分化课件34分子发光

15.1荧光Fluorescence15.2磷光Phosphorescence15.3化学发光ChemiluminescenceFPC本章作业15分子发光分析结构化学之光谱项光谱项荧光/磷光要用到。用原子来说明与理解。原子结构：(无机化学、结构化学）光谱项头大的薛定谔方程电子运动状态的四个量子数主量子数n：1,2,3…,或者K,L,M,…

角量子数l：0,1,2,…,或者s,p,d,f,…

磁量子数m=0,±1,±2,…,±l表示空间取向,最多2l个，-l到+l含0自旋量子数ms

表示两种自旋方向原子光谱的本质1光谱项反映了原子(离子)核外电子排布外层电子不同能级间的跃迁不同状态下的能量，用能级表示这就是光谱项spectralterm用四个量子数来表示能级光谱项spectralterm原子结构：(无机化学、结构化学）1光谱项电子核外排布基本规律能量最低原理泡利Pauli不相容原理洪德Hund规则:自旋平行，能量更低不存在4个量子数相同的电子，一轨道最多2个自旋相反的电子光谱项：(标志原子中电子所处能级）1光谱项主量子数，用数字表示S总自旋量子数总角量子数，用字母S,P,D表示原子的内量子数光谱项：(标志原子中电子所处能级）1光谱项总自旋量子数多重度M=2S+1M个取值(产生M个能级分裂)：内量子数J为L和S矢量和S较小时，有2S+1个取值：(L+S),(L+S-1),…,(|L-S|)J每次-1Na原子的双线：D1,D21光谱项3s3p基态多重度M=2S+1=2双线第一激发态多重度M=2L=?S=?L大家写，一人登台写Na原子的双线：D1,D21光谱项589.6nm589.0nm详细见p362你见过某些特征的光谱发射线吗？描述一下！互动更多特别元素重要的特征谱线，欢迎上网发布光谱项：(标志原子中电子所处能级）1光谱项和相关课程呼应，了解光谱的本质在结构分析、定性分析中重要作用原子：无振动转动能级，锐线光谱光谱项：掌握Na、Mg，展望分子2.1.1产生17:26:0215.1.1荧光的产生仪器分析我是laozhu.//bbs/分子发光分析17:26:024/21/202315.1.5发射与激发光谱15.1.3荧光的影响因素15.1.7实验技术与应用15.1.6荧光仪器15.1.4定量关系15.1.2荧光效率

多重度M

单线态与三线态

Mg的光谱项

去活化6方式15.1荧光15.1.1激发及去活化分子的电子能态从基态→激发态则:能量增加/分子的多重性可能改变

激发态S为自旋量子数的代数和含偶数电子的分子,电子成对，泡利不相容原理单重态singletstate:在磁场中无能级分裂15.1荧光Fluorescence多重度M=2S+1先介绍一些基本概念概念：能分裂的数目17:26:02单重态基态S0吸收辐射自旋不变激发态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三重态tripletstate激发后S/T两态激发态15.1.1.1

Mg的基态与第一激发态基态1st激发态3s3p内量子数J有2S+1个取值(L+S),(L+S-1),…,(|L-S|)单线态与三线态光谱项参数！Mg的S0/S1/T1态基态1st激发态3s3pJ有2S+1个取值:(L+S),(L+S-1),…,(|L-S|)L=0(用S表示)1(用P表示)1J=012,1,0好多S，意义都不同状态state自旋量子数的代数和角量子数L=0s轨道单线态与三线态

Mg的基态与第一激发态基态1st激发态3s3p光谱

项

改变自旋/禁阻/磷光单：荧光/三：磷光单线态与三线态17:26:02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用原子为例，说明了光谱项激发态15.1.1.1分子更加复杂一些，成键轨道一对电子激发后也有单/三重态激发态不稳定17:26:02去活化6种方式(1)振动驰豫vibrationalrelaxation跃迁:10-15s<分子振动周期10-14-10-12s内，振动失活到激发态最低振动能级(2)荧光发射S1→S0

:10-9-10-7s，发射一个光量子能量小于吸收，驰豫已损失部分书翻开p30415.1.1.217:26:02去活化(3)内部转换internalconversion相同多重态间的无辐射跃迁(S1与S2振动能级有重叠时)10-13-10-11s(4)体系间跨越intersystemcorssing不同多重态间的无辐射跃迁:S1→T110-2-10-6s，自旋反转不论开始处于哪个激发态最后到达S1最低振动能级15.1.1.217:26:02去活化(5)磷光发射T1最低振动能级→S0时产生磷光辐射10-2-10s，寿命长多了！能量更低！(6)外部转换externalconversion激发态分子和溶剂等能量转换荧光/磷光消失，称熄灭或猝灭室温无磷光原因15.1.1.217:26:02去活化示意图15.1.1.2概念抽象，看图说话注意各中能级去活化演示ee吸收驰豫ee15.1.1.2去活化演示e内部转换e荧光e15.1.1.2荧光的产生eeee吸收激发振动驰豫内部转换S1最低荧光辐射S0各振动能级15.1.1整个过程2.1.1产生17:26:0215.1荧光仪器分析我是laozhu.//bbs/分子发光分析17:26:024/21/202315.1.1荧光的产生15.1.5发射与激发光谱15.1.3荧光的影响因素15.1.7实验技术与应用15.1.6荧光仪器15.1.4定量关系15.1.2两个参数目录页

耽搁在单重激发态的平均时间

荧光效率/寿命：两个理论参数

利用荧光寿命差，可进行混合物分析

专门材料研究中的特性

17:26:0215.1.2荧光寿命

辐射跃迁概率的大小：

φf＝发荧光的分子数/激发态分子总数提高kf，降低ki

都可增强荧光分析应用价值φf>0.1；荧光素的φf～1（上限为1）17:26:02

量子产率quantumyield15.1.2荧光效率2.1.1产生17:26:0215.1荧光仪器分析我是laozhu.//bbs/分子发光分析17:26:024/21/202315.1.3荧光的影响因素15.1.1荧光的产生15.1.5发射与激发光谱15.1.7实验技术与应用15.1.6荧光仪器15.1.4定量关系15.1.2荧光效率

跃迁类型

π*→π跃迁量子效率高

π→π*比n→π*跃迁的ε大1000倍15.1.3荧光影响因素怎样的有机化合物可以产生较强荧光？

分子结构——增大共轭有利首要条件有吸收，含共轭双键，通常>1个苯环

φf=0.110.290.460.60λf=278321400480nm15.1.3荧光影响因素共轭苯奈蒽并四苯15.1.3荧光影响因素刚性

刚性平面分子结构减少振动和碰撞去活鳌合物荧光的原理芴φf＝1.0联二苯φf＝0.2

偶氮染料滂铬BBRpH～5，与Al3+红色荧光15.1.3荧光影响因素取代基

取代基：给电子增、吸电子减典型给电子基团：

-NH2、-OHn-π共轭,强度增，最大λf增

但成盐荧光大减吸电子基团：

>C=O、-NO2

、-COOH、-CHO等S1→T1概率大，荧光减，磷光增荧光相对强度苯：10甲苯：17苯酚：18苯胺：20酚离子：10苯胺离子：0硝基苯：0苯甲酸：3苯：

1015.1.3荧光影响因素取代基

分子结构之重原子取代

卤素重原子效应荧光大减/

磷光增物质苯氟苯氯苯溴苯碘苯相对I1010750重原子效应15.1.3荧光影响因素溶剂

环境因素--

溶剂：

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

λf/nmφfCCl42.243900.002CHCl35.23980.041CH3CN38.84100.0648-羟基喹啉溶剂的影响15.1.3荧光影响因素溶剂

环境因素--

溶剂：

激发态比基态极性大溶剂极性增，则荧光红移并增强外重原子效应：溶剂分子含碘等碘化乙酯、二碘烷、溴化正丙酯等

体系跨越大增S1→T1概率大，荧光减，磷光增15.1.3荧光影响因素温度

环境因素--

温度：

影响非常大。磷光影响更大。

辐射跃迁与T几乎无关，非辐射随T显著增大。

T升，黏度降，与溶剂碰撞猝灭概率大。荧光素钠在-80℃：φf=100%每↑10℃→φf↓3%发光仪配有低温装置低温荧光光谱更丰富信息15.1.3荧光影响因素pH

环境因素--pH：

对有机弱酸碱物质影响大，不同型体情况不同p313，激发后情况略复杂，可存在两种发射！

pH<3.1，则为C10H7OH*的发射；pH较大，则转为C10H7O-*再发射！2-奈酚pKa基：9.5；激：3.1课后文献搜索，不同pH下，发射波长(颜色)？有些同学是文献搜索高手！15.1.3荧光影响因素pH

环境因素--pH：

对有机弱酸碱物质影响大见金属离子与有机试剂生产配合物发射荧光酸效应使pH影响配合物的稳定性和比例显著影响荧光发射情况Ga3+与2,2-二羟基偶氮苯在pH7生成1:2无荧光，pH3时1:1有荧光15.1.3荧光影响因素猝灭猝灭效应碰撞猝灭（动态猝灭）：外部转换热效应，非辐射猝灭无需猝灭剂

溶剂或溶质分子间发生物理/化学作用导致荧光强度下降。与熄灭剂碰撞：M*+Q→M+Q+热粘度大↓效应，利于荧光温度高↑效应，不利荧光自学1）静态猝灭；2）电荷转移猝灭；3）能量转移猝灭15.1.3荧光影响因素猝灭猝灭效应(2)转入三重态（寿命长）猝灭

S1与T1概位能曲线相交，体系间跨越顺磁性(有2个单电子)氧分子，促系间跨跃成T1

含溴、碘重原子效应跨越成T1磷光增强，因为T1更多概率15.1.3荧光影响因素猝灭(3)内滤光/自熄灭/自吸收这也要求荧光测量：低浓度！内滤光：有物质能吸收研究对象发射的荧光重铬酸钾吸收波长与色氨酸发射的荧光匹配自猝灭(浓度猝灭)：

浓度高时(>1g/L)，荧光分子之间相互碰撞猝灭自吸收：荧光光谱与吸收光谱有重叠

浓度高时基态分子可吸收自身发射的荧光光谱项去活化的六种方式上周要点荧/磷光，单/三重态分子结构与荧光效率的关系温度、溶剂极性等影响。上堂要点激发态用Mg原子的激发3s3p自旋相反单重态自旋相同三重态什么是单/三重态singlet/tripletstate？S态荧光

T态磷光上堂要点哪个更强?最大λf更大?苯苯胺（给电子基）苯胺质子化（-NH3+）物质氟苯氯苯溴苯碘苯相对I

什么关系?荧光的产生eeee吸收激发振动驰豫内部转换S1最低荧光辐射S0各振动能级15.1.1整个过程光致发光今天继续发光分析2.1.1产生17:26:0215.1荧光仪器分析我是laozhu.//bbs/分子发光分析17:26:024/21/202315.1.3荧光的影响因素15.1.1荧光的产生15.1.5发射与激发光谱15.1.7实验技术与应用15.1.6荧光仪器15.1.2荧光效率15.1.4定量关系目录页泰勒级数展开即吸收的强度入射的出射的15.1.4定量关系A=εbc仅取一项15.1.4定量关系通常

A<0.05If与A

的关系A与c正比，低浓度泰勒级数展开，仅取一项，x越小越符合2.1.1产生17:26:0215.1荧光仪器分析我是laozhu.//bbs/分子发光分析17:26:024/21/202315.1.4定量关系15.1.3荧光的影响因素15.1.1荧光的产生15.1.7实验技术与应用15.1.6荧光仪器15.1.2荧光效率15.1.5发射与激发光谱目录页15.1.5激发与发射光谱

变入射光波长，荧光最强处测If本质：吸收光谱

固定激发光，测If～t

关系本质：荧光发射光谱

用于选择条件，可组成两维光谱15.1.5激发与发射光谱

三维图谱及

等高线图

讨论xyz三轴含义开放实验建议：获得三维光谱了解仪器功能15.1.5激发与发射光谱典型光谱p307激发与发射光谱特征：峰值波长λp>λf>λ激发stokes位移。弛豫损失能量，还有溶剂效应p30617:26:0215.1荧光仪器分析我是laozhu.//bbs/分子发光分析17:26:024/21/202315.1.6荧光仪器15.1.5发射与激发光谱15.1.4定量关系15.1.3荧光的影响因素15.1.1荧光的产生15.1.7实验技术与应用15.1.2荧光效率目录页15.1.6荧光仪器17:26:02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15.1.6荧光仪器17:26:02

与分光光度计的主要差别①垂直测量方式,消除透射光影响②两个单色器，激发和发射各一

光源：高发射强度。常用氙灯。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15.1.6荧光仪器

试样室：

四面光石英池固体试样架四面光比色皿

色散系统：光栅

第一单色器选激发光波长第二单色器选荧光波长17:26:0215.1荧光仪器分析我是laozhu.//bbs/分子发光分析17:26:024/21/202315.1.5发射与激发光谱15.1.4定量关系15.1.3荧光的影响因素15.1.1荧光的产生15.1.6荧光仪器15.1.2荧光效率15.1.7实验技术及应用目录页17:26:02同步扫描技术

固定波长差，简化荧光光谱，提高选择性。两个单色器同步转动，保持：Δλ=λem-λex=常数

也可以固定能量差。再次理解2个单色器波数差=常数15.1.7技术与应用—同步荧光17:26:0215.1.7技术与应用—同步荧光同步扫描技术提高选择性p317。并四苯－普通荧光丁省－同步荧光激发发射操作软件直接设置17:26:0215.1.7技术与应用—前沿情报激光诱导荧光，超高灵敏度单分子检测：荧光素单分子行为研究荧光分子探针，研究DNA双光子荧光，研究热点！网络作业：开放式讨论这些前沿λex=257nm17:26:0215.1.7技术与应用—倍频峰

荧光干扰峰倍频峰（瑞利散射）

在激发波长λex的n倍处有荧光发射光谱苯丙氨酸phe，λex=257nm，nλ(n=1,2处有峰)，强度不随浓度变化荧光分析：应避开λex光的n倍处

实验必定遭遇，各教材都不提？网络讨论：瑞利散射、倍频峰的名词解释及对荧光的干扰。17:26:0215.1.7技术与应用—仪器实物⑤仪器实物LS55本系仪器简介课间说实验：色素实验你准备好了吗？等待新记录。留下本班印记，组织展板成为难忘的一个项目。后面提高机会实验报告见水平，不要太长！展示最重要的部分。不允许讲义雷同，只有题目可以一样色素实验第一周情况：13:00开始早10分钟到最佳RSD(3)=0.0010(余超凡戴吉,已公布)最佳RSE依次为：1.5，1.5，0.7%

(林希建)电子板报告上交，第一开栏再开新栏违反SOP，色素可以迟2周交基础滴定实验重点检查原始数据记录的规范性甄子恒中枪，记在手纸上。但同时发现了甄同学具最快好的潜质黄茂富创造了吸取5次的记录！唐渊第3次溶液就没了。周涛最实诚！3位同学周一上午10点。下周一抽签取有机酸，核心实验。2.1.1产生17:26:0215.2磷光仪器分析我是laozhu.//bbs/分子发光分析17:26:024/21/202315.2.2定量关系15.2.5磷光仪器15.2.3温度影响15.2.6技术与应用15.2.4重原子效应目录页15.2.1磷光产生15.2.1产生T1－>S0

禁阻跃迁，速率小，寿命长非辐射概率增大，导致Ip小

10-2∽10s17:26:02磷光(比荧光)：波长更长/寿命更长15.2磷光Phosphorescence15.2.2定量关系17:26:0215.2磷光Phosphorescence与荧光法的定量关系式类似！2.1.1产生17:26:0215.2磷光仪器分析我是laozhu.//bbs/分子发光分析17:26:024/21/202315.2.2定量关系15.2.5磷光仪器15.2.1磷光产生15.2.6技术与应用15.2.4重原子效应目录页15.2.3温度影响17:26:0215.2.3温度对磷光的影响

室温下，T1分子与溶剂碰撞失活，几乎无磷光

液氮(-196℃)中，强荧光。低温磷光分析

室温磷光胶束稳定磷光基团结合入表面活性剂胶束中固体表面滤纸/硅胶/氧化铝/淀粉敏化溶液待测物D*的能量转给受体17:26:0215.2.3温度对磷光的影响

低温温磷光溶剂：为什么不是水？低磷光背景，-196℃成透明刚性玻璃体常用EPA，乙醇/异戊烷/二乙醚=2:5:5IEPA效果更好，2EPA+10碘甲烷装置：石英样品管磷光液氮装置15.2.3温度影响

室温磷光敏化溶液室温磷光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S1→T1T1能量转移D*→A*ee磷光产生A*→A+hvS0T1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17:26:0215.2.4重原子效应提高Ip:

用含重原子的溶剂(碘乙烷)

分子中引入重原子internalheavy-atomeffect

称为(内外部)重原子效应

高核电荷使电子能级复杂，电子自旋-规定耦合作用加强

S1－>T1增加引入重原子,荧光增强吗?

顺磁性物质，氧等2.1.1产生17:26:0215.2磷光仪器分析我是laozhu.//bbs/分子发光分析17:26:024/21/202315.2.2定量关系15.2.3温度影响15.2.1磷光产生15.2.6技术与应用15.2.4重原子效应目录页15.2.3磷光仪器17:26:0215.2.5磷光仪器与荧光仪一体化

试用室:试样池放在液氮杜瓦瓶内固体表面磷光需特制试样室

磷光镜:一种机械切光装置.

不一定要

转筒式和转盘式,p310.时间分辨技术,去荧光干扰17:26:0215.2.5磷光仪器磷光仪中的2种机械切光器光源散射光、快速衰减的荧光磷光分离了解机械装置17:26:0215.2.5磷光仪器

与荧光法互补用于药物/临床/环境分析

低温法:

多环芳烃,VK,VB6,VE

固表法:

多环芳烃,

杂环化合物优点：Stokes位移大

检出限:低！

表15-4(p321):0.002-0.5ng15.3.1概述

化学反应产生激发态分子,光发射。

生物体内的化学发光称生物发光

萤火虫、发光真菌、发光甲壳动物等15.3化学发光Chemiluminescence网络调查：例举出除萤火虫外的

各种发光生物名