第五章-分子发光分析

第五章分子发光分析

§1.基本原理一、荧光和磷光的产生光致发光基态分子价电子跃迁到激发态光照激发基态发出荧光或磷光<一>电子自旋状态的多重性电子激发多重度：M=2S+1S：电子自旋量子数的代数和。取0或1基态单重态S0激发单重态激发三重态S1,S2,S3分别表示第一,二,三激发单重态单重态：电子自旋相反，↑↓S=0，M=1T1,T2,T3分别表示第一,二,三激发三重态Esingle>Etriple三重态：电子自旋平行，↑↑/↓↓S=1，M=3S2S1S0T1吸收发射荧光发射磷光系间跨越内转换振动弛豫能量l2l1l

3

外转换l

2T2内转换振动弛豫<二>去活化过程

非辐射跃迁（热）辐射跃迁（光）{振动弛豫S0S2S1T1吸光2吸光2振动弛豫10-12s2.内转换S0S2S1T1吸光2吸光1内转换Sn→Sn-1；Tn→Tn-1

10-13~10-11s3.荧光发射S1（V=0）→S0（V）（V=0，1，2，3……）lem>lex（ex=excitation激发；em=emission发射）

S2S0S1T1吸光2吸光1荧光3荧光10-9~10-7s4.系间跨越S0S2S1T1吸光1吸光2荧光3系间跨越10-6~10-2s5.磷光发射T1（V=0）→S0（V）（V=0，1，2，3……）10-4~10sS0S2S1T1吸光2吸光1荧光3磷光磷光6.外转换F或P的“熄灭”或“猝灭”过程S0S1S2T1吸光1吸光2荧光3磷光外转换S2S1S0T1吸收发射荧光发射磷光系间跨越内转换振动弛豫能量l2l1l

3

外转换l

2T2内转换振动弛豫二、荧光（磷光）的激发光谱和发射光谱１.激发光谱

固定发射波长lem，扫描激发波长lex

２.发射光谱固定激发波长lex，扫描发射波长lem3.合并

lex<lem<lp4.寻找lex和lem（1）连续改变lex（或lem），寻找稳定出峰的波长（2）扫描三维荧光5.荧光光谱的特性

（1）lem

>lex（2）荧光发射光谱的形状与激发波长lex无关△l=lem

–lex

Stokes位移荧光都是从第一激发态的最低振动能级向基态跃迁所产生（3）荧光的激发光谱和发射光谱呈镜像对称三、荧光量子产率分子发射荧光的条件：（1）分子的结构必须激发光的频率相适应。（2）必须具有一定的量子产率。荧光量子产率：：荧光发射过程的速率常数，决定于分子的化学结构

:其它相关过程的速率常数之和。主要决定于化学环境，同时也与化学结构有关。

四、荧光强度If与溶液浓度C的关系把展开

当I0与l一定时只有在稀溶液中成立

五、荧光与分子结构的关系〈经验规则〉1.跃迁类型—*n—*荧光效率较高2.共轭效应共轭程度↑量子产率jf

↑

lem↑→→荧光强度↑→3.刚性平面结构酚酞（无荧光）荧光素（有荧光）芴（jf

=1）联苯（jf

=0.18）

刚性平面结构↑

→

荧光强度↑

→

lem↑4.取代基效应给电子取代基：-OH;-OR;-NH2;-NR2;-CNIf

↑吸电子取代基：-COOH;-C=O;-NO2;-NO;-XIf↓重原子→荧光↓磷光↑高原子序数的原子六、影响荧光强度的因素1.溶剂

If

↑溶剂极性↑→（不完全通用）2.温度

If

↓温度↑→3.pH值{物质的存在形式变化配合物的组成配比变化}

→根据具体荧光物质选择pH值lem

↑→4.内滤光作用

荧光共振能量转移（FERT，fluorescenceresonanceenergytransfer）七、溶液荧光猝灭荧光猝灭：引起荧光减弱甚至消失的现象荧光猝灭（Q，quencher）：引起荧光猝灭的物质类型

碰撞猝灭2.静态猝灭（组成化合物的猝灭）3.转入三重态的猝灭4.发生电子转移反应的猝灭5.荧光物质的自猝灭（浓度较高的溶液中发生）§2.荧光分光光度计

§3.MFA及其应用、荧光分析法的特点1.灵敏度高比UV-Vis高出2~4个数量级。原因有2：（1）UV-Vis：亮背景检测MFA:暗背景检测（2）If∝I0，可以通过增大I0来增大If

I0↑，It↑,

A基本不变2.选择性强两个光谱激发光谱发射光谱{如果激发光谱重叠，可用发射光谱。反之亦然3.试样量少、方法简便4.提供较多的物理参数5.缺点：应用范围不广，对环境因素敏感，干扰因素也较多二、定量分析法1.标准曲线法配制标准溶液：C1,C2,C3，C4,C5测定荧光强度：If1,If2,If3，If4,If52.比较法（标准对照法）三、应用1.元素的测定{元素+有荧光的配合物→元素+有机试剂→荧光产物荧光↓2.有机物及生物大分子的测定3.机理研究药物-DNA，药物-酶的作用机理。§4.分子磷光分析法（molecularphosphorescenceassay，MPA）一、特点1.2.10-4~10s10-9~10-7s3.磷光的寿命tP和辐射强度Ip对重原子和顺磁性离子敏感二、低温磷光法LTP（lowtemperaturephosphorescence）（1）T1（V=0）~~~→S0的外转换（2）激发态分子与溶剂分子的碰撞（3）某些光化学反应。非辐射去活化过程：为了减少这些去活化作用，采用低温。冷却剂：液氮

溶剂EPA：乙醇׃异戊烷׃二乙醚=25׃5׃三、室温磷光法RTP（roomtemperaturephosphorescence）（1）SS-RTP（固体基质室温磷光法）（2）MS-RTP（胶束增稳的溶液室温磷光法