荧光光谱的原理与应用ppt课件

.荧光光谱的原理和应用，2，主要内容，荧光光谱的基本原理，1，荧光光谱仪的原理，操作和数据处理，2，荧光光谱的应用，3，参考资料，4，3，荧光光谱的基本原理，4，荧光定义，荧光是辐射的转移之一，是物质在此状态下死于诸如多重性的低能量状态下发出的辐射种类。5，结构原理：电子排列在原子或分子上的规则。基态和激发态，能量最小原理泡腾原理洪特规则，基态：一个分子的所有电子的排列遵循结构原理时，这个分子称为基态。这里的状态：分子的电子排列不完全符合结构原理的时候，这种分子被称为这里的状态。6，电子激发态的多极限：M=2S 1S是电子自旋量子数的对数和(0或1)；根据洪特规则(自旋对稳定比平行自旋)，电子激发态有多严重，三态能级低于相应的单态能级；大多数有机分子的基态是单重态的。7，分子能级比原子能级复杂；每个电子能级都有振动、旋转能级。分子能级和跃迁，这里：基态(S0)激发态(S1，S2激发态振动能级):吸收特定频率的辐射；量子化转移一次到位。停用：此处状态基准状态：各种方法和方法(请参阅能源准尉图)；最快且处于此状态的寿命最短的方法占优势。第一，第二，电子激发单状态S1、S2；第一，第二，电子激发三重态T1、T2；8，亚夫隆斯基分子能量准尉图。9、转移规则，转移前后原子核的组成保持不变，转移过程中电子自旋保持不变，转移前后电子的轨道允许在空间上有大叠加和轨道镜像的映射性的转移；如果在转换过程中电子自旋发生变化，则转换前后的电子轨道将阻止空间不重叠或轨道的映射性不变的转移。Franck-Condon原理：在电子转移完成的瞬间，分子内核的构成已经来不及改变。10、电子在此状态不稳定，容易返回基态，在此过程中，如果没有辐射战(发光)和辐射战而失去能量，则称为停用(disabled)。如果在此状态停留时间短，返回速度快的途径，则发生的概率很大。失活路径，11，振动弛豫：在同一电子能级内，高振动动能级内，低相邻振动能级内的热能交换形式的转变。振动缓解发生的时间通常为10-12s。没有辐射转移失活方法，内部转换和振动松弛，高激发态电子再次第一激发单态最小振动能级。内部转换：多个严重的、相同的电子级中间级之间没有辐射能级转换。12，辐射转移停用路径，系统间通道：不同多状态，重叠旋转能量水平之间的非辐射转移。电子自旋、阻挡跃迁、自旋-轨道耦合引起的变化。外部转换：激发分子和溶剂或其他分子相互作用以传输能量的非辐射转换；外部转换减弱或“猝灭”荧光或磷光。13，荧光发射：电子是一阶激发单态最小振动能级基态(大部分是S1S0跃迁)，发射波长是 2荧光；10-7-10-9s。辐射转移失活路径，磷光发射：电子受第一刺激三重状态的最小振动能量水平基态(大部分是T1S0转移)；发射波长为3的磷光；10-4-100s。电子从S0进入T1的可能过程：(S0T1阻塞转换)S0此处振动缓解内部转换振动缓解T1发光速度慢，照明停止后持续一段时间。如图所示，发射荧光的能量比分子吸收的能量小，波长长；221；14，激发光谱固定发射波长(通常在发射波段固定在感兴趣的最高点)，扫描化合物的发射强度(荧光/磷光)与入射光波长的关系曲线。主光谱参数，发射光谱固定激发波长(通常固定在此波段感兴趣的峰值位置)，扫描化合物的发射强度(荧光/磷光)和入射光波长的关系曲线。吸收光谱化合物的吸收强度与入射光波长的关系曲线。15，主要光谱参数，吸收光谱反映了物质基态能级和激发态能级之间的所有允许转移。一般状态下物质的表观颜色大部分取决于吸收特性。激发光谱反映了基态和荧光发射相关的所有能级之间的转移。比吸收光谱显示出选择性关系，但有时比吸收光谱不直接。当电子转移到不同激发态的能级上时，吸收不同波长的能量(例如，能级图2，1)，产生不同的吸收带，但将产生单个状态(1)的最低振动能级再转移返回到基态，产生波长的恒定荧光(例如， 2)。因此发射光谱的形状与这里的波长无关。16，Stoke位移，一种化合物的发射光谱往往类似于吸收光谱，但总是比相应的吸收光谱红，这称为Stokesshift。蒽在溶液中的吸收(点线)和释放(实线)光谱，17，股票持有者位移的主要原因：1。转移到激发态的高振动动能水平的激发态分子首先以更快的速度发生振动弛豫(速度为1013/s)，部分能量丢失，到达零振动能水平，通常在零振动能水平上释放荧光；2.这里的状态形成后，该分子的构成将进一步调整，以达到这里状态的稳定构成，这又损失了部分能量；3.释放荧光的激发状态大部分是(， *)状态，此激发状态具有比基态更大的极性，因此由极性溶剂更稳定，将进一步降低此状态的能量。斯托克位移、18，但有时在高温下，还可以观察到荧光光谱在吸收光谱的短波方向上移动的反斯托克位移。这是因为高温使更多处于激发态的分子放在高振动动能水平上，荧光主要在此状态的高振动动能水平上释放。没有发生斯托克位移或半斯托克位移的荧光称为共振荧光。antistock位移，19，荧光发射是光吸收的反过程。荧光发射光谱与吸收光谱具有相似的镜影关系。但是，如果激发态的组成与基态的组成有很大的不同，荧光发射光谱与该化合物的吸收光谱有很大的不同。镜像规则，20，荧光光谱固定激发光波长物质发射的荧光强度和发射光波长关系曲线(右中曲线II等)。荧光本身是电子在两个水平之间不发生自旋反转的辐射转换过程中产生的光。磷光光谱固定激发光波长物质发射的磷光强度和发射光波长关系曲线(右中曲线III)。磷光本身是在两个水平之间发生自旋反转的电子的辐射转换过程中产生的光源。荧光光谱和磷光光谱，21，光谱，22，自吸收现象：化合物的荧光发射光谱的短波长端与吸收光谱的长波长端重叠，产生自吸收；像蒽化合物。内部过滤作用：溶液吸收从这里或荧光物质发出的荧光，如色氨酸中的重铬酸钾。内部过滤器角色和自吸收现象，23，荧光寿命，荧光寿命一般表示荧光强度降低到初始1/e所需的时间。例如，荧光强度的衰减与指数衰减的规律： it A其中I0是此处的最大荧光强度，It是时间t时荧光强度，k是衰减常数。我们定义的荧光寿命，假设根据时间测量的It是I0的1/e。24，寿命是衰减常数k的倒数。实际上，在瞬间来到这里后的某一时刻，荧光强度达到最大值，荧光强度呈指数下降。在最大荧光强度值之后，强度值减少到1/e所需的时间都必须相同。荧光寿命，25，仅通过激发态分子发射荧光的方式失去能量，荧光寿命与荧光发射速度的衰减常数成反比。因为有荧光寿命，所以有f1/kF，f表示荧光分子的固有荧光寿命，kF表示荧光发射速度的衰减常数。荧光发射速度是单位时间发射的光子数。，26，激发态的分子除了发出荧光返回基态外，还通过一些其他过程(例如淬火和能量传递)返回基态，结果是激发态的分子返回基态的过程(或失活过程)加快，结果荧光寿命缩短。寿命与这些过程的速度常数相关，整个停用过程的速度常数k是各种停用过程的速度常数的总和， kkfki可以表示各种非发射过程的衰减速度常数。总寿命为：1/k1/(kfki)，荧光寿命，是27。吸收概率与发射概率相关，因此f与最大吸收位置的摩尔消亡系数A5;f的近似估计(秒)可以从下面得到。1/f104 max，注意：讨论寿命时，不要将寿命与转换时间混淆。转移时间是转移频率的倒数，寿命表示分子在特定状态下存在的时间。测量寿命可以获得分子结构和动力学的信息。荧光寿命，28，延迟荧光，一般荧光寿命10-8s，最高10-6s。但有时最多可以观察到10-3s。这种长寿命延迟发射的荧光称为延迟荧光或慢荧光。延迟荧光和一般荧光的区别主要是辐射寿命的差异。这种长寿命的延迟荧光源自从一阶激发三重态(T1)再生的S1状态的辐射转移。也就是说，延迟荧光是S1T1S1S0 hf，29，延迟荧光，e型延迟荧光：一阶激发单态S1和一阶激发三态T1的能量差较低时，T1状态有时会从环境中获得特定的热量，达到具有更高能量的S1状态。T1S1这种现象最早在tebrolucifer(eosin)中观察到，被命名为e型延迟荧光。，p型延迟荧光：T1在单态(S1)和三态(T1)大幅下降的情况下，无法通过环境中获得热来达到S1状态。此时，如果两个三重分子接近，两个三重分子的消亡过程可能会再次产生S1状态。也就是说，S1 S1 t1t1 s0s1 s0s0h p是在佛罗伦萨和菲纳首次观测到的，因此被命名为p型延迟荧光。30，荧光量子产率是物质荧光特性中最基本的参数之一，表示物质释放荧光的效率。量子产率、荧光量子产率通常是荧光发射强度与物质吸收的光子数的比率，或荧光发射速度与吸收的光率的比率(例如，=荧光发射量子数/吸收的光子数=kfS1/吸收率=If/Ia，)。31，量子产率，一般荧光量子产率不随激发光波长变化。这称为Kasha-Vavilov规则。但是，如果此状态的形成导致化学反应或系统间通道和内部转换的竞争，则可能会受到影响。例如，低压气相以254nm的光刺激苯，=0.4以小于240nm的光刺激苯时，没有检测到荧光。这是因为苯的高振动动能准尉的S1状态转变为杜瓦苯。不同化合物的差异可能很大。还受温度、溶剂等环境的影响。例如，降低温度会增加一个化合物，提高温度会减少一个化合物。32，由于量子产率、荧光的非单色、各方向的不均匀性和二次发射等原因，荧光量子产率的直接测量重复性经常下降。因此，实际测量采用了与已知荧光量子产率的基准化合物在相同条件下比较测量的相对方法，并通过公式计算了目标化合物的荧光量子产率。=s I scs/(Is c)、s、s、cs和Is分别是参考物质的荧光量子产率(已知)、摩尔消光系数、溶液浓度和荧光强度。、c和I分别是主体的荧光量子产率(未知)、摩尔吸光系数、溶液浓度和荧光强度。，参考照片必须是已知的、无自吸收、无浓度急冷、在被测定物质中使用的溶剂中溶解、易于精炼、稳定、对杂质不敏感的物质。一般参考物，例如Rhodamine b和quinoline sulfate。33，荧光生成条件，化合物在光子发生多重不变性转移时吸收的能量小于分解最弱化学键所需的能量。另外，化合物要引起荧光，其结构中必须有荧光组。荧光组是包含不饱和键的组，如果它是分子共轭体系的一部分，则可以产生荧光。34，影响荧光的主要因素，1 .荧光辅助和荧光去除组：使化合物能够荧光增强的组称为荧光辅助组。通常，提供电子备用数据库，例如-NH2、-OH等。相反，进气电子组(例如-coh、-CN等)减弱或抑制荧光的产生，称为荧光消色块。35，影响荧光的主要因素，增加共面交叉环的数量，特别是交叉环排列成线型，有利于系统内电子的流动，减少系统转移所需的吸收能量，有利于荧光的生产。2 .增加交叉环会增强荧光，提高刚度会减少分子的振动，因此振动引起的热量释放不容易。此外，增加分子的刚度通常有助于增加分子的共面，增加分子内电子的流动性，产生荧光。3 .提高分子的刚度可以提高荧光：36，根据电子战规则，S1状态的电子构成为(，*)状态，S1状态的电子构成有利于产生荧光，S1状态的电子构成为(n，*)状态，则不利于产生荧光。4 .激发态电子构型的影响：重原子可以提高系统间的通道，增加从S1状态到T1状态的系统间速度常数和量子产率，从而减少荧光量子产率。5.中原子将减少荧光量子的产率：37，作为影响荧光的主要因素，增加溶剂的极性，一般有利于荧光的生产。6 .溶剂极性的影响：降低系统温度可以提高荧光量子产率。温度的影响，如氢键、吸附、溶剂粘度增加等，可以增加荧光的量子产率，这都可以通过减少分子的热振动和增加分子的刚度来解释。8 .其他影响因素：38，39，荧光光谱仪的原理，操作和数据处理，40，如果实验样品受到刺激，记录发射强度与激发源特性、样品特性和温度、时间、空间、能量等相关特性之间的关系，以便利用更好的研究或发光过程。荧光光谱仪的基本原理，41、样品准备、散装固体，最好切割和研磨成规则形状，以减少内外表面元素的干扰，尽可能获得理想光谱。2.要比较系列样品特性，请尽可能在尺寸和抛光方面采用相同的规格。4.对于与异性相关的测试，请注意光轴(或x，y，z轴)的位置。5.对于具有自吸收特性的样品，要注意对测试结果的影响。42，防止样品制备、粉末和微晶、滤纸纤维、胶等杂质混合，防止其光影响试验结果。2.样品应尽量保存在不引入杂质、防潮和避光的样品管(箱子)中。3.在强光下不稳定的化合物，测试时要特别注意调节入射光的强度，以免损坏样品。4.粉末和微晶玻璃样品通常钳制在石英玻璃片上进行测试。43，液体，准备样品，1。溶液样品尽可能使用透明的玻璃化溶液，以避免在这种会聚光路径中盘子的