荧光光谱的原理及应用.pptx

会计学第1页/共61页荧光是指一种光致发光的冷发光现象。当某种常温物质经某种波长的入射光（通常是紫外线）照射，吸收光能后进入激发态，并且立即退激发并发出比入射光的的波长长的出射光（通常波长在可见光波段）；而且一旦停止入射光，发光现象也随之立即消失。具有这种性质的出射光就被称之为荧光。 第2页/共61页磷光是一种缓慢发光的光致冷发光现象。当某种常温物质经某种波长的入射光（通常是紫外线）照射，吸收光能后进入激发态（具有和基态不同的自旋多重度），然后缓慢地退激发并发出比入射光的的波长长的出射光，而且与荧光过程不同，当入射光停止后，发光现象持续存在。发出磷光的退激发过程是被量子力学的跃迁选择规则禁戒的，因此这个过程很缓慢。第3页/共61页第4页/共61页主要内容第5页/共61页1荧光光谱的基本原理2荧光光谱仪的原理、操作及数据处理3荧光光谱的应用4参考资料第6页/共61页荧光光谱的基本原理第7页/共61页一、分子能级与跃迁分子能级比原子能级复杂； 在每个电子能级上，都存在振动、转动能级；激发： 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；失活： 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 … ；第8页/共61页电子激发态的多重度 电子激发态的多重度： M = 2S+1 S为电子自旋量子数的代数和(0或1)；单重态： 一个分子中所有电子自旋都配对的电子状态。三重态： 有两个电子的自旋不配对而平行的状态。激发三重态能量较激发单重态低。第9页/共61页第10页/共61页跃迁规则Franck-Condon原理： 在电子跃迁完成的瞬间，分子中原子核的构型是来不及改变的。 跃迁前后原子核的构型没有发生改变、跃迁过程中电子自旋没有改变、跃迁前后电子的轨道在空间有较大的重叠和轨道的对映性发生了改变的跃迁是允许的；（S0 → S1允许跃迁） 跃迁过程中电子自旋发生了改变、跃迁前后电子的轨道在空间不重叠或轨道的对映性未发生改变的跃迁是禁阻的。（S0 → T1禁阻跃迁）第11页/共61页 单重态能级间的跃迁符合光谱选律，跃迁概率大。分子通过吸收辐射而直接被激发到三重态的跃迁是禁阻的，概率很小。内转换内转换振动弛豫系间窜越S1T2T1能量发射荧光发射磷光外转换 吸收振动弛豫S0l 3l ?2l 1l 2第12页/共61页雅布隆斯基分子能级图S 2失活途径无辐射跃迁内转换系间窜越外转换磷光辐射跃迁振动弛豫荧光第13页/共61页失活的途径 电子处于激发态是不稳定状态，容易返回基态，在这个过程中通过辐射跃迁(发光)和无辐射跃迁等方式失去能量，这个过程就称为失活。 激发态停留时间短、返回速度快的途径，发生的几率大。第14页/共61页无辐射跃迁失活的途径 振动弛豫：同一电子能级内以热量交换形式由高振动能级至低相邻振动能级间的跃迁。发生振动弛豫的时间一般为10-12 s。 激发态分子常常首先发生振动驰豫。 内转换：多重度相同的电子能级中等能级间的无辐射能级跃迁。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。 第15页/共61页无辐射跃迁失活的途径外转换：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”。系间窜越：不同多重态，有重叠的转动能级间的非辐射跃迁。 改变电子自旋，禁阻跃迁，通过自旋—轨道耦合进行。含有重原子的分子中（如I、Br等），系间窜跃最常见。 第16页/共61页辐射跃迁失活的途径荧光发射：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 。 由图可见，发射荧光的能量比分子吸收的能量小，波长长；?’2 ? 2 ? 1 ； 磷光发射：电子由第一激发三重态的最低振动能级→基态（ 多为 T1 → S0跃迁）；发射波长为 ?3 的磷光； 10-4～100 s 。 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→内转换→系间窜越→振动弛豫→T1 发光速度很慢，光照停止后，可持续一段时间。 磷光仅在很低的温度或黏性介质中才能观测到，因此磷光很少应用于分析第17页/共61页 荧光产生的过程：（1）处于基态最低振动能级的荧光物质分子受到紫外线的照射，吸收了和它所具有的特征频率相一致的光线，跃迁到第一电子激发态的各个振动能级；（2）被激发到第一电子激发态的各个振动能级的分子通过无辐射跃迁降落到第一电子激发态的最低振动能级；（3）降落到第一电子激发态的最低振动能级的分子继续降落到基态的各个不同振