分子發(fā)光熒光與磷光詳解演示文稿

分子發(fā)光熒光與磷光詳解演示文稿當(dāng)前第1頁\共有32頁\編于星期四\20點優(yōu)選分子發(fā)光熒光與磷光當(dāng)前第2頁\共有32頁\編于星期四\20點一.分子熒光與磷光的產(chǎn)生1.單重態(tài)與三重態(tài)2.分子的活化與去活化3.分子發(fā)光的類型按激發(fā)的模式分類：按分子激發(fā)態(tài)的類型分類：光致發(fā)光化學(xué)發(fā)光/生物發(fā)光熱致發(fā)光場致發(fā)光摩擦發(fā)光

分子發(fā)光分子發(fā)光熒光磷光瞬時熒光遲滯熒光按光子能量分類：斯托克斯熒光(Stokes)：λex<λem反斯托克斯熒光(Antistokes)：λex>λem共振熒光(Resonance)：λex=λem熒光

當(dāng)前第3頁\共有32頁\編于星期四\20點分子的活化與去活化S0S1T1S2紫外可見吸收光譜外轉(zhuǎn)移紫外可見共振熒光光譜內(nèi)轉(zhuǎn)移熒光系間竄躍磷光反系間竄躍遲滯熒光振動弛豫２.無輻射躍遷的類型振動弛豫:Vr10-12sec外轉(zhuǎn)移:無輻射躍遷回到基態(tài)內(nèi)轉(zhuǎn)移:S2~S1能級之間有重疊系間竄躍:

S2~T1能級之間有重疊反系間竄躍:由外部獲取能量后T1~

S2１.輻射躍遷的類型共振熒光：10-12sec熒光：10-8sec磷光：1~10-4sec遲滯熒光:102~10-4sec當(dāng)前第4頁\共有32頁\編于星期四\20點二.分子熒光(磷光)光譜1.熒光(磷光)激發(fā)光譜與發(fā)射光譜熒光(磷光)均為光致發(fā)光，在光輻射的作用下，熒光物質(zhì)發(fā)射出不同波長的熒光。A.激發(fā)光譜固定em=620nm(MAX)ex=290nm(MAX)固定發(fā)射波長掃描激發(fā)波長熒光激發(fā)光譜與紫外-可見吸收光譜類似當(dāng)前第5頁\共有32頁\編于星期四\20點ex=290nm(MAX)固定em=620nm(MAX)固定ex=290nm(MAX)em=620nm(MAX)B.發(fā)射光譜(熒光光譜)固定激發(fā)波長掃描發(fā)射波長C.激發(fā)光譜與發(fā)射光譜的鏡像關(guān)系S04321S14321發(fā)射光譜的形狀與激發(fā)波長無關(guān)：分子的激發(fā)光譜可能含有幾個激發(fā)帶，但發(fā)射光譜只含一個發(fā)射帶；即使分子被激發(fā)到高于S1的電子態(tài)，由于經(jīng)過極快的內(nèi)轉(zhuǎn)換和振動弛豫降到S1電子態(tài)的最低振動、轉(zhuǎn)動能級，然后以輻射形式釋放能量回到基態(tài)。1→

41→

31→

21→11

→41

→41

→21

→1當(dāng)前第6頁\共有32頁\編于星期四\20點D.磷光光譜與發(fā)射光譜相同條件下的磷光光譜激發(fā)光譜發(fā)射光譜當(dāng)前第7頁\共有32頁\編于星期四\20點2.三維熒光光譜IF

∝f(λex、λem)蒽的激發(fā)光譜固定發(fā)射波長、掃描激發(fā)波長當(dāng)前第8頁\共有32頁\編于星期四\20點IF

∝f(λex、λem)蒽的發(fā)射光譜固定激發(fā)波長、掃描發(fā)射波長當(dāng)前第9頁\共有32頁\編于星期四\20點蒽的三維等高線光譜圖當(dāng)前第10頁\共有32頁\編于星期四\20點蒽的三維等熒光強度光譜當(dāng)前第11頁\共有32頁\編于星期四\20點VB1和VB2的三維熒光光譜當(dāng)前第12頁\共有32頁\編于星期四\20點RLSDSTSATSADS散射片三維共振光散射光譜3.三維共振光散射光譜ADSATSTSRLSDS散射片三維共振光散射等高線光譜圖共振光散射瑞利散射固定ex=270nm拉曼光二級共振光散射三級共振光散射熒光光譜有用區(qū)間當(dāng)前第13頁\共有32頁\編于星期四\20點三.分子熒光(磷光)強度與熒光物質(zhì)濃度的關(guān)系1.熒光強度(磷光)與濃度的關(guān)系光吸收定律（Lambert–BeerLaw）相應(yīng)的吸光分?jǐn)?shù)為：熒光強度（IF）與相應(yīng)的吸光分?jǐn)?shù)成正比：按照級數(shù)展開式：當(dāng)前第14頁\共有32頁\編于星期四\20點對于稀溶液，當(dāng)bc<0.05（磷光bc<0.01）時：IF----熒光強度F-----熒光量子產(chǎn)率k--與儀器靈敏度有關(guān)的參數(shù)I0--入射光強度。IP----磷光強度P-----磷光量子產(chǎn)率b--吸收光程--摩爾吸光系數(shù)C--熒光物質(zhì)濃度2.熒光(磷光)的平均壽命分子在激發(fā)態(tài)的平均時間或者說處于激發(fā)態(tài)的分子數(shù)目衰減到原來的1/2所經(jīng)歷的時間。對于處于S1(T1)電子態(tài)的熒光體來說，其平均壽命()可以左式表示：

當(dāng)前第15頁\共有32頁\編于星期四\20點3.熒光(磷光)的量子產(chǎn)率熒光量子產(chǎn)率的定義：kF、kp主要取決與熒光物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)；st系間竄躍效率。ki主要取決化學(xué)環(huán)境，同時也與熒光物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)有關(guān)。大多數(shù)的熒光物質(zhì)的量子產(chǎn)率在0.1~1之間；例如：0.05mol/L的硫酸喹啉，F(xiàn)=0.55；

熒光素F=1化合物F0.110.290.460.600.52當(dāng)前第16頁\共有32頁\編于星期四\20點1.躍遷的類型二.熒光與有機化合物的結(jié)構(gòu)對于有機熒光物質(zhì):π*

→πn→π*εmax＜100平均壽命10-5~10-7secπ→π*

εmax≥104平均壽命10-7~10-9seckS→T小π*→nπ*→π是有機化合物產(chǎn)生熒光的主要躍遷類型。強熒光的有機化合物具備下特征:①具有大的共軛π鍵結(jié)構(gòu)；②具有剛性的平面結(jié)構(gòu)；③具有最低的單重電子激發(fā)態(tài)為S1為π*

→π型；④取代基團為給電子取代基?！?2.2分子熒光與磷光強度的影響因素一.熒光的量子產(chǎn)率當(dāng)前第17頁\共有32頁\編于星期四\20點2.共軛效應(yīng)產(chǎn)生熒光的有機物質(zhì)，都含有共軛雙鍵體系，共軛體系越大，離域大π鍵的電子越容易激發(fā)，熒光與磷光越容易產(chǎn)生。化合物苯萘蒽丁省戊省λexmax(nm)205286365390580λemmax

(nm)278321400480640F0.110.290.460.600.52熒光物質(zhì)的剛性和平面性增加，有利于熒光發(fā)射。3.剛性平面結(jié)構(gòu)芴聯(lián)苯F=1F=0.2當(dāng)前第18頁\共有32頁\編于星期四\20點不產(chǎn)生熒光產(chǎn)生熒光產(chǎn)生熒光不產(chǎn)生熒光F=0.92萘VAF(萘)=5F(VA)

熒光黃酚酞偶氮菲偶氮苯當(dāng)前第19頁\共有32頁\編于星期四\20點1）給電子取代劑加強熒光4.取代基效應(yīng)—HN2，—NHR，—NR2，—OH，—OR，—CN產(chǎn)生p→π共軛二苯甲酮：弱熒光、強磷光S1→T1的系間竄躍產(chǎn)率接近1化合物苯苯酚苯胺苯基氰苯甲醚λemmax(nm)278~310285~365310~405280~390285~345相對熒光強度10182020202）得電子取代基減弱熒光、加強磷光—C=0，—COOH，—NO2不產(chǎn)生p→π共軛硝基苯：不產(chǎn)生熒光、弱磷光當(dāng)前第20頁\共有32頁\編于星期四\20點空間位阻對熒光發(fā)射的影響3）取代基的位置反式二苯乙烯強熒光物質(zhì)F=0.75F=0.03立體異構(gòu)體對熒光發(fā)射的影響順式二苯乙烯非熒光物質(zhì)電離效應(yīng)對熒光發(fā)射的影響OH-H+OH-H+pH=1,有熒光pH=13,無熒光無熒光有熒光當(dāng)前第21頁\共有32頁\編于星期四\20點含有重原子的溶劑，由于重原子效應(yīng)熒光減弱、磷光增強。5.重原子取代基效應(yīng)—Cl，—Br，—IS1→T1的系間竄躍由于重原子的存在增強化合物萘1-甲基萘1-氟萘1-氯萘1-溴萘1-碘萘λFmax(nm)315318316319320~λPmax(nm)470476473483484488P/F0.0930.0530.0685.26.4>1000τ

p(s)2.62.51.40.230.0140.00236.溶劑效應(yīng)藍移:△

En→π*

＜△

En→π*紅移:△

Eπ→π*

＞△

Eπ→π*在極性溶劑中：無溶劑化作用有溶劑化作用當(dāng)前第22頁\共有32頁\編于星期四\20點三.金屬螯合物的熒光1.螯合物中配位體的發(fā)光2.螯合物中金屬離子的發(fā)光8-羥基喹啉弱熒光8-羥基喹啉-Zn螯合物黃綠色強熒光2,2`-二羥基偶氮苯無熒光2,2`-二羥基偶氮苯-Al螯合物強熒光T1系間竄躍S0S1d*、f*d*→

df*→

f熒光分子內(nèi)能量轉(zhuǎn)移當(dāng)前第23頁\共有32頁\編于星期四\20點四.熒光的熄滅1.碰撞熄滅熒光熄滅：熒光分子與溶劑分子或其它溶質(zhì)分子相互作用引起熒光強度降低或消失的現(xiàn)象。熒光熄滅劑：這些溶劑分子或其它溶質(zhì)分子稱為熒光熄滅劑。相對速率1K1[M*]K2[M*][Q]與分子的直徑、粘度、溫度等因素有關(guān)。2.能量轉(zhuǎn)移熄滅再吸收過程：共振能量轉(zhuǎn)移：分子內(nèi)能量轉(zhuǎn)移：hv激發(fā)發(fā)射熄滅當(dāng)前第24頁\共有32頁\編于星期四\20點3.氧的熄滅作用氧分子是熒光、磷光的熄滅劑，4.自熄滅與自吸收當(dāng)熒光物質(zhì)的濃度大于1g/L時，常發(fā)生熒光的自熄滅(濃度熄滅)自吸收：沒有除氧，溶液中難以觀察到磷光由于F<1，使熒光強度減弱或消失.形成二聚體：由于二聚體不發(fā)熒光，或發(fā)射熒光的能量有改變，造成自熄滅現(xiàn)象。當(dāng)前第25頁\共有32頁\編于星期四\20點§12.3熒光(磷光)分光光度計一.主要組成及部件的功能熒光分光光度計工作原理基及儀器結(jié)構(gòu)框圖光源氙燈激發(fā)單色器樣品池光電倍增管數(shù)據(jù)處理儀器控制光源樣品池激發(fā)單色器檢測器數(shù)據(jù)處理儀器控制發(fā)射單色器發(fā)射單色器問題：熒光分光光度計與紫外-可見分光光度計有何異同點？當(dāng)前第26頁\共有32頁\編于星期四\20點二.光源1.光源的要求：發(fā)射強度足夠且穩(wěn)定的連續(xù)光譜光輻射強度隨波長的變化小有足夠長的使用壽命2.氙燈光源常用氣體放電燈類型：

氙燈光源高壓汞光源波長范圍：200~1000nm工作壓力：5~20atm啟動電壓：20~40KV使用壽命：1000~2000h最廣泛應(yīng)用的連續(xù)光源：發(fā)射波長范圍寬發(fā)射光強度大當(dāng)前第27頁\共有32頁\編于星期四\20點3.高壓汞燈光源應(yīng)用廣泛的線光源：253.7296.5302.2312.6313.2365.0365.5366.3404.7435.8546.1557.0579.0(nm)光源樣品池激發(fā)濾光片檢測器數(shù)據(jù)處理儀器控制發(fā)射單色器光源樣品池激發(fā)濾光片檢測器數(shù)據(jù)處理儀器控制發(fā)射濾光片當(dāng)前第28頁\共有32頁\編于星期四\20點玻璃濾光片的透射率干涉濾光片的透射率截止涉濾光片的透射率當(dāng)前第29頁\共有32頁\編于星期四\20點三.單色器平面衍射光柵線色散率聚光本領(lǐng)分辨率四.檢測器光電倍增管放大倍數(shù)：2n~5n;n=10,103~107，最大108~109五.樣品池：液池、熒光池1.樣品池的材料：與紫外-可見分光光度計的吸收池一樣2.吸收池的形狀：紫外-可見分光光度計的吸收池兩面透光熒光分光光度計的樣品池四面透光波長范圍3.使用注意事項容易破碎問題：紫外-可見分光光度計的吸收池與熒光分光光度計的樣品池有什么區(qū)別？沾污問題閃躍特性當(dāng)前第30頁\共有32頁\編于星期四\20點六.磷光分光光度計1.光學(xué)系統(tǒng)與熒光分光光度計的區(qū)別光源樣品池激發(fā)單色器檢測器數(shù)據(jù)處理儀器控制發(fā)射單色器切光器（斬波器）共振熒光：