现代测试分析技术课件分子发光分析法

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1、分子发光分析法分子荧光、磷光molecularluminescence与化学发光analysis2009-6-23一、荧光与磷光的产生过程luminescenceprocessofmolecularfluorescencephosphorescence由分子结构理论，主要讨论荧光及磷光的产生机理。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(S)→激发态(S、S、激发态振动能级)：吸收特定频012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

2、S、S…；12第一、第二、…电子激发三重态T、T…；122.电子激发态的多重度电子激发态的多重度：M=2S+1S为电子自旋量子数的代数和(0或1)；平行自旋比成对自旋稳定(洪特规则)，三重态能级比相应单重态能级低；大多数有机分子的基态处于单重态；S→T禁阻跃迁；01通过其他途径进入(见能级图)；进入的几率小；2.激发态→基态的能量传递途径电子处于激发态是不稳定状态，返回基态时，通过辐射跃迁(发光)和无辐射跃迁等方式失去能量；传递途径辐射跃迁无辐射跃迁荧光延迟荧光磷光系间跨越内转移外转移振动弛预激发态停留时间短、返回速度快的途径，发生的几率大，发光强度相对大；荧光：10-7～1

3、0-9s,第一激发单重态的最低振动能级→基态；磷光：10-4～10s；第第激发一激发三重态的最低振动能级→基态；内转换内转换振动弛豫S系间跨越2系间跨越S1T能T2能1量发发射外转换射吸荧磷收振动弛豫光光S0λ3λ′2λ1λ22009-6-23非辐射能量传递过程振动弛豫：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10-12s。内转换：同多重度电子能级中,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

4、光或磷光减弱或“猝灭”。系间跨越：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。辐射能量传递过程荧光发射：电子由第一激发单重态的最低振动能级→基态（多为S→S跃迁），发射波长为λ‘的荧光；10-7～10-9s。102由图可见，发射荧光的能量比分子吸收的能量小，波长长；‘λ2>λ2>λ1；磷光发射：电子由第一激发三重态的最低振动能级→基态（T→S跃迁）；10电子由S进入T的可能过程：（S→T禁阻跃迁）0101S→激发→振动弛豫→内转移→系间跨越→振动弛豫→T01发光速度很慢：10-4～100s。光照停止后，可持续一段时间。二、激发光

5、谱与荧光(磷光)光谱excitationspectrumandfluore-scencespectrum荧光(磷光)：光致发光，照射光波长如何选择？1.荧光(磷光)的激发光谱曲线固定测量波长(选最大发射波长),化合物发射的荧光(磷光)强度与照射光波长的关系曲线（图中曲线I）。激发光谱曲线的最高处，处于激发态的分子最多，荧光强度最大；2.荧光光谱(或磷光光谱)固定激发光波长(选最大激发波长),化合物发射的荧光(或磷光强度)与发射光波长关系曲线(图中曲线II或III)。荧光发射光谱磷光光谱荧光激发光谱200260320380440500560620室温下菲的乙醇溶液荧（磷）光光谱

6、2009-6-233.激发光谱与发射光谱的关系a.Stokes位移激发光谱与发射光谱之间的波长差值。发射光谱的波长比激发光谱的长，振动弛豫消耗了能量。b.发射光谱的形状与激发波长无关电子跃迁到不同激发态能级，吸收不同波长的能量(如能级图λ,λ)，产生不同吸收带，但均回到第一激发单重态的最21低振动能级再跃迁回到基态，产生波长一定的荧光(如λ‘)。2c.镜像规则通常荧光发射光谱与它的吸收光谱（与激发光谱形状一样）成镜像对称关系。镜像规则的解释基态上的各振动能级分布与第一激发态上的各振动能级分布类似；基态上的零振动能级与第一激发态的二振动能级之间的跃迁几率最大，相反跃迁也然。荧光

7、激发光谱荧光发射光谱200250300350400450500nm蒽的激发光谱和荧光光谱2009-6-23三、荧光的产生与分子结构的关系relationbetweenfluorescenceandmolecularstructure1.分子产生荧光必须具备的条件（1）具有合适的结构；（2）具有一定的荧光量子产率。荧光量子产率（ϕ）：发射的光量子数ϕ=吸收的光量子数荧光量子产率与激发态能量释放各过程的速率常数有关，如外转换过程速度快，不出现荧光发射；2.化合物的结构与荧光（1）跃迁类型：π*→π的荧光效率