分子荧光与磷光光谱分析法.ppt

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1、分子荧光与磷光光谱分析法分子荧光:Fluorescence分子磷光:Phosphorescence第一节基本原理一、荧光、磷光产生的机理1、荧光、磷光的产生当物质分子吸收入射光子的能量之后，发生了价电子从较低的能级到较高能级的跃迁，这时分子被激发而处于激发态，称为电子激发态分子。这一电子跃迁过程经历的时间约为10-15s。跃迁所涉及的两个能级间的能量差，等于所吸收光子的能量。紫外、可见光区的光子能量较高，足以引起价电子发生电子能级间的跃迁。激发态分子不稳定，它可能通过辐射跃迁和非辐射跃迁的衰变过程而返回基态。辐射跃迁的衰变过程伴随着光子的发射，即产生荧光或磷光。非

2、辐射跃迁：振动弛豫（VR）内转化（ic）系间窜越（isc）这些衰变过程导致激发能转化为热能传递给介质。振动弛豫：分子将多余的振动能量传递给介质而衰变到同一电子能级的最低振动能级的过程。内转化：相同多重态的两个电子态间的非辐射跃迁过程。系间窜越：不同多重态的两个电子态间的非辐射跃迁过程。例如：S1S0T2T1例如：S1T1T1S0S2S1S0T1吸收发射荧光发射磷光系间跨越内转换振动弛豫能量l2l1l3外转换l2T2内转换振动弛豫假如分子被激发到S2以上的某个电子激发单重态的不同振动能级上，处于这种激发态的分子，很快（约10-12~10-14s）发生振动弛豫而衰减

3、到该电子态的最低振动能级，然后又经过内转化及振动弛豫而衰变到S1态的最低振动能级。接着，有以下几种衰变到基态的途径：S1S0辐射跃迁荧光S1S0内转化S1T1系间窜越T1S0辐射跃迁磷光T1S0系间窜越内转化速率很快（k为1011~1013s-1），S2以上的激发单重态的寿命很短（10-1~10-13s），因而除极少数例外，通常在发生辐射跃迁之前便发生了非辐射跃迁而衰变到S1态。所以所观察到的荧光寿命通常是来自S1态的最低振动能级的辐射跃迁。系间窜越是自旋禁阻的，因而其速率常数小得多（102~106s-1）。荧光是来自最低激发单重态的辐射跃迁过程所伴随的发光现象。

4、发光过程的速率常数大，激发态的寿命短。磷光是来自最低激发三重态的辐射跃迁过程所伴随的发光现象，发光过程的速率常数小，激发态的寿命相对较长。2、荧光、磷光的寿命和量子产率荧光寿命τf：荧光分子处于S1激发态的平均寿命：荧光发射过程的速率常数：各种分子的非辐射衰变过程的速率常数的总和。典型的在10-8~10-10s磷光寿命τp：磷光分子处于T1激发态的平均寿命。T1S0自旋禁阻的跃迁>>达到毫秒级：t=0荧光强度：t=t光强度荧光（或磷光）强度的衰变<<荧光量子产率（f）定义为荧光物质吸光后所发射的荧光的光子数与所吸收的激发光的光子数之比值。荧光量子产率的大小取决于

5、荧光发射与非辐射跃迁过程的竞争结果。<<1磷光量子产率（p）：磷光发射的速率常数：S1T1系间窜越的量子产率：与磷光发射过程相竞争的从T1态发生的所有非辐射跃迁过程的速率常数的总和。荧光（或磷光）量子产率的大小，主要决定于化合物的结构与性质，同时也与化合物所处环境因素有关。可用参比法进行测定。、、：待测物质的荧光量子产率、积分荧光强度、吸光度、、：参比物质的荧光量子产率、积分荧光强度、吸光度二、荧光、磷光与分子结构的关系分子中的电子是依序排列在能量由低到高的分子轨道上。πnσπ*σ*电子反键轨道键合轨道图8-2.有机分子吸光所涉及的能层虽然很多物质能够吸收紫外和

6、可见光，然而只有一部分物质能发荧光或磷光，分子能否发荧光或磷光，在很大程度上决定于它们的分子结构。具有大的共轭双键（π键）体系；具有刚性的平面构型；环上的取代基是给电子取代基团；其最低的电子激发单重态为（π，π*）型。1、共轭π键体系具有共轭双键体系的分子，含有易被激发的非定域的π电子；共轭体系越大，非定域的π电子越容易被激发，且有更强的荧光。例如：萘、蒽、丁省等分子要比苯发射更强的荧光，且荧光峰随苯环数的增多而向长波长方向移动。具有刚性平面构型的分子，其振动和转动的自由度减小，从而增大了发光的效率2、刚性平面构型例如：荧光素、曙红强荧光酚酞无荧光给电子取代基使荧

7、光增强3、取代基的影响-NH2、-NHCH3、-N(CH3)2、-OH、-OCH3、-CN、-F例如：F苯胺>F苯其激发态常由环外的羟基或氨基上的n电子激发转移到环上而产生的，它们的n电子的电子云几乎与芳环上的π轨道平行，从而共享共轭π电子结构。吸电子取代基使荧光减弱醛基、羰基、羧基、硝基例如：苯荧光硝基苯无荧光Cl、Br、I等重原子取代基，通常导致荧光减弱、磷光增强。虽也含有n电子，但n电子的电子云并不与芳环上的π电子云共平面，其n→π*的跃迁为禁阻跃迁，且S1T1系间窜越的概率大，故而荧光减弱。π→π*：自旋许可的跃迁摩尔吸光系数大，104激发态寿命短S1T1

8、系间窜越概