第7章 分子发光

第七章分子发光分析法激发模式不同光致发光热致发光场致发光化学发光荧光磷光§1荧光分析法一、概述灵敏度高，检出限比分光光度法低2~4个数量级。选择性也好。适用范围较小，主要用于生物物质。二、基本原理（一）荧光和磷光的产生S0S2S1T1吸光1吸光2振动驰豫VR：在同一电子能级中，分子由较高振动能级向该电子态的最低振动能级的非辐射跃迁。内转化ic：相同多重态的两个电子能级间的非辐射跃迁。荧光F：处于第一电子激发单重态最低振动能级的分子，以辐射跃迁形式返回基态各振动能级。体系间窜跃isc：不同多重态的两个电子能级间的非辐射跃迁。磷光P：处于第一电子激发三重态最低振动能级的分子，以辐射跃迁形式返回基态各振动能级。荧光与磷光的比较：（1）荧光是由激发单重态最低振动能层至基态各振动能层间跃迁产生的;

磷光是由激发三重态的最低振动能层至基态各振动能层间跃迁产生的.（2）激发单重态的平均寿命大约为10-8s,荧光产生快，而激发三重态的平均寿命为10-3--10s，磷光产生稍慢。磷光寿命比荧光长。（4）不论电子开始被激发至什么高能级，荧光和磷光的波长都是固定的。（3）磷光辐射的波长比荧光长激发光谱曲线

以不同波长的光激发荧光物质，并在荧光最强的波长处测量荧光强度。以激发波长为横坐标，荧光强度为纵坐标绘制得到激发光谱曲线。荧光光谱曲线

固定激发光的波长和强度不变，测量不同波长下的荧光强度。以荧光发射波长为横坐标，荧光强度为纵坐标绘制得到荧光光谱曲线。（二）荧光的激发光谱与发射光谱激发光谱发射光谱吸收光谱的各个谱带间隔与激发态的振动能级能量差对应，荧光的发射谱带间隔与基态的振动能级能量差相等。因而，激发态与基态的振动能级间隔类似时，吸收光谱与荧光光谱呈镜象对称。吸收光谱可以有几个吸收带，而荧光发射总是从S1

S0的过程，一般只有一个发射带，且与激发波长无关（形状固定）。同时发射的量子产率基本上与激发波长无关。（三）荧光效率及其影响因素1、荧光效率

kf为荧光发射过程的速率常数，ki为其它有关过程的速率常数的总和。一般来说，kf主要取决于化学结构，而ki则主要取决于化学环境，同时也与化学结构有关。2、荧光与分子结构的关系物质只有能吸收紫外可见光，才可能发荧光。共轭效应能增大荧光物质的摩尔吸光系数，有利于产生更多的激发态分子，从而有利于荧光的发生。容易实现*激发的芳香族化合物容易发生荧光，而能发生荧光的脂肪族和脂环族化合物较少（仅少数高度共轭体系化合物除外）。萘310nm0.29蒽400nm0.46分子的刚性平面结构有利于荧光的产生。刚性平面结构可以减少分子的振动和碰撞去活的可能性。给电子取代基能增强荧光。如-OH、-OR、-CN、-NH2、-NR2等吸电子取代基能减弱荧光。如-COOH、-NO、-CO、卤素等。重原子效应减弱荧光，增强磷光。能级交叉现象严重，容易发生自旋轨道偶合作用，使体系间窜跃显著增加。如卤素取代基。芴

f=1联苯

f=0.20n

p*跃迁的摩尔吸光系数、量子产率均低于p

p*跃迁。3.环境因素对荧光的影响1、溶剂的极性：电子激发态比基态有更大的极性。溶剂的极性增强，对激发态会产生更大的稳定作用，使物质的荧光波长红移，荧光强度增大。2、温度：辐射跃迁速率不受温度影响，但非辐射跃迁速度随温度升高显著增大。对于大多数荧光物质，升高温度会使非辐射跃迁概率增大，荧光效率降低。由于三重态的寿命更长，温度对磷光影响更大。3、pH：含有酸性或碱性基团的芳香族化合物在不同pH溶液中有不同的电子氛围，具有不同荧光性质。4、内滤光作用和自吸收作用。自吸收作用：当荧光物质的短波部分与其吸收光谱的长波部分有重叠时，如果溶液浓度过大，其发射的荧光被自身部分吸收。内滤光作用：溶液中若存在能吸收激发光或荧光的物质，会使实际测到的荧光减弱。5、表面活性剂：使荧光物质处于更有序的胶束微环境中，对处于激发单重态的荧光物质分子有保护作用，减小非辐射跃迁的概率，提高荧光效率。6、溶解氧分子：氧分子顺磁性，使激发单重态分子向三重态的体系间窜跃速率加大，使荧光效率降低。7.荧光猝灭：荧光分子与溶剂分子或其它溶质分子的相互作用使荧光强度下降的物理或化学作用过程。化学反应生成无荧光物质碰撞失活Ifc0荧光猝灭剂：与荧光分子相互作用使荧光强度下降的物质，如氧分子、卤化物。荧光自猝灭效应：荧光物质发出的荧光通过溶液时被荧光物质的基态分子所吸收（自吸现象）。由于激发态分子之间的碰撞，导致非辐射跃迁概率增大，荧光效率降低。（三）荧光强度与溶液浓度的关系三、荧光分析仪I0光源单色器液槽单色器检测器显示器IIf垂直测量方式两个单色器氙灯(250~800nm)高压汞灯365/405/436nm激光石英材料,方形四面透明。光栅光电倍增管四、荧光分析法的应用（一）无机化合物---金属离子与芳香族化合物形成络合物，使分子的平面刚性结构增大，原来不发光或发光较弱的化合物转变为强荧光化合物。无机离子与发荧光的物质反应形成无荧光物质。根据荧光减弱的程度进行测定。§2磷光分析法一、原理

T1→S010-4~10S跃迁禁阻弱

二、影响因素

温度含重原子溶剂重原子取代基重原子效应S1→T1

表面活性剂-胶束稳定作用胶束增稳室温磷光分析表面吸附固体表面室温磷光分析三磷光分析仪器I0光源单色器液槽单色器检测器显示器IIp低温或特制磷光镜§3化学发光分析法化学反应的化学能激发反应产物分子至激发态，受激分子辐射发光。生物发光。一、概述化学发光分析的特点灵敏度高10-12gmL-1测定的线性范围宽

5~6个数量级仪器设备简单

没有激发光源，检测发光总量。分析速度快二、基本原理（一）化学发光的条件间接发光A+BC*+DC*+FF*+EF*F+h

直接发光：

A+BC*+DC*C+h

（1）化学反应必须快速提供足够的激发能。（2）反应途径有利于激发态分子的形成。（3）激发态分子，能以辐射光子的形式回到基态。（二）化学发光效率和强度（三）化学发光反应的类型（2）气相化学发光主要有O3、NO、S的化学发光反应，可用于监测空