仪器分析十二章分子发光

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1、第十二章分子发光分析法12.2荧光和磷光分析基本原理12.3荧光和磷光分析仪12.1分子发光分析概述12.4荧光和磷光分析法的特点和应用12.5化学发光分析本章学习要求掌握分子荧光光谱法、分子磷光光谱法和化学发光分析的基本原理；了解影响荧光、磷光及化学发光强度的因素；了解三种光谱仪的基本组成部件及其作用；熟悉三种方法的基本应用。12.1分子发光分析概述物质分子吸收能量跃迁到电子激发态后，在返回基态的过程中伴随有光辐射，这种现象称为分子发光，以此建立起来的分析方法称为分子发光分析法。分子发光分析法光致发光分析（ＰＬ）电致发光分析（ＥＬ）化学发光分析（ＣＬ

2、）生物发光分析（ＢＬ）一、荧光和磷光的产生分子能级与跃迁基态(S0)→激发态(S1、S2、激发态振动能级)：吸收特定频率的辐射；是量子化的；跃迁一次到位；激发态→基态：多种途径和方式(见图12-1)；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S1、S2…；第一、第二、…电子激发三重态T1、T2…；12.2荧光和磷光分析基本原理S2S1S0T1吸收发射荧光发射磷光系间窜跃内转移振动弛豫能量l2l1l3外转移l2T2内转移振动弛豫2.电子激发态的多重度电子激发态的多重态：M=2S+1S为电子自旋量子数的代数和(0或1)；大多数有机

3、分子的基态处于单重态；S0→T1为禁阻跃迁；必须通过其他途径进入，进入的几率小；根据洪特规则，平行自旋比成对自旋稳定；而三重态能级比相应单重态能级低，所以平均寿命长。3.激发态→基态的能量传递途径电子从激发态返回基态时，通过辐射跃迁(发光)和无辐射跃迁等方式失去能量：传递途径辐射跃迁荧光延迟荧光磷光内转移外转移系间跨越振动弛豫无辐射跃迁荧光：10-7～10-9s,第一激发单重态的最低振动能级→基态；磷光：10-4～10s；第一激发三重态的最低振动能级→基态；S2S1S0T1吸收发射荧光发射磷光系间窜跃内转移振动弛豫能量l2l1l3外转移l2T2内转移

4、振动弛豫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。内转移：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。外转移：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；外转移使荧光或磷光减弱或“猝灭”。系间窜跃：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S1→S0跃迁

5、），发射波长为’2的荧光；10-7～10-9s。磷光发射：电子由第一激发三重态的最低振动能级→基态（T1→S0跃迁）；电子由S0进入T1的过程：（S0→T1禁阻跃迁）S0→激发→振动弛豫→内转移→系间跨越→振动弛豫→T1发光速度很慢：10-4～10s。光照停止后，可持续一段时间。二、激发光谱和发射光谱1.荧光(磷光)的激发光谱曲线固定待观测的发射波长(一般选最大发射波长),改变激发光波长，根据化合物发射的荧光(磷光)强度与激发光波长的关系得激发光谱曲线。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.荧光发射光谱(或磷光光谱)固定激发光

6、波长(选最大激发波长),扫描发射光波长，根据化合物发射的荧光(或磷光)强度与发射光波长关系得到的曲线(图中曲线II或III)。3.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，是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2,1)，产生不同吸收带，但均回到第一激发单重态的最低振动能级再跃迁回到基态的各振动能级，产生波长一定的荧光(如’2)。c.镜像规则通常荧光发射光谱与它的吸收光谱成镜像对称关系。20025030035040

7、0450500荧光激发光谱荧光发射光谱nm蒽的激发光谱和荧光光谱4.荧光效率荧光效率（）：分子产生荧光必须具备的条件：（1）具有合适的结构；（2）具有一定的荧光效率（荧光量子产率）。≤1。荧光量子产率与激发态能量释放各过程的速率常数有关。如果外转换过程速度快，不出现荧光发射；5.荧光与分子结构的关系（1）跃迁类型：*→的荧光效率高，系间跨越过程的速率常数小，有利于荧光的产生；（2）共轭效应：提高共轭度有利于增加荧光效率并产生红移。（3）刚性平面结构：可降低分子振动，减少与溶剂的相互作用，故具有很强的荧光。如荧光素和酚酞有相似结构，荧光素有很强的

8、荧光，酚酞却没有。（4）取代基效应：芳环上的不同取代基对该化合物的荧光强度和荧光光谱有很大影响