现代分析测试技术-荧光ppt课件.ppt

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1、现代分析测试技术主讲：李勋李永东李亿保赣南师范学院化学化工学院现代分析测试技术—第二章分子荧光光谱和磷光光谱第二章分子荧光光谱和磷光光谱分子荧光光谱（Fluorescence）分子磷光光谱（Phosphorescence）分子荧光光谱发光机理基态激发去活化（荧光发射、磷光和迟滞荧光、振动弛豫、内转换、外转换、体系间跨越）荧光是一个光致发光的过程！现代分析测试技术—分子荧光光谱吸收光辐射发射光辐射激发（excitation）：分子中的电子从基态（groundstate）—低能级态,吸收外来能量（电能、热能、化学能和光能）后

2、跃迁上升至激发态（excitedstate）的各振动能级。激发态的两种情况：单重态激发基态（单重态）——激发态（单重态）（s＝½，S＝0，M＝2S+1＝1）（S＝0,M＝1）s称为自旋量子数；S称为总自旋量子数；M称为谱线的多重激发前后电子的自旋状态不发生改变。三重态激发基态（单重态）——激发态（三重态）（S＝0，M＝1）（s＝½,½,S＝1,M＝3）激发前后电子的自旋状态发生改变。根据洪特规则，三重态体系要比单重态体系能级低及稳定。现代分析测试技术—分子荧光光谱去活化（Deactivation）现代分析测试技术—分子

3、荧光光谱磷光内转换外转换振动弛豫体系间跨越无辐射跃迁去活化途径辐射跃迁荧光荧光：第一激发单重态的最低振动能级→基态；磷光：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体系间跨越内转换振动弛豫能量l2l1l3外转换l2T2内转换振动弛豫分子荧光和磷光发光机理（能级图）现代分析测试技术—分子荧光光谱荧光发射（Fluorescence）：第一激发单重态的最低振动能级的电子通过发射光量子方式回到基态，约10-9～10-7秒。磷光及迟滞荧光（Phosphorescenceanddellayedfluo

4、rescence）第一激发三重态的最低振动能级的电子通过发射光量子方式回到基态,约10-4～10秒。(在低温下)振动弛豫（Vibrationalrelaxation）：溶液中激发态的溶质分子通过碰撞将过剩的振动能量传递给溶剂分子，使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，约10-13～10-11秒。现代分析测试技术—分子荧光光谱内转换（Internalconversion）：处于激发态的分子可经过非辐射跃迁达到较低能级的电子激发态。这种情况通常为二个电子能级相当接近时发生（S1*和S2*、T1

5、*和T2*），约10-13～10-11秒。外转换（Externalconversion）：激发态分子与溶剂或其他溶质间的相互作用而转移能量的非辐射跃迁，外转换使荧光或磷光减弱或“猝灭”。体系间跨越跃迁（Intersystemcrossing）：体系间跨越跃迁过程中，激发态电子自旋倒转而使分子多重性发生变化，如：单重态、三重态。通常含重原子（碘、溴）的分子中，体系间跨越跃迁最为常见，而使荧光减弱。现代分析测试技术—分子荧光光谱荧光激发光谱与发射光谱激发光谱（Excitationspectrum):测定荧光物质在某个波长下的

6、荧光强度和激发波长之间的谱图。即：固定测量波长(选最大的荧光发射波长),测量化合物发射的荧光强度与激发（照射）光波长的关系曲线。激发光谱的形状和测量时选择的发射波长无关，但荧光的强度与发射波长有关；通常采用激发光谱中最强的波峰所处波长作为激发波长λEX。现代分析测试技术—分子荧光光谱发射光谱（Emissionspectrum）：固定激发波长的条件下(选最大激发波长λEX),测定不同波长下的荧光强度与荧光发射波长EM之间的谱图。现代分析测试技术—分子荧光光谱特点：荧光发射波长EM大于激发波长EX，这称为Stokes位

7、移。原因是因为振动弛豫消耗了能量。不随激发波长的改变而改变。电子跃迁到不同激发态能级，吸收不同波长的能量，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，产生波长一定的荧光。荧光光谱与吸收光谱之间成镜像对称。现代分析测试技术—分子荧光光谱现代分析测试技术—分子荧光光谱镜像对称的原因：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。现代分析测试技术—分子荧光光谱荧光和分子结构的关系荧光产生的条件必须具有所照射的光线相同

8、频率的吸收结构。吸收能量后处于激发态的分子必须具有荧光量子产率。例如，罗丹明Bφ＝0.97；荧光素φ＝0.65荧光与结构的关系具有共轭双键体系的分子（大多数芳香环、杂环和共轭双键不饱和结构）具有刚性平面结构的分子（荧光素、芴、罗丹明等）芳环上取代基的类型和位置芳环上有给电子基团，荧光效率增加；吸电子基团，荧光降低。与