第7章荧光和磷光光谱法

1、2:01:187.1 荧光荧光7.1.1 荧光的产生荧光的产生7.1.5 发射与激发光谱发射与激发光谱7.1.3 荧光的影响因素荧光的影响因素7.1.7 实验技术与应用实验技术与应用7.1.6 荧光仪器荧光仪器7.1.4 定量关系定量关系7.1.2 荧光效率荧光效率 多重度多重度MM 单线态与三线态单线态与三线态 MgMg的光谱项的光谱项 去活化去活化6方式方式7.1 荧光荧光Fluorescence7.1.1 产生产生分子的电子能态：基态分子的电子能态：基态激发态激发态则则: 能量增加，分子的多重性可能改变能量增加，分子的多重性可能改变 激发态2:01:18多重度M=2S+1S为自旋量子数的

2、代数和为自旋量子数的代数和含偶数电子的分子含偶数电子的分子, 电子成对，电子成对， S= 1 21 20 泡利不相容原理单重态singlet state: 在磁场中无能级分裂2:01:19单重态基态S0吸收辐射通常自旋不变激发态S1/ S2单重态基态S0吸收辐射自旋改变激发态T1/T2规则Hund平行自旋能量更低泡利不相容原理 S= 1 21 21M=2S+13三重态triplet state激发后S/T两态激发态12 Mg的基态与第一激发态的基态与第一激发态基态基态1st激发态激发态3s3p12121212122S+1=12S+1=12S+1=3内量子数内量子数J有有2S+1个取值个取值(L

3、+S),(L+S-1),(|L-S|)单线态与三线态12Mg的的S0/ S1/ T1态态基态基态1st激发态激发态3s3p12121212122S+1=12S+1=12S+1=3J有有2S+1个取值个取值:(L+S),(L+S-1),(|L-S|)L= 0 (用用S表示表示) 1(用用P表示表示) 1J= 0 1 2, 1, 0 好多S，意义都不同 S= 12120 单线态与三线态12 Mg的基态与第一激发态的基态与第一激发态基态基态1st激发态激发态3s3p12121212122S+1=12S+1=12S+1=3103S113P313P303P323P光光 谱谱 项项 21SJnL改变自旋/

4、禁阻/磷光单：荧光/三：磷光2:01:19去活化6种方式(1) 振动驰豫 vibrational relaxation (2) 荧光发射2:01:19去活化(3) 内部转换 internal conversion (4) 体系间跨越 intersystem corssing不论开始处于哪个激发S态最后到达S1最低振动能级2:01:19去活化(5) 磷光发射(6) 外部转换 external conversion室温无磷光2:01:19去活化示意图2:01:19去活化演示ee吸收驰豫ee2:01:19去活化演示e内部转换e荧光e过程过程荧光的产生荧光的产生eeee吸收激发振动驰豫内部转换S1最低

5、荧光辐射S0各振动能级2.1.1 产生产生2:01:197.1 7.1 荧光荧光7.1.1 荧光的产生荧光的产生7.1.5 发射与激发光谱发射与激发光谱7.1.3 荧光的影响因素荧光的影响因素7.1.7 实验技术与应用实验技术与应用7.1.6 荧光仪器荧光仪器7.1.4 定量关系定量关系7.1.2 荧光效率荧光效率7.1.2 荧光效率荧光效率ifffkkk2:01:192.1.1 产生产生2:01:197.1 7.1 荧光荧光7.1.3 荧光的影响因素荧光的影响因素7.1.1 荧光的产生荧光的产生7.1.5 发射与激发光谱发射与激发光谱7.1.7 实验技术与应用实验技术与应用7.1.6 荧光仪

6、器荧光仪器7.1.4 定量关系定量关系7.1.2 荧光效率荧光效率7.1.3 影响因素影响因素 （1）萘f=0.29，f=310nm蒽f=0.46，f=400nm芴 f1.0 联二苯 f0.2 滂铬BBRpH5，与Al3+红色荧光典型给电子基团： -NH2、 -OH n-共轭, 但成盐荧光大减 激发态比基态极性大 溶剂极性增，则荧光红移并增强奎宁在苯:乙醇:水1:30:1000溶剂 介电常数 f/nm fCCl4 2.24 390 0.002CHCl3 5.2 398 0.041CH3CN 38.8 410 0.0648-羟基喹啉溶剂的影响 环境因素- 其他：与熄灭剂碰撞：M* +Q M+Q+

7、热激发熄灭剂： M* +Q M+Q*2.1.1 产生产生2:01:207.1 7.1 荧光荧光7.1.4 定量关系定量关系7.1.3 荧光的影响因素荧光的影响因素7.1.1 荧光的产生荧光的产生7.1.5 发射与激发光谱发射与激发光谱7.1.7 实验技术与应用实验技术与应用7.1.6 荧光仪器荧光仪器7.1.2 荧光效率荧光效率7.1.4 定量关系定量关系)lg(0IIA AII100)101 ()(00AffaffIIIIIxxxxex1.! 3! 2132泰勒级数展开002.302.30fffII AI kbcKc即吸收的强度入射的出射的xex1A=kbc通常 A0.05000.10.20

8、.3AIfIf与A 的关系A与c正比，低浓度KcIf2.1.1 产生产生2:01:207.1 7.1 荧光荧光7.1.5 发射与激发光谱发射与激发光谱7.1.4 定量关系定量关系7.1.3 荧光的影响因素荧光的影响因素7.1.1 荧光的产生荧光的产生7.1.7 实验技术与应用实验技术与应用7.1.6 荧光仪器荧光仪器7.1.2 荧光效率荧光效率 变变入射光波长，荧光最强处测入射光波长，荧光最强处测If本质：吸收光谱 固定固定激发光，测激发光，测Ift 关系关系本质：荧光发射光谱 用于用于选择条件，可组成两维光谱选择条件，可组成两维光谱2.1.1 产生产生2:01:207.1 7.1 荧光荧光7

9、.1.6 荧光仪器荧光仪器7.1.5 发射与激发光谱发射与激发光谱7.1.4 定量关系定量关系7.1.3 荧光的影响因素荧光的影响因素7.1.1 荧光的产生荧光的产生7.1.7 实验技术与应用实验技术与应用7.1.2 荧光效率荧光效率7.1.6 荧光仪荧光仪光源单色器1样品池单色器2检测器放大与记录垂直方向 垂直测量方式, 消除透射光影响 两个单色器，激发和发射，常用光栅高灵敏度原因：测量I非A，提高激发光强度，现代技术测弱光信号确定量子效率2:01:20四面光比色皿2:01:21 时间分辨技术, 各发光体的发光衰减速率不同 光谱重叠，发光寿命不同的组分可分辨与测定。光谱重叠，发光寿命不同的组

10、分可分辨与测定。 对门控时间扫描，测对门控时间扫描，测Ift，测定荧光寿命。测定荧光寿命。 根据不同发光体形成速率，消除干扰。根据不同发光体形成速率，消除干扰。Th 0.01gZr 20gAl 100g 同步扫描技术 固定波长差，简化荧光光谱，提高选择性。固定波长差，简化荧光光谱，提高选择性。Zr 20g 酪氨酸和色氨酸：荧光光谱严重重叠酪氨酸和色氨酸：荧光光谱严重重叠 15nm, 60nm, 60nm, 则显示色氨酸光谱则显示色氨酸光谱普通荧光同步荧光激发发射012345260310360410460/nmk/(103 mg-1 L)phetyrtry本质：不同轨道的能量差 应用灵敏度：比光

11、度法高23个数量级 荧光干扰峰 倍频峰倍频峰 在激发波长ex的n倍处有荧光发射光谱苯丙氨酸phe，ex=257nm，n=1,2处有峰，强度不随浓度变化050100150200250270290310330350/nmFn=14 mg/L2 mg/L020040060080010001200450500550600650/nmFn=24 mg/L2 mg/L02004006008001000250350450550650ex=257nm荧光分析：应避开ex光的n倍处 仪器实物 www.PerkinELS45LS55本系仪器简介 T1S0 禁阻跃迁，速率小，寿命长禁阻跃迁，速率小，寿命长 非辐射概

12、率增大，导致非辐射概率增大，导致Ip小小 KcIp磷光：波长更长/寿命更长7.2.2 温度影响温度影响胶束稳定固体表面敏化溶液 室温磷光室温磷光2:01:22胶束稳定固体表面敏化溶液室温磷光eS0S1合适的受体Ae待测物D是能量供体吸收激发体系间跨跃S 1 T1T1能量转移D* A* ee磷光产生A* A+hv S0T1受体A的选择：(1)在供体激发波长范围内，摩尔吸光系数较低(2)T1能量略低于供体D的T1(3)量子产率大。常用有1,4-二溴萘7.2.3 重原子效应重原子效应提高提高I Ip p: : 用含重原子的溶剂用含重原子的溶剂( (碘乙烷碘乙烷) ) 分子中引入重原子分子中引入重原子 internal heavy-atom effectinternal heavy-atom effect 称为称为( (内外部内外部) )重原子效应重原子效应 高核电荷使电子能级复杂，高核电荷使电子能级复杂， 电子自旋电子自旋-规定耦合作用加强规定耦合作用加强 S1T1增加增加引入重原子,荧光增强吗?2:01:22 顺磁性物质，氧等顺磁性物质，氧等7.2.4 仪器仪器与荧光仪一体化与荧光仪一体化 试用室试用室: :试样池放在液氮杜瓦瓶内试样池放在液氮杜瓦瓶内 固体表面磷光需特制试样室固体表面磷光需特制试样室 磷光镜磷光镜: :一种机械切光装置一种机械切光装置. . 转筒式和转盘式转