(tài)過程的10-610-7。（二）分子去活化過程及熒光的發(fā)生：（一個分子的外層電子能級包括s0（基態(tài)）和各激發(fā)態(tài)S,S2,.，T1.，每個電子能級又包括一系列能量非常接近的振動能級）處于激發(fā)態(tài)的分子不穩(wěn)定，在較短的時間內(nèi)可通過不同途徑釋放多余的能量（輻射或非輻射躍遷）回到激態(tài)，這個

3、過程稱為去活化過程，這些途徑為：振動弛豫：在溶液中，處于激發(fā)態(tài)的溶質(zhì)分子與溶劑分子間發(fā)生碰撞，把一部分能量以熱的形式迅速傳遞給溶劑分子（環(huán)境），在10-1110-13秒時間回到同一電子激發(fā)態(tài)的最低振動能級，這一過程稱為振動弛豫。圖2分子吸收和發(fā)射過程的能級圖內(nèi)轉(zhuǎn)換：當激發(fā)態(tài)S2的較低振動能級與S1的較高振動能級的能量相當或重疊時，分子有可能從S2的振動能級以無輻射方式過渡到S的能量相等的振動能級上，這一無輻射過程稱為內(nèi)轉(zhuǎn)換。（內(nèi)轉(zhuǎn)換過程同樣也發(fā)生在三線激發(fā)態(tài)的電子能級間）外轉(zhuǎn)換：激發(fā)態(tài)分子與溶劑分子或其他溶質(zhì)分子相互作用（如碰撞）而以非輻射形式轉(zhuǎn)移掉能量回到基態(tài)的過程稱外轉(zhuǎn)換。系間跨躍：當電子

4、單線激發(fā)態(tài)的最低振動能級與電子三線激發(fā)態(tài)的較高振動能級相重疊時，發(fā)生電子自旋狀態(tài)改變的ST躍遷，這一過程稱為系間跨躍。（含有高原子序數(shù)的原子如Br2、【2的分子中，由于分子軌道相互作用大，此過程最為常見。）熒光發(fā)射：當激發(fā)態(tài)的分子通過振動馳豫內(nèi)轉(zhuǎn)換振動馳豫到達第一單線激發(fā)態(tài)的最低振動能級時，第一單線激發(fā)態(tài)最低振動能級的電子可通過發(fā)射輻射（光子）躍回到基態(tài)的不同振動能級，此過程稱為熒光發(fā)射。如果熒光幾率較高，則發(fā)射過程較快，需10-8秒。（它代表熒光的壽命）由于不同電子激發(fā)態(tài)（S）的不同振動能級相重疊時，內(nèi)轉(zhuǎn)換發(fā)生速度很快（容易），在10-111013秒內(nèi)完成，所以通過重疊的振動能級發(fā)生內(nèi)轉(zhuǎn)換的

5、幾率要比由高激發(fā)態(tài)發(fā)射熒光的幾率大的多，因此，盡管使分子激發(fā)的波長有短（1）有長（2），但發(fā)射熒光的波長只有3（12）。磷光發(fā)射：第一電子三線激發(fā)態(tài)最低振動能級的分子以發(fā)射輻射（光子）的形式回到基態(tài)的不同振動能級，此過程稱為磷光發(fā)射。（磷光的波長4較熒光的波長3稍長，發(fā)生過程較慢約10-410s）由于三線態(tài)單線態(tài)的躍遷是禁阻的，三線態(tài)壽命比較長，（10-310s左右），若沒其它過程同它競爭時，磷光的發(fā)生就有可能；由于三線態(tài)壽命較長，因而發(fā)生振動弛豫及外轉(zhuǎn)換的幾率也高，失去激發(fā)能的可能性大，以致在室溫條件下很難觀察到溶液中的磷光現(xiàn)象。因此，試樣采用液氮冷凍降低其它去活化才能觀察到某些分子的磷光。

6、總之：處于激發(fā)態(tài)的分子，可以通過上述不同途徑回到基態(tài)，哪種途徑的速度快，哪種途徑就優(yōu)先發(fā)生。如果發(fā)射熒光使受激分子去活化過程與其他過程相比較快，則熒光發(fā)生幾率高，強度大。如果發(fā)射熒光使受激分子去活化過程與其他過程相比較慢，則熒光很弱或不發(fā)生。（三）熒光量子效率：物質(zhì)發(fā)射熒光的光子數(shù)與吸收激發(fā)光的光子數(shù)的比值。（1）數(shù)值在01之間。他的大小取決于物質(zhì)分子的化學結構及環(huán)境（ec、pH、溶劑等）。激發(fā)光譜與熒光（發(fā)射）光譜激發(fā)光譜：將激發(fā)熒光的光源用單色器分光，連續(xù)改變激發(fā)光波長，固定熒光發(fā)射波長，測定不同波長激發(fā)光下物質(zhì)溶液發(fā)射的熒光強度（F），作F九光譜圖稱激發(fā)光譜。從激發(fā)光譜圖上可找到發(fā)生熒光

7、強度最強的激發(fā)波長九選用ex，九可得到強度最大的熒光。ex熒光光譜：選擇九作激發(fā)光源，用另一單色器將物質(zhì)發(fā)射的熒光ex分光，記錄每一波長下的F，作F-九光譜圖稱為熒光光譜。熒光光譜中熒光強度最強的波長為九。em九與九一般為定量分析中所選用的最靈敏的波長。exem熒光與分子結構的關系分子結構與熒光具有兀、，及n、兀電子共軛結構的分子能吸收紫外和可見輻射而發(fā)生兀-,*或n-,*躍遷，然后在受激分子的去活化過程中發(fā)生,*-,或,*-n躍遷而發(fā)射熒光。發(fā)生兀-兀*躍遷分子，其摩爾吸光系數(shù)（a）比n-兀*躍遷分子的大1001000倍，它的激發(fā)單線態(tài)與三線態(tài)間的能量差別比n-*的大的多，電子不易形成自旋反轉(zhuǎn)，體系間跨越幾率很小，因此，-*躍遷的分子，發(fā)生熒光的量子效率高，速率常數(shù)大，熒光也強。所以只有那些具有-共軛雙鍵的分子才能發(fā)射較強的熒光；兀電子共軛程度越大，熒光強度就越大（九與九長移）大多exem數(shù)含芳香環(huán)、雜環(huán)的化合物能發(fā)出熒光，且兀電子共軛越長，越大。取代基對分子發(fā)射熒光的影響（1）（苯環(huán)上）取代給電子基團，使兀共軛程度升高V熒光強度增加：如-CH3，-NH2，-OH，-OR等。（2）（苯環(huán)上）取代吸電子基團，時熒光強度減弱甚至熄滅：如：，-COOH，-CHO，-NO，-N