11分子荧光和磷光.ppt.Convertor.docVIP

第十二章 分子发光分析 §12-1 分子发光分析概述 激发态分子以辐射跃迁形式释放能量产生分子发光 一、分子发光类型 光致发光，如分子的荧光和磷光 激发模式 化学发光 荧光 激发态类型 磷光 二、分子发光分析法特点 灵敏度高。 选择性比高。 试样量小，操作简便，工作曲线线性范围宽。 在光学分子传感器以及生物医学、药学和环境科学等方面有其优越性。 §12-2 荧光与磷光基本原理 一、荧光和磷光的产生 电子激发态分子：物质分子吸收入射光子的能量后，价电子从较低能级跃迁到较高能级，这时分子被激发而处于激发态，称为电子激发态分子。 基态(S0)→激发态(S1、S2、激发态振动能级)：吸收特定频率的辐射； 激发态→基态：多种途径和方式；速度最快、激发态寿命最短的途径占优势； 电子激发态的多重性 电子激发态的多重性：M = 2S + 1 ，S 为电子自旋量子数的代数和(0或1)； 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； 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； 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； 无辐射跃迁 ☆振动弛豫：激发态分子由同一电子能级中的较高振动能级转至较低振动能级的过程，其效率较高。 ☆内转换：相同多重态的两个电子能级间，电子由高能级回到低能级的分子内过程。 ☆外转换：激发态分子与溶剂与其他溶质相互作用、能量转换而使荧光 （或磷光）减弱甚至消失的过程。荧光强度的减弱或消失，称为荧光熄灭（或猝灭）。 ☆系间窜跃： 激发态分子的电子自旋发生倒转而使分子的多重态发生变化的过程。 辐射跃迁: 荧光：受光激发的分子从第一激发单重态的最低振动能级回到基态所发出的辐射。多为 S1→ S0跃迁 寿命为10-7 ~ 10 -9s，由于是相同多重态之间的跃迁，几率较大，速度大，速率常数kf为106~109s-1。 磷光： 从第一激发三重态的最低振动能级回到基态所发出的辐射。 T1 → S0 跃迁 磷光寿命为10-4 ~10s，由于磷光的产生伴随自旋多重态的改变，辐射速度远小于荧光。 荧光(磷光)：光致发光，照射光波长如何选择？ 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； 二、 激发光谱和发射光谱 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)。 3.激发光谱与发射光谱的关系 a.Stokes位移 激发光谱与发射光谱之间的波长差值。发射光谱的波长比激发光谱的长，振动弛豫消耗了能量。 b.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(如能级图? 2 ,? 1)，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(如? ‘2 )。 c. 镜像规则 通常荧光发射光谱与它的吸收光谱（与激发光谱形状一样）成镜像对称关系。 镜像规则的解释 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。 200 250 300 350 400 450 500 荧光激发光谱 荧光发射光谱 nm 蒽的激发光谱和荧光光谱 三、荧光效率 分子产生荧光必须具备的条件 （1）具有能吸收一定频率紫外光的特定结构； （2）具有一定的荧光量子产率（荧光效率）。 荧光量子产率（?）表示物质发射荧光的本领： 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，则不出现荧光发射； 因此，只有那些具有共轭双键，尤其是具有刚性、平面和多环结构的分子有利于发光。 分子吸收辐射的能力愈强，则产生的荧光也愈强。能强烈发光的分子几乎都是通过吸收π→π*跃迁而到达电子激发态的。 四、荧光与分子的结构关系 具有强荧光性的物质，一般具有以下特