第三章 荧光分析法 目录 §3-1  概述 §3-2  荧光分析基本原理 §3-3  荧光分析仪器  §3-4  荧光分析方法及应用 §3-1 概述 发展史 理论： 第一次记录荧光现象：1575年，西班牙内科医生、植物学家莫纳德斯(N. Monardes )提到：一种木头切片的水溶液呈“可爱的天蓝色”。 17世纪，波义尔(Boyle)和牛顿(Newton)等再次观察到荧光现象并给予了更详细的描述。 1852年，斯托克斯(max.book118.comes)用分光光度计考察奎宁和叶绿素时发现：λ吸 λ荧（斯托克斯定则），所以判断荧光是先吸光再发光，即荧光是发射光。并且根据发荧光的矿物“萤石”→荧光。     此外他还研究了荧光强度与浓度之间的关系；描述了高浓度时及有外来物质存在时的荧光猝灭现象。     他也是第一个提出应用荧光作分析手段的人。   1867年，瑞士，高贝尔斯莱德(F.Goppelsr?der)进行了首次的荧光分析工作，应用铝-桑色素配合物的荧光进行铝的测定。 1880年，莱伯曼(Liebeman)提出了最早关于荧光与化学结构关系的经验法则。 19世纪末，人们已经知道了600种以上的荧光化合物。  20世纪以来，荧光现象的研究就更多了： 1905年，伍德(Wood)发现共振荧光。 1914年，弗兰克(Frank)和赫兹(Hertz)利用电子冲击发光进行定量研究。 1922年，Wawillous 进行荧光产率的绝对测定。 1926年，盖维奥拉(Gaviola) 进行了荧光寿命的直接测定。 …… 仪器： 19世纪前，荧光观察靠肉眼。 1928年，哲蒂(Jette)和维斯特(West)研制出第一台光电荧光计。 如今，已有各式各样新型的荧光分析仪问世。        荧光分析已成为一种十分重要且有效的光谱分析手段 §3-2 荧光分析基本原理    ◆ 原理： 1.分子能级       每个分子具有一系列严格分立的能级，称为电子能级，而每个电子能级中又包含一系列的振动能层和转动能层。     So：基态     S1:第一电子激发单重态     S2:第二电子激发单重态     T1:第一电子激发三重态     T2:第二电子激发三重态     ν=0,1,2,3…振动能层  2.电子激发多重度 M    s: 电子自旋量子数代数和，数值为0或1。 单重态 分子轨道中的电子都是自旋配对的,自旋方向相反. s=0，M=1 用符号S表示 三重态 电子跃迁过程中伴有自旋方向的改变 s=1，M=3 用符号T表示 3.分子去活化    处在激发态的分子是不稳定的，它可能通过辐射跃迁和 非辐射跃迁等去活化过程返回基态，其中以速度最快、激发 态寿命最短的途径占优势。有以下几种基本的去活化过程。 振动驰豫 内转换 荧光发射 系间跨越 磷光发射 外转换  振动驰豫 当分子吸收光辐射后可能从基态的最低振动能层S0(ν=0)跃迁到激发态Sn(ν=i)的较高的振动能层上去。然而在液相或压力足够高的气相中，分子间碰撞的几率很大，激发态分子可能将过剩的振动能量以热的形式传递给周围的分子，而自身从Sn或Tn的高振动能层(ν=i)失活到该电子能级的最低振动能层(ν=0)上，这一过程称为振动弛豫（振动松弛）。 时间10-12s Sn或Tn的νi→ ν0 ，即各振动能级间的小箭头。 内转换 相同多重度等能态间的一种无辐射跃迁过程称为内转换。 当两个相同多重度电子能级的振动能层间有重叠时，则可能发生电子由高能层电子激发态以无辐射跃迁方式跃迁到低能层的电子激发态。如由S2→ S1 ，T2→ T1。 时间10-13-10-11s 分子最初无论在哪一个激发单重态，都能通过振动弛豫和内转换到达最低激发单重态(或三重态)的最低振动能层上。 荧光发射 当分子处于单重激发态的最低振动能级S1(ν=0)时，发射一个光子返回基态S0(ν=i) ，这一过程称为荧光发射。 由于溶液中振动弛豫效率很高，它在荧光发射之前和发射之后都可能发生。因此发射荧光的能量比分子所吸收的能量要小，即荧光的特征波长比它所吸收的特征波长要长。 时间10-9-10-7s 荧光多为S1→ S0 跃迁。 系间跨越 不同多重度状态间的一种无辐射跃迁过程称为系间跨越。 它涉及受激电子自旋状态的改变。如S1→ T1，使原来两个自旋配对的电子不再配对，这种跃迁一般是禁阻的。      但如果两个不同多重度电子能态的振动能层有较大的重叠时则可能通过自旋—轨道耦合等作用使其实现。  磷光发射 当从单重态到三重态的分子系间跨越跃迁发生后，接着发生快速的振动弛豫而到达三重态的最低振动能层上，当没有其他过程同它竞争时，分子将发生磷光跃迁回基态，这一过程称为磷光发射。 荧光与磷光的根本区别是：    荧光：由激发单重态最低振动能层至基态各振动能          层的跃迁产生。    磷光：由激发三重态最低振动能层至基态各振动能          层的跃迁产生的。          E荧 E磷，λ荧 λ磷 时间10-4-10s   外转换 激发分子通过与溶剂或其他溶质分子间的相互作用和能量转换，使荧光或磷光强度减弱甚至消失的过程称外转换。 这一现象称为“熄灭”或“猝灭”。 由较低的激发单重态及较低的三重态的非辐射跃迁可包含外转换，也可包含内转换。 Stokes位移 在溶液中，分子荧光的发射相对于吸收位移到较长的波长，称为Stokes位移。 这是由于受激分子通过振动弛豫而失去振动能，也由于溶液中溶剂分子与受激分子的碰撞，也会有能量的损失。因此在激发和发射之间产生了能量损失。  荧光发射光谱的形状与激发波长无关。 这是因为分子吸收了不同能量的光子可以由基态激发到几个不同的电子激发态，而具有几个吸收带。 由于较高激发态通过内转换及振动弛豫回到第一电子激发态的速率是很高的，远大于由高能激发态直接发射光子的速率。 故在荧光发射时，不论用哪一个波长的光激发，电子都是从第一电子激发态的最低振动能层返回到基态的各个振动能层，所以荧光发射光谱与激发波长无关。     镜像规则     荧光发射光谱和它的吸收光谱呈镜像对称关系。 吸收光谱是物质分子由基态激发至第一电子激发态的各振动能层所致。其形状决定于第一电子激发态中各振动能层的分布情况。 荧光光谱是激发分子从第一电子激发态的最低振动能层回到基态中各不同能层所致。所以荧光光谱的形状决定于基态中各振动能层的分布情况。 基态中振动能层的分布和第一电子激发态中振动能层的分布的情况是类似的，因此荧光光谱的形状和吸收光谱极为相似。   §3-3 荧光分析仪 §3-4 荧光分析方法及应用 小结 了解分子光致发光原理及分子荧光光谱的特征。 掌握荧光分析定量分析方法。 了解荧光分析仪器的构造以及荧光分析法的实际应用。 第三章荧光分析法 荧光   光致发光  分子能级   基态  激发态   单重态  三重态 分子去活化  振动驰豫 内转换  荧光发射 系间跨越 磷光发射 外转换 激发光谱 发射光谱 Stokes位移 荧光发射光谱的形状 与激发波长无关 镜像规则 荧光和分子结构的关系 溶液的荧(磷)光强度 跃迁类型 实验表明，大多数荧光化合物都是由π→π＊或ｎ→π＊跃迁激发，然后经过振动弛豫或其他无辐射跃迁，再发生π＊→π或π＊→ｎ跃迁而产生荧光，其中π＊→π的跃迁的量子效率较高。 此外，在π＊→π 跃迁过程中，通过
第三章__荧光分析法.ppt