第四章荧光

LOGO第四章 荧光分析法LOGO第一节 概述一、分子发光某些物质的分子吸收一定能量跃迁到较高的电子激发态后，在返回电子基态的过程中伴随有光辐射。二、分子发光类型1、 按激发模式 光致发光 ：分子因吸收外来辐射的光子能量而被激发所产生的发光现象。 化学发光：分子的激发能量是由反应的化学能量提供的发光现象。LOGO 生物发光：分子的激发能量是由生物体释放出来的能量所提供所产生的发光现象。2、按分子激发态的类型来划分 荧光：由第一电子激发单重态所产生的辐射跃迁而伴随的发光现象。 磷光：由最低的电子激发三重态所产生的辐射跃迁而伴随的发光现象。LOGO第二节 分子荧光分析法及其基本原理一、荧光与磷光的产生过程1. 分子能级与跃迁在每个电子能级上，都存在振动、转动能级；基态 (S0) 激发态 (S1、 S2、 激发态振动能级 )：吸收特定频率的辐射；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 S1 、 S2 ；第一、第二、 电子激发三重态 T1 、 T2 ；LOGO2.电子激发态的多重态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； S0 T1 禁阻跃迁；通过其他途径进入(见能级图 )；进入的几率小； LOGO3.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；传递途径辐射跃迁荧光 延迟荧光 磷光 内转移 外转移系间跨越 振动弛预无辐射跃迁激发态停留时间短、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 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；LOGO（ 1）无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。 10-12s。内转换：同多重态电子能级中 ,等能级间的无辐射能级交换。 10-11s 10-13s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。LOGO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。 10-2s 10-6s改变电子自旋，禁阻跃迁，通过自旋 轨道耦合进行。 LOGO（ 2）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），发射波长为 2的荧光。10-7 10 -9 s 发射荧光的能量比分子吸收的能量小，波长长； 2 2 1 ；延迟荧光：分子跃迁至 T1态后，因相互碰撞或 通过激活作用又回到 S1态，经振动驰豫到 S1态的最低振动能级再发射荧光。LOGO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的可能过程： 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： 10-4 100 s 。光照停止后，可持续一段时间。LOGO（ 3）瑞利散射光和拉曼光 瑞利散射光 激发光的能量不足，将电子激发至基态中较高的振动能级，假如电子在受激后能量没有损失，并且在瞬时返回原来的能级，于是便在各个不同的方向发射和激发光相同波长的辐射，这种辐射称为瑞利散射光。 拉曼光 被激发到基态中其它较高振动能级的电子，当它返回到比原来的能级稍高或稍低时，便伴随着产生波长略长或略短于激发光波长的拉曼散射光。LOGOS2S1S0T1吸收发射荧光发射磷光系间跨越内转换 振动弛豫能量l 2l 1l 3外转换l 2T2内转换振动弛豫LOGO二、分子荧光分析的基本原理1、激发光谱与荧光 (磷光 )光谱（ 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。LOGO（ 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)。LOGOLOGO（ 3） .激发光谱 与发射光谱 的关系 .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 （ em） 比激发光谱的波长 （ ex） 长， 振动弛豫消耗了能量。 .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 ， 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。 LOGOLOGO .镜像规则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 。 LOGO200 250 300 350 400 450 500荧光激发光谱 荧光发射光谱nm蒽的激发光谱和荧光光谱LOGO2、 荧光强度及其与浓度的关系（ 1）量子产率及影响因素表示物质发射荧光的能力 。 = 发射的光子数 / 吸收的光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。由于激发分子的去活化过程包括辐射跃迁和非辐射跃迁，因而荧光量子产率也可表示为： =kf/(kf+K )kf：辐射跃迁速率， K：非辐射跃迁速率LOGO（ 2）荧光强度与浓度的关系 在稀溶液中（ bc 0.05)，荧光强度与荧光物质的浓度成正比。If =2.3 I0 bc荧光强度 If正比于吸收的光量 Ia与荧光量子产率 。在一定条件下： If = K c 在浓溶液中，荧光强度常常随溶液浓度增加而下降a 因入射光强度大大减弱而使所产生的荧光强度大大降低；b. 溶质与溶质间的相互作用产生荧光物质的激发态分子与基态分子形成复合物； c 自吸收。 LOGO3. 荧光与分子结构的关系（ 1）分子产生荧光必须具备两个条件：a.具有合适的结构；b.具有一定的荧光量子产率。（ 2）化合物的结构与荧光 共轭效应：提高共轭度有利于增加荧光效率并产生红移。a 芳环越大 ,荧光峰越移向长波方向b 同一共轭环数的芳族化合物 ,线性环结构者荧光波长比非线性者要强。 LOGO 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。a 试剂本身有刚性平面结构LOGOb 形成络合物后 ,形成刚性平面滂铬兰黑 R（ BBR）无荧光，它与铝形成螯合物有荧光。 LOGOc 取代基之间形成氢键加强了分子刚性结构和增强荧光强度。d 异构体的影响 顺式和反式同分异构体具有不同的荧光强度。LOGO 取代基效应芳环上有供电基，使荧光增强。a 给电子基团常使荧光增强 ;取代基对苯荧光的影响 (乙醇溶液 )化合物 分子式 荧光波长 (nm) 荧光相对强度 苯 C6H6 270310 10苯酚 C6H5OH 285365 18苯胺 C6H5NH2 310405 20苯基氰 C6H5CN 280390 20苯甲醚 C6H5OCH3 285345 20 LOGOb 吸电子基团会减弱甚至破坏荧光 ;c 邻位、对位取代增强荧光，间位取代抑制荧光。d 重原子引入体系，荧光强度都很弱，而磷光强度相应增强。e 与 电子体系作用小的取代基 , 影响小。LOGO 跃迁类型* 的荧光效率高，系间跨越过程