熒光的原理及應(yīng)用課件-

熒光的原理及應(yīng)用熒光的原理及應(yīng)用主要內(nèi)容熒光光譜的基本原理1熒光光譜儀的原理、操作及數(shù)據(jù)處理2熒光光譜的應(yīng)用3參考資料42主要內(nèi)容熒光光譜的基本原理1熒光光譜儀的原理、操作及數(shù)據(jù)處理熒光光譜的基本原理3熒光光譜的基本原理3熒光定義熒光是輻射躍遷的一種，是物質(zhì)從激發(fā)態(tài)失活到多重性相同的低能狀態(tài)時(shí)所釋放的輻射。4熒光定義熒光是輻射躍遷的一種，是物質(zhì)從激發(fā)態(tài)失活到多重性相同構(gòu)造原理：電子在原子或分子中排布所遵循的規(guī)則。基態(tài)和激發(fā)態(tài)能量最低原理泡利不相容原理洪特規(guī)則基態(tài)：當(dāng)一個(gè)分子中的所有電子的排布都遵從構(gòu)造原理時(shí)，此分子被稱(chēng)為處于基態(tài)。激發(fā)態(tài)：當(dāng)一個(gè)分子中的電子排布不完全遵從構(gòu)造原理時(shí)，此分子被稱(chēng)為處于激發(fā)態(tài)。5構(gòu)造原理：電子在原子或分子中排布所遵循的規(guī)則?；鶓B(tài)和激發(fā)態(tài)電子激發(fā)態(tài)的多重度：

M=2S+1

S為電子自旋量子數(shù)的代數(shù)和(0或1)；電子激發(fā)態(tài)的多重度根據(jù)洪特規(guī)則(平行自旋比成對(duì)自旋穩(wěn)定)，三重態(tài)能級(jí)比相應(yīng)單重態(tài)能級(jí)低；大多數(shù)有機(jī)分子的基態(tài)處于單重態(tài)；6電子激發(fā)態(tài)的多重度：電子激發(fā)態(tài)的多重度根據(jù)洪特規(guī)則(平分子能級(jí)比原子能級(jí)復(fù)雜；在每個(gè)電子能級(jí)上，都存在振動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)；分子能級(jí)與躍遷激發(fā)：

基態(tài)(S0)→激發(fā)態(tài)(S1、S2激發(fā)態(tài)振動(dòng)能級(jí))：吸收特定頻率的輻射；量子化；躍遷一次到位；失活：

激發(fā)態(tài)→基態(tài)：多種途徑和方式(見(jiàn)能級(jí)圖)；速度最快、激發(fā)態(tài)壽命最短的途徑占優(yōu)勢(shì)；第一、第二、…電子激發(fā)單重態(tài)

S1、S2…

；第一、第二、…電子激發(fā)三重態(tài)

T1、T2…

；7分子能級(jí)比原子能級(jí)復(fù)雜；分子能級(jí)與躍遷激發(fā)：基態(tài)(S0)→雅布隆斯基分子能級(jí)圖S2S1S0T1吸收發(fā)射熒光發(fā)射磷光系間竄越內(nèi)轉(zhuǎn)換振動(dòng)弛豫能量l2l1l

3

外轉(zhuǎn)換l

2T2內(nèi)轉(zhuǎn)換振動(dòng)弛豫8雅布隆斯基分子能級(jí)圖S2S1S0T1吸發(fā)發(fā)系間竄越內(nèi)轉(zhuǎn)換振動(dòng)躍遷規(guī)則躍遷前后原子核的構(gòu)型沒(méi)有發(fā)生改變、躍遷過(guò)程中電子自旋沒(méi)有改變、躍遷前后電子的軌道在空間有較大的重疊和軌道的對(duì)映性發(fā)生了改變的躍遷是允許的；躍遷過(guò)程中電子自旋發(fā)生了改變、躍遷前后電子的軌道在空間不重疊或軌道的對(duì)映性未發(fā)生改變的躍遷是禁阻的。Franck-Condon原理：在電子躍遷完成的瞬間，分子中原子核的構(gòu)型是來(lái)不及改變的。9躍遷規(guī)則躍遷前后原子核的構(gòu)型沒(méi)有發(fā)生改變、躍遷過(guò)程中電子自旋電子處于激發(fā)態(tài)是不穩(wěn)定狀態(tài)，容易返回基態(tài)，在這個(gè)過(guò)程中通過(guò)輻射躍遷(發(fā)光)和無(wú)輻射躍遷等方式失去能量，這個(gè)過(guò)程就稱(chēng)為失活。失活途徑輻射躍遷熒光磷光內(nèi)轉(zhuǎn)換外轉(zhuǎn)換系間竄越振動(dòng)弛豫無(wú)輻射躍遷

激發(fā)態(tài)停留時(shí)間短、返回速度快的途徑，發(fā)生的幾率大。失活的途徑10電子處于激發(fā)態(tài)是不穩(wěn)定狀態(tài)，容易返回基態(tài)，在這個(gè)過(guò)程振動(dòng)弛豫：同一電子能級(jí)內(nèi)以熱能量交換形式由高振動(dòng)能級(jí)至低相鄰振動(dòng)能級(jí)間的躍遷。發(fā)生振動(dòng)弛豫的時(shí)間一般為10-12s。無(wú)輻射躍遷失活的途徑通過(guò)內(nèi)轉(zhuǎn)換和振動(dòng)弛豫，高激發(fā)單重態(tài)的電子躍回第一激發(fā)單重態(tài)的最低振動(dòng)能級(jí)。

內(nèi)轉(zhuǎn)換：多重度相同的電子能級(jí)中等能級(jí)間的無(wú)輻射能級(jí)躍遷。11振動(dòng)弛豫：同一電子能級(jí)內(nèi)以熱能量交換形式由高振動(dòng)能級(jí)至低相無(wú)輻射躍遷失活的途徑系間竄越：不同多重態(tài),有重疊的轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)間的非輻射躍遷。

改變電子自旋，禁阻躍遷，通過(guò)自旋—軌道耦合進(jìn)行。外轉(zhuǎn)換：激發(fā)分子與溶劑或其他分子之間產(chǎn)生相互作用而轉(zhuǎn)移能量的非輻射躍遷；

外轉(zhuǎn)換使熒光或磷光減弱或“猝滅”。12無(wú)輻射躍遷失活的途徑系間竄越：不同多重態(tài),有重疊的轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)間熒光發(fā)射：電子由第一激發(fā)單重態(tài)的最低振動(dòng)能級(jí)→基態(tài)（多為S1→S0躍遷），發(fā)射波長(zhǎng)為’2的熒光；10-7～10-9s。輻射躍遷失活的途徑磷光發(fā)射：電子由第一激發(fā)三重態(tài)的最低振動(dòng)能級(jí)→基態(tài)（多為T(mén)1→S0躍遷）；發(fā)射波長(zhǎng)為3的磷光；

10-4～100s。電子由S0進(jìn)入T1的可能過(guò)程：（S0→T1禁阻躍遷）

S0→激發(fā)→振動(dòng)弛豫→內(nèi)轉(zhuǎn)換→系間竄越→振動(dòng)弛豫→T1

發(fā)光速度很慢，光照停止后，可持續(xù)一段時(shí)間。

由圖可見(jiàn)，發(fā)射熒光的能量比分子吸收的能量小，波長(zhǎng)長(zhǎng)；’2>2>1；

13熒光發(fā)射：電子由第一激發(fā)單重態(tài)的最低振動(dòng)能級(jí)→基態(tài)（多為熒光探針?lè)y(cè)定膠束，囊胞等特殊環(huán)境的微極性和微黏度大多數(shù)有機(jī)分子的基態(tài)處于單重態(tài)；激發(fā)：基態(tài)(S0)→激發(fā)態(tài)(S1、S2激發(fā)態(tài)振動(dòng)能級(jí))：吸收特定頻率的輻射；從下式可以得到F的粗略估計(jì)值(單位為秒)。,2007(129):10620-10621增加溶劑的極性，一般有利于熒光的產(chǎn)生。稀土摻雜半導(dǎo)體納米材料在綠色照明光源、納米光電子器件、平板顯示、納米生物標(biāo)記和傳感器等方面有著廣闊的應(yīng)用前景。缺點(diǎn)：f-f禁阻，強(qiáng)度低由朗格-比耳定律：Ia=I0(1-10-lc)另外，還會(huì)受環(huán)境（如溫度、溶劑等）的影響，例如，降低溫度可導(dǎo)致一個(gè)化合物的增大，提高溫度可導(dǎo)致一個(gè)化合物的降低。躍遷過(guò)程中電子自旋發(fā)生了改變、躍遷前后電子的軌道在空間不重疊或軌道的對(duì)映性未發(fā)生改變的躍遷是禁阻的。S1→T1→S1→S0+hνf分子能級(jí)比原子能級(jí)復(fù)雜；通過(guò)內(nèi)轉(zhuǎn)換和振動(dòng)弛豫，高激發(fā)單重態(tài)的電子躍回第一激發(fā)單重態(tài)的最低振動(dòng)能級(jí)。這種長(zhǎng)壽命的延時(shí)發(fā)射的熒光，被稱(chēng)為延遲熒光或緩發(fā)熒光。影響熒光的主要因素有哪些？固定激發(fā)光波長(zhǎng)物質(zhì)發(fā)射的磷光強(qiáng)度與發(fā)射光波長(zhǎng)關(guān)系曲線，如右圖中曲線III。改變電子自旋，禁阻躍遷，通過(guò)自旋—軌道耦合進(jìn)行。重復(fù)3、4步循環(huán)掃描得到理想的光譜圖。ItI0e-kt躍遷到激發(fā)態(tài)高振動(dòng)能級(jí)的激發(fā)態(tài)分子，首先以更快的速率發(fā)生振動(dòng)弛豫（其速率在1013/s數(shù)量級(jí)），散失部分能量，達(dá)到零振動(dòng)能級(jí)，一般從零振動(dòng)能級(jí)發(fā)射熒光；激發(fā)譜

固定發(fā)射波長(zhǎng)(一般將其固定于發(fā)射波段中感興趣的峰位)，掃描出的化合物的發(fā)射光強(qiáng)(熒光/磷光)與入射光波長(zhǎng)的關(guān)系曲線。主要光譜參量發(fā)射譜

固定激發(fā)波長(zhǎng)(一般將其固定于激發(fā)波段中感興趣的峰位),掃描出的化合物的發(fā)射光強(qiáng)(熒光/磷光)與入射光波長(zhǎng)的關(guān)系曲線。吸收譜

化合物的吸收光強(qiáng)與入射光波長(zhǎng)的關(guān)系曲線。14熒光探針?lè)y(cè)定膠束，囊胞等特殊環(huán)境的微極性和微黏度激發(fā)譜主要主要光譜參量

吸收譜反映出的是物質(zhì)的基態(tài)能級(jí)與激發(fā)態(tài)能級(jí)之間所有的允許躍遷。通常狀態(tài)下的物質(zhì)的表觀顏色大部分時(shí)候取決于其吸收特性。

激發(fā)譜則反映的是基態(tài)與所有與該熒光發(fā)射有關(guān)的能級(jí)之間的躍遷。其所呈現(xiàn)的關(guān)系比吸收譜要有選擇性，但有時(shí)候又不如吸收譜來(lái)的直接。電子躍遷到不同激發(fā)態(tài)能級(jí)時(shí)，吸收不同波長(zhǎng)的能量(如能級(jí)圖2

,1)，產(chǎn)生不同吸收帶，但均回到第一激發(fā)單重態(tài)的最低振動(dòng)能級(jí)再躍遷回到基態(tài)，產(chǎn)生波長(zhǎng)一定的熒光(如’2

)。因此，發(fā)射譜的形狀與激發(fā)波長(zhǎng)無(wú)關(guān)。15主要光譜參量吸收譜反映出的是物質(zhì)的基態(tài)能級(jí)與激發(fā)斯托克位移一個(gè)化合物的發(fā)射光譜常常與其吸收光譜很類(lèi)似，但總是較相應(yīng)的吸收光譜紅移，這稱(chēng)為斯托克位移（Stoke’sshift）。蒽在溶液中的吸收（虛線）和發(fā)射（實(shí)線）光譜16斯托克位移一個(gè)化合物的發(fā)射光譜常常與其吸收光譜很類(lèi)似，但總是產(chǎn)生斯托克位移的主要原因：1.躍遷到激發(fā)態(tài)高振動(dòng)能級(jí)的激發(fā)態(tài)分子，首先以更快的速率發(fā)生振動(dòng)弛豫（其速率在1013/s數(shù)量級(jí)），散失部分能量，達(dá)到零振動(dòng)能級(jí)，一般從零振動(dòng)能級(jí)發(fā)射熒光；2.激發(fā)態(tài)形成后，其分子的構(gòu)型將很快進(jìn)一步調(diào)整，以達(dá)到激發(fā)態(tài)的穩(wěn)定構(gòu)型，這又損失了部分能量；3.發(fā)射熒光的激發(fā)態(tài)多為（π，π*）態(tài)，這種激發(fā)態(tài)較基態(tài)時(shí)有更大的極性，因此將在更大程度上為極性溶劑所穩(wěn)定，使激發(fā)態(tài)的能量進(jìn)一步降低。斯托克位移17產(chǎn)生斯托克位移的主要原因：1.躍遷到激發(fā)態(tài)高振動(dòng)能級(jí)的激發(fā)態(tài)不過(guò)，有時(shí)在高溫下也可觀察到反斯托克位移現(xiàn)象，即熒光光譜移向吸收光譜的短波方向。這是由于高溫使更多的激發(fā)態(tài)分子處于高振動(dòng)能級(jí)，熒光主要從激發(fā)態(tài)的高振動(dòng)能級(jí)發(fā)出所致。既沒(méi)發(fā)生斯托克位移也沒(méi)發(fā)生反斯托克位移的熒光稱(chēng)共振熒光。反斯托克位移18不過(guò)，有時(shí)在高溫下也可觀察到反斯托克位移現(xiàn)象，即熒光光譜移向熒光發(fā)射是光吸收的逆過(guò)程。熒光發(fā)射光譜與吸收光譜有類(lèi)似鏡影的關(guān)系。但當(dāng)激發(fā)態(tài)的構(gòu)型與基態(tài)的構(gòu)型相差很大時(shí)，熒光發(fā)射光譜將明顯不同于該化合物的吸收光譜。鏡像規(guī)則19熒光發(fā)射是光吸收的逆過(guò)程。熒光發(fā)射光譜與吸收光譜有類(lèi)似鏡影的熒光光譜固定激發(fā)光波長(zhǎng)物質(zhì)發(fā)射的熒光強(qiáng)度與發(fā)射光波長(zhǎng)關(guān)系曲線，如右圖中曲線II。熒光本身則是由電子在兩能級(jí)間不發(fā)生自旋反轉(zhuǎn)的輻射躍遷過(guò)程中所產(chǎn)生的光。磷光光譜固定激發(fā)光波長(zhǎng)物質(zhì)發(fā)射的磷光強(qiáng)度與發(fā)射光波長(zhǎng)關(guān)系曲線，如右圖中曲線III。磷光本身則是由電子在兩能級(jí)間發(fā)生自旋反轉(zhuǎn)的輻射躍遷過(guò)程中所產(chǎn)生的光。熒光光譜與磷光光譜20熒光光譜熒光光譜與磷光光譜20光譜圖21光譜圖21自吸收現(xiàn)象：化合物的熒光發(fā)射光譜的短波長(zhǎng)端與其吸收光譜的長(zhǎng)波長(zhǎng)端重疊，產(chǎn)生自吸收；如蒽化合物。內(nèi)濾光作用：溶液中含有能吸收激發(fā)光或熒光物質(zhì)發(fā)射的熒光，如色胺酸中的重鉻酸鉀；內(nèi)濾光作用和自吸收現(xiàn)象200250300350400450500熒光激發(fā)光譜熒光發(fā)射光譜nm蒽的激發(fā)光譜和熒光光譜22自吸收現(xiàn)象：化合物的熒光發(fā)射光譜的短波長(zhǎng)端與其吸收光譜的長(zhǎng)波熒光壽命熒光壽命是熒光強(qiáng)度衰減為初始時(shí)的1/e所需要的時(shí)間，常用表示。如熒光強(qiáng)度的衰減符合指數(shù)衰減的規(guī)律:

ItI0e-kt

其中I0是激發(fā)時(shí)最大熒光強(qiáng)度，It是時(shí)間t時(shí)的熒光強(qiáng)度，k是衰減常數(shù)。假定在時(shí)間時(shí)測(cè)得的It為I0的1/e，則是我們定義的熒光壽命。23熒光壽命熒光壽命是熒光強(qiáng)度衰減為初始時(shí)的1/e所需要的時(shí)間壽命是衰減常數(shù)k的倒數(shù)。事實(shí)上，在瞬間激發(fā)后的某個(gè)時(shí)間，熒光強(qiáng)度達(dá)到最大值，然后熒光強(qiáng)度將按指數(shù)規(guī)律下降。從最大熒光強(qiáng)度值后任一強(qiáng)度值下降到其1/e所需的時(shí)間都應(yīng)等于。

熒光壽命24壽命是衰減常數(shù)k的倒數(shù)。事實(shí)上，在瞬間激發(fā)后的某個(gè)時(shí)間，熒如果激發(fā)態(tài)分子只以發(fā)射熒光的方式丟失能量，則熒光壽命與熒光發(fā)射速率的衰減常數(shù)成反比。熒光壽命因此有F1/KFF表示熒光分子的固有熒光壽命，kF表示熒光發(fā)射速率的衰減常數(shù)。熒光發(fā)射速率即為單位時(shí)間中發(fā)射的光子數(shù)。25如果激發(fā)態(tài)分子只以發(fā)射熒光的方式丟失能量，則熒光壽命與熒光發(fā)處于激發(fā)態(tài)的分子，除了通過(guò)發(fā)射熒光回到基態(tài)以外，還會(huì)通過(guò)一些其它過(guò)程(如淬滅和能量轉(zhuǎn)移)回到基態(tài)，其結(jié)果是加快了激發(fā)態(tài)分子回到基態(tài)的過(guò)程(或稱(chēng)失活過(guò)程)，結(jié)果是熒光壽命降低。壽命和這些過(guò)程的速率常數(shù)有關(guān)，總的失活過(guò)程的速率常數(shù)k可以用各種失活過(guò)程的速率常數(shù)之和來(lái)表示:kkF+kiki表示各種非輻射過(guò)程的衰減速率常數(shù)。則總的壽命為:1/k1/(kF+ki)熒光壽命26處于激發(fā)態(tài)的分子，除了通過(guò)發(fā)射熒光回到基態(tài)以外，還會(huì)通過(guò)一些由于吸收幾率與發(fā)射幾率有關(guān)，F(xiàn)與最大吸收位置的摩爾消光系數(shù)max(單位為cm2mol-1或(moldm-3)-1cm-1)也密切相關(guān)。從下式可以得到F的粗略估計(jì)值(單位為秒)。1/F≈104max注意：在討論壽命時(shí)，不要把壽命與躍遷時(shí)間混淆起來(lái)。躍遷時(shí)間是躍遷頻率的倒數(shù)，而壽命是指分子在某種特定狀態(tài)下存在的時(shí)間。通過(guò)測(cè)量壽命，可以得到有關(guān)分子結(jié)構(gòu)和動(dòng)力學(xué)方面的信息。熒光壽命27由于吸收幾率與發(fā)射幾率有關(guān)，F(xiàn)與最大吸收位置的摩爾消光系,2009(131):13572-13573大多數(shù)有機(jī)分子的基態(tài)處于單重態(tài)；過(guò)渡金屬配合物很多能實(shí)現(xiàn)較強(qiáng)的紅外波段寬帶發(fā)射，可以有效避開(kāi)組織體的吸收，可以穿透組織體實(shí)現(xiàn)紅外成像，克服同位素原子示蹤對(duì)人體的傷害；稀土金屬-有機(jī)配合物（MOF）的發(fā)光機(jī)理可測(cè)量約60多種元素。缺點(diǎn)：應(yīng)用范圍小。M=2S+1改變電子自旋，禁阻躍遷，通過(guò)自旋—軌道耦合進(jìn)行?？捎糜谘芯看蠓肿游镔|(zhì)的性質(zhì)和行為。稀土金屬-有機(jī)配合物（MOF）的發(fā)光機(jī)理基質(zhì)敏化的稀土離子發(fā)光降低體系溫度可以提高熒光量子產(chǎn)率。金屬-有機(jī)配合物（MOF）發(fā)光的影響因素帶通濾光片、截止濾光片、分光濾光片、中性密度濾光片、反射濾光片；量子點(diǎn)探針較傳統(tǒng)的有機(jī)熒光染料具有一定的優(yōu)越性：它吸收光子發(fā)生多重性不變的躍遷時(shí)所吸收的能量小于斷裂其最弱的化學(xué)鍵所需要的能量。缺點(diǎn)：f-f禁阻，強(qiáng)度低=s[Iεscs/(Isεc)]S1+S1→T1+T1→(T1···T1)→S0+S1→S0+S0+hνp躍遷到激發(fā)態(tài)高振動(dòng)能級(jí)的激發(fā)態(tài)分子，首先以更快的速率發(fā)生振動(dòng)弛豫（其速率在1013/s數(shù)量級(jí)），散失部分能量，達(dá)到零振動(dòng)能級(jí)，一般從零振動(dòng)能級(jí)發(fā)射熒光；時(shí)，此分子被稱(chēng)為處于基態(tài)。延遲熒光一般熒光壽命為10-8s，最長(zhǎng)可達(dá)10-6s。但有時(shí)卻可能觀察到長(zhǎng)達(dá)10-3s。這種長(zhǎng)壽命的延時(shí)發(fā)射的熒光，被稱(chēng)為延遲熒光或緩發(fā)熒光。延遲熒光與普通熒光的區(qū)別主要在于輻射壽命不同。這種長(zhǎng)壽命的延遲熒光來(lái)源于從第一激發(fā)三重態(tài)（T1）重新生成的S1態(tài)的輻射躍遷。即延遲熒光產(chǎn)生的過(guò)程為：S1→T1→S1→S0+hνf28,2009(131):13572-13573延遲熒光一延遲熒光E型延遲熒光：當(dāng)?shù)谝患ぐl(fā)單重態(tài)S1與第一激發(fā)三重態(tài)T1能差較小時(shí)，T1態(tài)有時(shí)可從環(huán)境獲取一定的熱能后又達(dá)到能量更高的S1態(tài)。即T1→S1這種現(xiàn)象首先從四溴熒光素（eosin）觀察到，故得名E型延遲熒光。ΔP型延遲熒光：當(dāng)單重態(tài)（S1）與三重態(tài)（T1）能差較大時(shí)，T1不可能靠從環(huán)境取得熱能而到達(dá)S1態(tài)。這時(shí)有可能在兩個(gè)三重態(tài)分子靠近時(shí)，通過(guò)兩個(gè)三重態(tài)分子的湮滅過(guò)程重新生成S1態(tài)。即S1+S1→T1+T1→(T1···T1)→S0+S1→S0+S0+hνp這種現(xiàn)象首先從芘（pyrene）和菲（phenanthrence）觀察到，故得名P型延遲熒光。29延遲熒光E型延遲熒光：ΔP型延遲熒光：29熒光量子產(chǎn)率是物質(zhì)熒光特性中最基本的參數(shù)之一，它表示物質(zhì)發(fā)射熒光的效率。量子產(chǎn)率熒光量子產(chǎn)率通常用來(lái)表示，定義為熒光發(fā)射量子數(shù)與被物質(zhì)吸收的光子數(shù)之比，也可表示為熒光發(fā)射強(qiáng)度與被吸收的光強(qiáng)之比，或表示為熒光發(fā)射速率與吸收光速率常數(shù)之比，即：

=熒光發(fā)射量子數(shù)/吸收的光子數(shù)=kf[S1]/吸光速率=If/Ia

30熒光量子產(chǎn)率是物質(zhì)熒光特性中最基本的參數(shù)之一，它表示物質(zhì)發(fā)射量子產(chǎn)率一般情況下，熒光量子產(chǎn)率（)不隨激發(fā)光波長(zhǎng)而改變，這被稱(chēng)為Kasha-Vavilov規(guī)則。但如果形成的激發(fā)態(tài)會(huì)導(dǎo)致化學(xué)反應(yīng)或系間竄越與內(nèi)轉(zhuǎn)換的競(jìng)爭(zhēng)，則可能使受到影響。例如，在低壓氣相以254nm的光激發(fā)苯，=0.4，而當(dāng)以小于240nm的光激發(fā)苯時(shí)，則未檢測(cè)到熒光。這是由于苯的高振動(dòng)能級(jí)的S1態(tài)會(huì)使其轉(zhuǎn)變?yōu)槎磐弑?。不同化合物的差別可以很大。另外，還會(huì)受環(huán)境（如溫度、溶劑等）的影響，例如，降低溫度可導(dǎo)致一個(gè)化合物的增大，提高溫度可導(dǎo)致一個(gè)化合物的降低。31量子產(chǎn)率一般情況下，熒光量子產(chǎn)率（)不隨激發(fā)光波長(zhǎng)而改變，量子產(chǎn)率由于熒光的非單色性、各向的不均勻性和二級(jí)發(fā)射等原因，熒光量子產(chǎn)率的直接測(cè)定的重復(fù)性往往較差。因此，實(shí)際測(cè)量中大多采用的是相對(duì)法，即用一已知其熒光量子產(chǎn)率的參比化合物在相同條件下對(duì)照測(cè)定，并可通過(guò)公式計(jì)算目標(biāo)化合物的熒光量子產(chǎn)率：=s[Iεscs/(Isεc)]s、εs、cs和Is分別是參照物的熒光量子產(chǎn)率（已知）、摩爾消光系數(shù)、溶液濃度和熒光強(qiáng)度；、ε

、c和I分別是被測(cè)物的熒光量子產(chǎn)率（未知）、摩爾消光系數(shù)、溶液濃度和熒光強(qiáng)度。參照物應(yīng)是已知、無(wú)自吸收、無(wú)濃度猝滅、在被測(cè)物所用溶劑中可溶、易純化、穩(wěn)定和對(duì)雜質(zhì)不敏感的物質(zhì)。常用的參照物如羅丹明B和喹啉硫酸氫鹽等。32量子產(chǎn)率由于熒光的非單色性、各向的不均勻性和二級(jí)發(fā)射等原因，熒光產(chǎn)生的條件化合物能夠產(chǎn)生熒光的必要條件是：它吸收光子發(fā)生多重性不變的躍遷時(shí)所吸收的能量小于斷裂其最弱的化學(xué)鍵所需要的能量。另外，化合物要能發(fā)生熒光，其結(jié)構(gòu)中必須有熒光基團(tuán)。熒光基團(tuán)都是含有不飽和鍵的基團(tuán)，當(dāng)這些基團(tuán)是分子的共軛體系的一部分時(shí)，則該化合物可能產(chǎn)生熒光。33熒光產(chǎn)生的條件化合物能夠產(chǎn)生熒光的必要條件是：另外，化合物要影響熒光的主要因素1.熒光助色團(tuán)與熒光消色團(tuán)：可使化合物熒光增強(qiáng)的基團(tuán)被稱(chēng)為熒光助色團(tuán)。一般為給電子取代基，如-NH2、-OH等。相反，吸電子基團(tuán)如-COOH、-CN等將減弱或抑制熒光的產(chǎn)生，被稱(chēng)為熒光消色團(tuán)。34影響熒光的主要因素1.熒光助色團(tuán)與熒光消色團(tuán)：可使化合物熒光影響熒光的主要因素增加共平面的稠合環(huán)的數(shù)目，特別是當(dāng)稠合環(huán)以線型排列時(shí)，將有利于體系內(nèi)電子的流動(dòng)，從而使體系發(fā)生躍遷所需吸收的能量降低，進(jìn)而有利于熒光的產(chǎn)生。2.增加稠合環(huán)可增強(qiáng)熒光：剛性增強(qiáng)后，將減弱分子的振動(dòng)，從而使分子的激發(fā)能不易因振動(dòng)而以熱能形式釋放；另外，分子剛性的增加常有利于增加分子的共平面，從而有利于增大分子內(nèi)電子的流動(dòng)性，也就有利于熒光的產(chǎn)生。3.提高分子的剛性可增強(qiáng)熒光：35影響熒光的主要因素增加共平面的稠合環(huán)的數(shù)目，特別是當(dāng)稠合環(huán)以影響熒光的主要因素根據(jù)電子躍遷規(guī)則，S1態(tài)的電子組態(tài)是（，*）態(tài)時(shí)，有利于熒光的產(chǎn)生，當(dāng)S1態(tài)的電子組態(tài)是（n，*）態(tài)時(shí)，不利于熒光的產(chǎn)生。4.激發(fā)態(tài)電子組態(tài)的影響：重原子具有增強(qiáng)系間竄越的作用，將增大從S1態(tài)向T1態(tài)的系間竄越的速率常數(shù)和量子產(chǎn)率，從而導(dǎo)致降低熒光量子產(chǎn)率。5.重原子將導(dǎo)致熒光量子產(chǎn)率的降低：36影響熒光的主要因素根據(jù)電子躍遷規(guī)則，S1態(tài)的電子組態(tài)是（，通過(guò)內(nèi)轉(zhuǎn)換和振動(dòng)弛豫，高激發(fā)單重態(tài)的電子躍回第一激發(fā)單重態(tài)的最低振動(dòng)能級(jí)。研究較多的有CdSe、CdTe、ZnS等。分子失活的途徑有哪些？Hong,etal.內(nèi)濾光作用：溶液中含有能吸收激發(fā)光或熒光物質(zhì)發(fā)射的熒光，如色胺酸中的重鉻酸鉀；根據(jù)吸收譜中感興趣的峰確定激發(fā)波長(zhǎng)，選擇合適的發(fā)射譜波長(zhǎng)范圍、濾光片、光路狹縫、掃描速度等進(jìn)行發(fā)射譜的掃描。金屬-有機(jī)配合物發(fā)光機(jī)理示意圖ki表示各種非輻射過(guò)程的衰減速率常數(shù)。比如紅外截止濾光片，IBG-650。改變電子自旋，禁阻躍遷，通過(guò)自旋—軌道耦合進(jìn)行。Bauer,etal.金屬-有機(jī)配合物（MOF）發(fā)光的影響因素增加溶劑的極性，一般有利于熒光的產(chǎn)生。如果光路狹縫太大，熒光信號(hào)太強(qiáng)，容易超出儀器檢測(cè)范圍，損傷儀器；熒光發(fā)射速率即為單位時(shí)間中發(fā)射的光子數(shù)。既沒(méi)發(fā)生斯托克位移也沒(méi)發(fā)生反斯托克位移的熒光稱(chēng)共振熒光。熒光光譜儀的原理、操作及數(shù)據(jù)處理提高分子的剛性可增強(qiáng)熒光：稀土離子是一類(lèi)核酸探針的檢測(cè)試劑。熒光是輻射躍遷的一種，是物質(zhì)從激發(fā)態(tài)失活到多重性相同的低能狀態(tài)時(shí)所釋放的輻射。缺點(diǎn)：f-f禁阻，強(qiáng)度低影響熒光的主要因素增加溶劑的極性，一般有利于熒光的產(chǎn)生。6.溶劑極性的影響：降低體系溫度可以提高熒光量子產(chǎn)率。7.溫度的影響：如氫鍵、吸附、溶劑粘度增加等均可提高熒光的量子產(chǎn)率，這都可用減少了分子的熱振動(dòng)和增加了分子的剛性來(lái)解釋。8.其它影響因素：37通過(guò)內(nèi)轉(zhuǎn)換和振動(dòng)弛豫，高激發(fā)單重態(tài)的電子躍回第一激發(fā)單重態(tài)的3838熒光光譜儀的原理、操作及數(shù)據(jù)處理39熒光光譜儀的原理、操作及數(shù)據(jù)處理39在實(shí)驗(yàn)樣品受到激發(fā)的情況下，通過(guò)選擇合適的探測(cè)器和工作模式，記錄下發(fā)射光強(qiáng)與激發(fā)源特性、樣品特性以及溫度、時(shí)間、空間、能量等相關(guān)特性之間的關(guān)系，以此來(lái)更好的研究或利用發(fā)光過(guò)程。熒光光譜儀的基本原理40在實(shí)驗(yàn)樣品受到激發(fā)的情況下，通過(guò)選擇合適的探測(cè)器和工作模式，樣品準(zhǔn)備塊狀固體為了獲取盡可能理想的光譜，減小內(nèi)外表面因素的干擾，最好切成規(guī)則形狀，并進(jìn)行拋光。

2.如果要做系列樣品特性的對(duì)比，應(yīng)盡量在尺寸和光潔度上將其制為同一規(guī)格。4.對(duì)于與各項(xiàng)異性有關(guān)的測(cè)試，務(wù)必要注意光軸（或x,y,z軸）的位置。

5.對(duì)于有自吸收特性的樣品要注意其對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響。41樣品準(zhǔn)備塊狀固體為了獲取盡可能理想的光譜，減小內(nèi)外表面因素樣品準(zhǔn)備粉體和微晶

避免混入諸如濾紙纖維、膠水等雜質(zhì)，以免其發(fā)光對(duì)測(cè)試結(jié)果產(chǎn)生影響。

2.樣品應(yīng)盡量保存在不會(huì)引入雜質(zhì)又防潮避光的樣品管（盒）中。3.對(duì)于強(qiáng)光下不穩(wěn)定的化合物，測(cè)試時(shí)應(yīng)特別注意控制入射光的強(qiáng)度，避免破壞樣品。4.粉體和微晶樣品一般夾在石英玻璃片進(jìn)行測(cè)試。42樣品準(zhǔn)備粉體和微晶避免混入諸如濾紙纖維、膠水等雜質(zhì)，以免其液體樣品準(zhǔn)備1.溶液樣品盡量使用透明的玻璃化溶液，避免在這種匯聚式光路中由于比色皿中溶液的前后吸收不均導(dǎo)致的光譜失真問(wèn)題。2.為安全起見(jiàn)，對(duì)于使用揮發(fā)性劇毒溶劑的測(cè)試，一定要有合適的防護(hù)。3.易揮發(fā)、易變質(zhì)的溶液最好現(xiàn)配現(xiàn)測(cè)。4.液體樣品一般放在帶蓋石英比色皿（與紫外測(cè)試所用比色皿不同，為側(cè)面全透明型）中進(jìn)行測(cè)試。43液體樣品準(zhǔn)備1.溶液樣品盡量使用透明的玻璃化溶液，避免在這測(cè)試準(zhǔn)備由于物質(zhì)的發(fā)射特性和吸收特性是緊密相關(guān)的，所以提前做好吸收譜可以有效縮短熒光測(cè)試的摸索時(shí)間。對(duì)于不知道相關(guān)特性的樣品，吸收譜的測(cè)試比熒光光譜的測(cè)試要容易很多。所以，建議大家先測(cè)一下樣品的吸收譜，并從中找出感興趣的吸收峰和特性，在熒光測(cè)試時(shí)以便參考。44測(cè)試準(zhǔn)備由于物質(zhì)的發(fā)射特性和吸收特性是緊密相關(guān)的光譜測(cè)試開(kāi)機(jī)

電源——燈源2.發(fā)射譜

根據(jù)吸收譜中感興趣的峰確定激發(fā)波長(zhǎng)，選擇合適的發(fā)射譜波長(zhǎng)范圍、濾光片、光路狹縫、掃描速度等進(jìn)行發(fā)射譜的掃描。3.激發(fā)譜

根據(jù)發(fā)射譜中感興趣的峰確定發(fā)射波長(zhǎng)，選擇合適的激發(fā)譜波長(zhǎng)范圍、濾光片、光路狹縫、掃描速度等進(jìn)行激發(fā)譜的掃描。45光譜測(cè)試開(kāi)機(jī)2.發(fā)射譜3.激發(fā)譜454.發(fā)射譜

根據(jù)激發(fā)譜中感興趣的峰確定激發(fā)波長(zhǎng)，選擇合適的發(fā)射譜波長(zhǎng)范圍、濾光片、光路狹縫、掃描速度等進(jìn)行發(fā)射譜的掃描。5.重復(fù)3、4步循環(huán)掃描得到理想的光譜圖。7.關(guān)機(jī)

光源——電源6.保存數(shù)據(jù)光譜測(cè)試464.發(fā)射譜5.重復(fù)3、4步循環(huán)掃描得到理想的光譜圖。7.關(guān)機(jī)電子躍遷到不同激發(fā)態(tài)能級(jí)時(shí)，吸收不同波長(zhǎng)的能量(如能級(jí)圖2,1)，產(chǎn)生不同吸收帶，但均回到第一激發(fā)單重態(tài)的最低振動(dòng)能級(jí)再躍遷回到基態(tài)，產(chǎn)生波長(zhǎng)一定的熒光(如’2)。從最大熒光強(qiáng)度值后任一強(qiáng)度值下降到其1/e所需的時(shí)間都應(yīng)等于。既沒(méi)發(fā)生斯托克位移也沒(méi)發(fā)生反斯托克位移的熒光稱(chēng)共振熒光。熒光基團(tuán)都是含有不飽和鍵的基團(tuán)，當(dāng)這些基團(tuán)是分子的共軛體系的一部分時(shí)，則該化合物可能產(chǎn)生熒光。3I0lc=Kc激發(fā)譜掃描過(guò)程中，通常選擇比發(fā)射波長(zhǎng)短，比激發(fā)譜最長(zhǎng)波長(zhǎng)長(zhǎng)的長(zhǎng)波通型截止濾光片。內(nèi)濾光作用：溶液中含有能吸收激發(fā)光或熒光物質(zhì)發(fā)射的熒光，如色胺酸中的重鉻酸鉀；金屬-金屬到配體的電荷轉(zhuǎn)移（MMLCT）等激發(fā)波長(zhǎng)一定要小于發(fā)射波長(zhǎng)。相反，吸電子基團(tuán)如-COOH、-CN等將減弱或抑制熒光的產(chǎn)生，被稱(chēng)為熒光消色團(tuán)。很多過(guò)渡金屬與配體配合時(shí)能形成新的能級(jí)結(jié)構(gòu)（HOMO/LUMO），基態(tài)與這些能級(jí)的躍遷較容易導(dǎo)致量子產(chǎn)率相對(duì)于配體的顯著增強(qiáng)，同時(shí)可以通過(guò)改變配位中心或配體結(jié)構(gòu)在很寬的波段內(nèi)調(diào)控其發(fā)射波段。金屬-有機(jī)配合物（MOF）發(fā)光的影響因素F表示熒光分子的固有熒光壽命，kF表示熒光發(fā)射速率的衰減常數(shù)。首先，熒光光譜范圍寬，通過(guò)改變納米晶體材料和尺寸，獲得的激光誘導(dǎo)熒光光譜范圍在400nm～2μm；研究較多的有CdSe、CdTe、ZnS等。稀土金屬-有機(jī)配合物（MOF）的發(fā)光機(jī)理一個(gè)化合物的發(fā)射光譜常常與其吸收光譜很類(lèi)似，但總是較相應(yīng)的吸收光譜紅移，這稱(chēng)為斯托克位移（Stoke’sshift）。這是由于高溫使更多的激發(fā)態(tài)分子處于高振動(dòng)能級(jí)，熒光主要從激發(fā)態(tài)的高振動(dòng)能級(jí)發(fā)出所致。金屬-有機(jī)配合物（MOF）發(fā)光的影響因素金屬-有機(jī)配合物（MOF）發(fā)光的影響因素金屬-有機(jī)配合物（MOF）發(fā)光的影響因素濾光片的選擇1.按光譜波段分：紫外濾光片、可見(jiàn)濾光片、紅外濾光片；2.按光譜特性分：帶通濾光片、截止濾光片、分光濾光片、中性密度濾光片、反射濾光片；帶通型：選定波段的光通過(guò)，通帶以外的光截止。短波通型(又叫低波通)：短于選定波長(zhǎng)的光通過(guò)，長(zhǎng)于該波長(zhǎng)的光截止。比如紅外截止濾光片，IBG-650。長(zhǎng)波通型(又叫高波通)：長(zhǎng)于選定波長(zhǎng)的光通過(guò)，短于該波長(zhǎng)的光截止比如紅外透過(guò)濾光片，IPG-800.濾光片的分類(lèi)47電子躍遷到不同激發(fā)態(tài)能級(jí)時(shí)，吸收不同波長(zhǎng)的能量(如能級(jí)圖2濾光片的選擇為了消除剩余入射光對(duì)熒光光譜產(chǎn)生影響，我們通常要選擇合適的長(zhǎng)波通型截止濾光片。激發(fā)波長(zhǎng)一定要小于發(fā)射波長(zhǎng)。發(fā)射譜掃描過(guò)程中，通常選擇比激發(fā)波長(zhǎng)長(zhǎng)，比發(fā)射譜最短波長(zhǎng)短的長(zhǎng)波通型截止濾光片。激發(fā)譜掃描過(guò)程中，通常選擇比發(fā)射波長(zhǎng)短，比激發(fā)譜最長(zhǎng)波長(zhǎng)長(zhǎng)的長(zhǎng)波通型截止濾光片。48濾光片的選擇為了消除剩余入射光對(duì)熒光光譜產(chǎn)生影響，我們通常要光路狹縫和掃描速度的選擇如果光路狹縫太大，熒光信號(hào)太強(qiáng)，容易超出儀器檢測(cè)范圍，損傷儀器；如果狹縫開(kāi)的太小，熒光信號(hào)又太弱，檢測(cè)比較困難，所以要選擇大小合適的狹縫。如果掃描太快，容易跳峰，忽略特征性的峰信號(hào)；掃描太慢則浪費(fèi)時(shí)間。所以只要能掃描得到平滑的光譜曲線就可以了。49光路狹縫和掃描速度的選擇如果光路狹縫太大，熒光信號(hào)太強(qiáng)，容易光譜數(shù)據(jù)處理測(cè)得的數(shù)據(jù)結(jié)果需要應(yīng)用origin軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和作圖分析。為了消除儀器本身的影響，測(cè)得的光譜曲線需要應(yīng)用校正曲線進(jìn)行校正。校正過(guò)的光譜數(shù)據(jù)可以應(yīng)用色坐標(biāo)軟件進(jìn)行顏色分析。50光譜數(shù)據(jù)處理測(cè)得的數(shù)據(jù)結(jié)果需要應(yīng)用origin軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處熒光壽命和量子產(chǎn)率的測(cè)試和數(shù)據(jù)處理熒光壽命：根據(jù)發(fā)射譜和激發(fā)譜選擇感興趣的發(fā)射波長(zhǎng)和激發(fā)波長(zhǎng)，測(cè)試熒光強(qiáng)度隨時(shí)間的衰減曲線，同樣需要數(shù)據(jù)進(jìn)行校正，然后應(yīng)用origin軟件進(jìn)行作圖和數(shù)據(jù)擬合得到壽命結(jié)果。量子產(chǎn)率：根據(jù)發(fā)射譜和激發(fā)譜選擇感興趣的發(fā)射波長(zhǎng)范圍和激發(fā)波長(zhǎng)，運(yùn)用積分球分別測(cè)試加、減衰減片時(shí)的熒光強(qiáng)度，然后應(yīng)用軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理得到量子產(chǎn)率。51熒光壽命和量子產(chǎn)率的測(cè)試和數(shù)據(jù)處理熒光壽命：量子產(chǎn)率：51熒光圖實(shí)例52熒光圖實(shí)例52熒光光譜的應(yīng)用53熒光光譜的應(yīng)用53熒光光譜的應(yīng)用熒光探針金屬-有機(jī)配合物（MOF）發(fā)光材料分子傳感器物質(zhì)的檢測(cè)稀土摻雜發(fā)光材料發(fā)光器件光譜54熒光光譜的應(yīng)用熒光探針金屬-有機(jī)配合物（MOF）分子傳感器物金屬-有機(jī)配合物（MOF）的發(fā)光機(jī)理Ligand-金屬-有機(jī)配合物發(fā)光機(jī)理示意圖55金屬-有機(jī)配合物（MOF）的發(fā)光機(jī)理Ligand-金屬-有機(jī)1.配體內(nèi)的電荷轉(zhuǎn)移（ILCT）2.配體到金屬的電荷轉(zhuǎn)移（LMCT）3.金屬到配體的電荷轉(zhuǎn)移（MLCT）4.配體到配體的電荷轉(zhuǎn)移（LLCT）5.金屬-金屬到配體的電荷轉(zhuǎn)移（MMLCT）等過(guò)渡金屬-有機(jī)配合物（MOF）的發(fā)光機(jī)理很多過(guò)渡金屬與配體配合時(shí)能形成新的能級(jí)結(jié)構(gòu)（HOMO/LUMO），基態(tài)與這些能級(jí)的躍遷較容易導(dǎo)致量子產(chǎn)率相對(duì)于配體的顯著增強(qiáng)，同時(shí)可以通過(guò)改變配位中心或配體結(jié)構(gòu)在很寬的波段內(nèi)調(diào)控其發(fā)射波段。561.配體內(nèi)的電荷轉(zhuǎn)移（ILCT）過(guò)渡金屬-有機(jī)配合物（MOF過(guò)渡金屬-有機(jī)配合物（MOF）的發(fā)光機(jī)理常見(jiàn)d8/d10過(guò)渡金屬配合物的發(fā)光機(jī)理Zn(II)、Cd(II)配合物------------------------------------------ILCT/LMCT單核Cu(I)、Ag(I)、Au(I)、Pt(II)、Pd(II)配合物---------ILCT/LMCT/MLCT多核Cu(I)、Ag(I)、Au(I)、Pt(II)、Pd(II)配合物---------MLCT/MMLCT57過(guò)渡金屬-有機(jī)配合物（MOF）的發(fā)光機(jī)理常見(jiàn)d8/d10過(guò)渡比如紅外截止濾光片，IBG-650。ki表示各種非輻射過(guò)程的衰減速率常數(shù)。4，而當(dāng)以小于240nm的光激發(fā)苯時(shí)，則未檢測(cè)到熒光。增加稠合環(huán)可增強(qiáng)熒光：銅、鈹、鐵、鈷、鋨及過(guò)氧化氫采用催化熒光法測(cè)定；降低體系溫度可以提高熒光量子產(chǎn)率。因此，實(shí)際測(cè)量中大多采用的是相對(duì)法，即用一已知其熒光量子產(chǎn)率的參比化合物在相同條件下對(duì)照測(cè)定，并可通過(guò)公式計(jì)算目標(biāo)化合物的熒光量子產(chǎn)率：激發(fā)態(tài)：當(dāng)一個(gè)分子中的電子排布不完全遵從構(gòu)造原理時(shí)，此分子被稱(chēng)為處于激發(fā)態(tài)。根據(jù)激發(fā)譜中感興趣的峰確定激發(fā)波長(zhǎng)，選擇合適的發(fā)射譜波長(zhǎng)范圍、濾光片、光路狹縫、掃描速度等進(jìn)行發(fā)射譜的掃描。其中I0是激發(fā)時(shí)最大熒光強(qiáng)度，It是時(shí)間t時(shí)的熒光強(qiáng)度，k是衰減常數(shù)。為了消除儀器本身的影響，測(cè)得的光譜曲線需要應(yīng)用校正曲線進(jìn)行校正。多核Cu(I)、Ag(I)、Au(I)、Pt(II)、Pd(II)配合物---------MLCT/MMLCT既可依據(jù)特征發(fā)射光譜，又可根據(jù)特征吸收光譜；通過(guò)內(nèi)轉(zhuǎn)換和振動(dòng)弛豫，高激發(fā)單重態(tài)的電子躍回第一激發(fā)單重態(tài)的最低振動(dòng)能級(jí)。通過(guò)控制合成半導(dǎo)體納米晶的尺寸來(lái)剪裁半導(dǎo)體的帶隙以匹配發(fā)光中心的激發(fā)態(tài)能級(jí)，實(shí)現(xiàn)高效能量傳遞或發(fā)光?；鶓B(tài)：當(dāng)一個(gè)分子中的所有電子的排布都遵從構(gòu)造原理帶通濾光片、截止濾光片、分光濾光片、中性密度濾光片、反射濾光片；躍遷時(shí)間是躍遷頻率的倒數(shù)，而壽命是指分子在某種特定狀態(tài)下存在的時(shí)間。這是由于高溫使更多的激發(fā)態(tài)分子處于高振動(dòng)能級(jí)，熒光主要從激發(fā)態(tài)的高振動(dòng)能級(jí)發(fā)出所致。與有機(jī)試劑配合物后測(cè)量；另外，還會(huì)受環(huán)境（如溫度、溶劑等）的影響，例如，降低溫度可導(dǎo)致一個(gè)化合物的增大，提高溫度可導(dǎo)致一個(gè)化合物的降低。稀土離子能級(jí)圖（Dieke圖)稀土金屬-有機(jī)配合物（MOF）的發(fā)光機(jī)理58比如紅外截止濾光片，IBG-650。稀土離子稀土金屬-有機(jī)配荷蘭的R.T.Wegh等利用德國(guó)DESY同步輻射裝置對(duì)稀土離子VUV波段的激發(fā)譜做了細(xì)致研究，并對(duì)比理論計(jì)算對(duì)VUV譜區(qū)4f能級(jí)的預(yù)測(cè)，成功地將Dieke圖擴(kuò)展到了70000cm-1的能量范圍。擴(kuò)展Dieke圖稀土金屬-有機(jī)配合物（MOF）的發(fā)光機(jī)理59荷蘭的R.T.Wegh等利用德國(guó)DESY同步輻射裝置對(duì)稀金屬離子發(fā)光f-f躍遷：Sm3+、Eu3+、Tb3+、Dy3+、Tm3+、Nd3+、Er3+、Yb3+等

天線效應(yīng)優(yōu)點(diǎn)：色度純、壽命長(zhǎng)等缺點(diǎn)：f-f禁阻，強(qiáng)度低稀土金屬-有機(jī)配合物（MOF）的發(fā)光機(jī)理60金屬離子發(fā)光天線效應(yīng)優(yōu)點(diǎn)：色度純、壽命長(zhǎng)等稀土金屬-有機(jī)配合稀土金屬-有機(jī)配合物（MOF）的發(fā)光機(jī)理天線效應(yīng)示意圖

配體發(fā)光La3+、Gd3+、Lu3+等

f-d躍遷：Eu2+、Yb2+、Sm2+、Ce3+等

寬峰61稀土金屬-有機(jī)配合物（MOF）的發(fā)光機(jī)理天線效應(yīng)示意圖配體躍遷前后原子核的構(gòu)型沒(méi)有發(fā)生改變、躍遷過(guò)程中電子自旋沒(méi)有改變、躍遷前后電子的軌道在空間有較大的重疊和軌道的對(duì)映性發(fā)生了改變的躍遷是允許的；如果掃描太快，容易跳峰，忽略特征性的峰信號(hào)；可使化合物熒光增強(qiáng)的基團(tuán)被稱(chēng)為熒光助色團(tuán)。帶通濾光片、截止濾光片、分光濾光片、中性密度濾光片、反射濾光片；可使化合物熒光增強(qiáng)的基團(tuán)被稱(chēng)為熒光助色團(tuán)。這種長(zhǎng)壽命的延時(shí)發(fā)射的熒光，被稱(chēng)為延遲熒光或緩發(fā)熒光。內(nèi)濾光作用：溶液中含有能吸收激發(fā)光或熒光物質(zhì)發(fā)射的熒光，如色胺酸中的重鉻酸鉀；首先，熒光光譜范圍寬，通過(guò)改變納米晶體材料和尺寸，獲得的激光誘導(dǎo)熒光光譜范圍在400nm～2μm；即延遲熒光產(chǎn)生的過(guò)程為：相反，吸電子基團(tuán)如-COOH、-CN等將減弱或抑制熒光的產(chǎn)生，被稱(chēng)為熒光消色團(tuán)?？蓽y(cè)量約60多種元素。比如紅外截止濾光片，IBG-650。Wegh等利用德國(guó)DESY同步輻射裝置對(duì)稀土離子VUV波段的激發(fā)譜做了細(xì)致研究，并對(duì)比理論計(jì)算對(duì)VUV譜區(qū)4f能級(jí)的預(yù)測(cè)，成功地將Dieke圖擴(kuò)展到了70000cm-1的能量范圍。1/F≈104max在水溶液中僅有Tb(Ⅲ)和Eu(Ⅲ)發(fā)出熒光，與DNA配合后仍保留熒光性能，可特異識(shí)別核苷酸。由朗格-比耳定律：Ia=I0(1-10-lc)即延遲熒光產(chǎn)生的過(guò)程為：根據(jù)發(fā)射譜和激發(fā)譜選擇感興趣的發(fā)射波長(zhǎng)范圍和激發(fā)波長(zhǎng)，運(yùn)用積分球分別測(cè)試加、減衰減片時(shí)的熒光強(qiáng)度，然后應(yīng)用軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理得到量子產(chǎn)率?？蓽y(cè)量約60多種元素。但有時(shí)卻可能觀察到長(zhǎng)達(dá)10-3s。金屬-有機(jī)配合物（MOF）發(fā)光的影響因素Yu-BinDong,etal.,J.Am.Chem.Soc.,

2007(129):10620-106211.客體離子的影響：金屬-有機(jī)配合物（MOF）發(fā)光的影響因素62躍遷前后原子核的構(gòu)型沒(méi)有發(fā)生改變、躍遷過(guò)程中電子自旋沒(méi)有改變Y.K.Park,etal.,

Angew.Chem.Int.Ed.,2007(46):8230-82332.客體分子的影響：金屬-有機(jī)配合物（MOF）發(fā)光的影響因素63Y.K.Park,etal.,2.客體分子的影響：Zhe-MingWang,SongGao,etal.,Inorg.Chem.,

2007(46):1337-13423.結(jié)晶水的影響金屬-有機(jī)配合物（MOF）發(fā)光的影響因素64Zhe-MingWang,SongGao,etalM.D.Allendorf,C.A.Bauer,

etal.,Chem.Soc.Rev.,

2009(38):1330–13524.配體共軛程度的影響π*norπ配體金屬配體金屬發(fā)射增大共軛發(fā)射能級(jí)躍遷示意圖金屬-有機(jī)配合物（MOF）發(fā)光的影響因素65M.D.Allendorf,C.A.Bauer,5.溶劑的影響M.C.Hong,etal.,Cryst.Growth.Des.,2008(8):2721-2728金屬-有機(jī)配合物（MOF）發(fā)光的影響因素665.溶劑的影響M.C.Hong,etal.,金屬-有AvelinoCorma,Jo?oRocha,etal.,Angew.Chem.Int.Ed.,

2009(48):6476-64796.pH的影響金屬-有機(jī)配合物（MOF）發(fā)光的影響因素67AvelinoCorma,Jo?oRocha,etGuo-CongGuo,etal.,J.Am.Chem.Soc.,

2009(131):13572-135737.激發(fā)波長(zhǎng)的影響金屬-有機(jī)配合物（MOF）發(fā)光的影響因素68Guo-CongGuo,etal.,7.激發(fā)波長(zhǎng)的影響稀土摻雜發(fā)光材料1.稀土摻雜激光晶體2.稀土摻雜納米材料69稀土摻雜發(fā)光材料1.稀土摻雜激光晶體2.稀土摻雜納米材料69既沒(méi)發(fā)生斯托克位移也沒(méi)發(fā)生反斯托克位移的熒光稱(chēng)共振熒光。在線性范圍內(nèi)，測(cè)定標(biāo)樣和試樣的熒光強(qiáng)度，比較；外轉(zhuǎn)換使熒光或磷光減弱或“猝滅”。鈰、銪、銻、釩、鈾采用固體熒光法測(cè)定金屬-有機(jī)配合物（MOF）發(fā)光的影響因素樣品應(yīng)盡量保存在不會(huì)引入雜質(zhì)又防潮避光的樣品管（盒）中。熒光探針技術(shù)在高分子科學(xué)中的應(yīng)用金屬到配體的電荷轉(zhuǎn)移（MLCT）處于激發(fā)態(tài)的分子，除了通過(guò)發(fā)射熒光回到基態(tài)以外，還會(huì)通過(guò)一些其它過(guò)程(如淬滅和能量轉(zhuǎn)移)回到基態(tài)，其結(jié)果是加快了激發(fā)態(tài)分子回到基態(tài)的過(guò)程(或稱(chēng)失活過(guò)程)，結(jié)果是熒光壽命降低。Franck-Condon原理：產(chǎn)生斯托克位移的主要原因：增加溶劑的極性，一般有利于熒光的產(chǎn)生。激發(fā)態(tài)：當(dāng)一個(gè)分子中的電子排布不完全遵從構(gòu)造原理時(shí)，此分子被稱(chēng)為處于激發(fā)態(tài)。金屬-金屬到配體的電荷轉(zhuǎn)移（MMLCT）等這種長(zhǎng)壽命的延時(shí)發(fā)射的熒光，被稱(chēng)為延遲熒光或緩發(fā)熒光。改變電子自旋，禁阻躍遷，通過(guò)自旋—軌道耦合進(jìn)行。熒光探針技術(shù)在高分子科學(xué)中的應(yīng)用如果狹縫開(kāi)的太小，熒光信號(hào)又太弱，檢測(cè)比較困難，所以要選擇大小合適的狹縫。稀土摻雜激光晶體70既沒(méi)發(fā)生斯托克位移也沒(méi)發(fā)生反斯托克位移的熒光稱(chēng)共振熒光。稀土稀土摻雜激光晶體71稀土摻雜激光晶體71稀土摻雜激光晶體72稀土摻雜激光晶體72稀土摻雜激光晶體73稀土摻雜激光晶體73稀土摻雜納米材料稀土離子和半導(dǎo)體納米晶本身都是很好的發(fā)光材料。稀土離子的發(fā)光可以被半導(dǎo)體的激子復(fù)合所敏化，使得稀土離子的發(fā)光效率大大增強(qiáng)。通過(guò)控制合成半導(dǎo)體納米晶的尺寸來(lái)剪裁半導(dǎo)體的帶隙以匹配發(fā)光中心的激發(fā)態(tài)能級(jí)，實(shí)現(xiàn)高效能量傳遞或發(fā)光。稀土離子是最好的對(duì)結(jié)構(gòu)敏感的光譜探針，可以設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來(lái)原位探測(cè)某些很小的半導(dǎo)體納米晶室溫結(jié)構(gòu)相變過(guò)程并分析其內(nèi)在機(jī)制。稀土摻雜半導(dǎo)體納米材料在綠色照明光源、納米光電子器件、平板顯示、納米生物標(biāo)記和傳感器等方面有著廣闊的應(yīng)用前景。

74稀土摻雜納米材料稀土離子和半導(dǎo)體納米晶本身都是很好的發(fā)光材料稀土摻雜納米材料ZnO:Eu3+ZnO→Ln3+

能量傳遞ZnO敏化發(fā)光更高效基質(zhì)敏化的稀土離子發(fā)光75稀土摻雜納米材料ZnO:Eu3+ZnO→Ln3+能量傳遞基與蛋白質(zhì)或其他大分子結(jié)構(gòu)非共價(jià)相互作用而使一種或幾種熒光性質(zhì)發(fā)生改變的小分子物質(zhì)。可用于研究大分子物質(zhì)的性質(zhì)和行為。熒光探針目前常用的熒光探針有熒光素類(lèi)探針、無(wú)機(jī)離子熒光探針、熒光量子點(diǎn)、分子信標(biāo)等。熒光探針除應(yīng)用于核酸和蛋白質(zhì)的定量分析外，在核酸染色、DNA電泳、核酸分子雜交、定量PCR技術(shù)以及DNA測(cè)序上都有著廣泛的應(yīng)用。熒光探針：76與蛋白質(zhì)或其他大分子結(jié)構(gòu)非共價(jià)相互作用而使一種或幾種熒光性質(zhì)熒光探針過(guò)渡金屬配合物很多能實(shí)現(xiàn)較強(qiáng)的紅外波段寬帶發(fā)射，可以有效避開(kāi)組織體的吸收，可以穿透組織體實(shí)現(xiàn)紅外成像，克服同位素原子示蹤對(duì)人體的傷害；壽命處于μs量級(jí)，可以用于較大分子的形變和轉(zhuǎn)動(dòng)擴(kuò)散研究，當(dāng)然，結(jié)合其特有的發(fā)射波段也能對(duì)活體環(huán)境中的許多擴(kuò)散和轉(zhuǎn)變過(guò)程進(jìn)行研究。77熒光探針過(guò)渡金屬配合物很多能實(shí)現(xiàn)較強(qiáng)的紅外波段寬帶發(fā)射，可以稀土離子是一類(lèi)核酸探針的檢測(cè)試劑。在水溶液中僅有Tb(Ⅲ)和Eu(Ⅲ)發(fā)出熒光，與DNA配合后仍保留熒光性能，可特異識(shí)別核苷酸。Tb(Ⅲ)和Eu(Ⅲ)與一些小分子配體配合，由于配體本身性質(zhì)、中心離子-配體成鍵及溶劑等因素影響，使配合物的激發(fā)態(tài)壽命達(dá)到ms級(jí)，并發(fā)出窄而強(qiáng)的熒光。Tb(Ⅲ)和Eu(Ⅲ)與小分子的配合物探針通過(guò)共價(jià)鍵與靶DNA共價(jià)結(jié)合后多用于實(shí)時(shí)定量熒光PCR反應(yīng)產(chǎn)物的分析及雜交測(cè)試。該類(lèi)探針要求稀土配合物易于合成并且足夠穩(wěn)定，同時(shí)熒光發(fā)射強(qiáng)度大。Nurmi等用Tb(Ⅲ)和Eu(Ⅲ)標(biāo)記的探針進(jìn)行實(shí)時(shí)同步擴(kuò)增及前列腺特異抗原的測(cè)定，信噪比要高于傳統(tǒng)的TaqMan探針，而循環(huán)閾值則降低。熒光探針78稀土離子是一類(lèi)核酸探針的檢測(cè)試劑。該類(lèi)探針要求稀土配合物易于量子點(diǎn)熒光探針是由Ⅱ-Ⅳ族和Ⅲ-Ⅴ族元素組成的半導(dǎo)體納米顆粒，將核酸連接到量子點(diǎn)的表面，做成探針，通過(guò)體外雜交常規(guī)熒光(FISH)分析，發(fā)現(xiàn)染色體的異常及變異，可取代一些有機(jī)熒光染料進(jìn)行生物分子檢測(cè)。研究較多的有CdSe、CdTe、ZnS等。熒光探針79量子點(diǎn)熒光探針是由Ⅱ-Ⅳ族和Ⅲ-Ⅴ族元素組成的半導(dǎo)體納米顆粒量子點(diǎn)探針較傳統(tǒng)的有機(jī)熒光染料具有一定的優(yōu)越性：首先，熒光光譜范圍寬，通過(guò)改變納米晶體材料和尺寸，獲得的激光誘導(dǎo)熒光光譜范圍在400nm～2μm；其次，熒光光譜范圍可調(diào)，穩(wěn)定性好，熒光壽命長(zhǎng)，且可用單一波長(zhǎng)的激發(fā)光源同時(shí)激發(fā)不同大小尺寸的量子點(diǎn)，得到不同熒光發(fā)射波長(zhǎng)的檢測(cè)信號(hào)，相對(duì)于有機(jī)熒光染料的單一光源激發(fā)得到單一熒光發(fā)射信號(hào)，降低了實(shí)驗(yàn)成本并簡(jiǎn)化了分析步驟。熒光探針總之，量子點(diǎn)熒光探針用于生物熒光標(biāo)記，是一個(gè)具有廣闊應(yīng)用前景的領(lǐng)域。80量子點(diǎn)探針較傳統(tǒng)的有機(jī)熒光染料具有一定的優(yōu)越性：熒光探針總之利用熒光探針來(lái)研究高分子的鏈結(jié)構(gòu)及高分子材料物化參數(shù)通過(guò)熒光探針來(lái)研究高分子光化學(xué)與光物理問(wèn)題通過(guò)熒光探針研究高分子體系的聚合反應(yīng)過(guò)程利用熒光探針研究特殊環(huán)境的物理化學(xué)性質(zhì)熒光探針?lè)y(cè)定膠束，囊胞等特殊環(huán)境的微極性和微黏度熒光探針?lè)y(cè)定膠束的聚集數(shù)熒光探針研究高分子溶液的Sol-Gel過(guò)程和凝膠化點(diǎn)的測(cè)定……參考書(shū)目：高分子光化學(xué)導(dǎo)論——基礎(chǔ)和應(yīng)用吳世康著科學(xué)出版社2003-10出版熒光探針技術(shù)在高分子科學(xué)中的應(yīng)用81利用熒光探針來(lái)研究高分子的鏈結(jié)構(gòu)及高分子材料物化參數(shù)熒光探針物質(zhì)的檢測(cè)——熒光分析方法與應(yīng)用特點(diǎn)：（1）靈敏度高比紫外-可見(jiàn)分光光度法高2～4個(gè)數(shù)量級(jí)；檢測(cè)下限：0.1～0.1g/cm-3

相對(duì)靈敏度：0.05mol/L奎寧硫酸氫鹽的硫酸溶液。（2）選擇性強(qiáng)既可依據(jù)特征發(fā)射光譜，又可根據(jù)特征吸收光譜；（3）試樣量少缺點(diǎn)：應(yīng)用范圍小。82物質(zhì)的檢測(cè)——熒光分析方法與應(yīng)用特點(diǎn)：82定量依據(jù)：

熒光強(qiáng)度

If正比于吸收的光量Ia和熒光量子效率：

If=Ia

由朗格-比耳定律：Ia=I0(1-10-lc)If=I0(1-10-lc)=I0(1-e-2.3lc)

濃度很低時(shí)，將括號(hào)項(xiàng)近似處理后：

If=2.3I0lc

=Kc物質(zhì)的檢測(cè)——熒光分析方法與應(yīng)用83定量依據(jù)：物質(zhì)的檢測(cè)——熒光分析方法與應(yīng)用83定量方法標(biāo)準(zhǔn)曲線法：配制一系列標(biāo)準(zhǔn)濃度試樣測(cè)定熒光強(qiáng)度，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，再在相同條件下測(cè)量未知試樣的熒光強(qiáng)度，在標(biāo)準(zhǔn)曲線上求出濃度；比較法：在線性范圍內(nèi)，測(cè)定標(biāo)樣和試樣的熒光強(qiáng)度，比較；物質(zhì)的檢測(cè)——熒光分析方法與應(yīng)用84定量方法標(biāo)準(zhǔn)曲線法：物質(zhì)的檢測(cè)——熒光分析方法與應(yīng)用84(1)無(wú)機(jī)化合物的分析與有機(jī)試劑配合物后測(cè)量；可測(cè)量約60多種元素。鈹、鋁、硼、鎵、硒、鎂、稀土常采用熒光分析法；氟、硫、鐵、銀、鈷、鎳采用熒光熄滅法測(cè)定；銅、鈹、鐵、鈷、鋨及過(guò)氧化氫采用催化熒光法測(cè)定；鉻、鈮、鈾、碲采用低溫?zé)晒夥y(cè)定；鈰、銪、銻、釩、鈾采用固體熒光法測(cè)定(2)生物與有機(jī)化合物的分析見(jiàn)表物質(zhì)的檢測(cè)——熒光分析方法與應(yīng)用85(1)無(wú)機(jī)化合物的分析物質(zhì)的檢測(cè)——熒光分析方法與應(yīng)用8586868787參考資料現(xiàn)代光化學(xué)，張建成，王奪元，化學(xué)工業(yè)出版社2.光化學(xué)基本原理和光子學(xué)材料科學(xué)，樊美公，科學(xué)出版社88參考資料現(xiàn)代光化學(xué)，張建成，王奪元，化學(xué)工業(yè)出版社88ThankYou!ThankYou!問(wèn)題1.分子失活的途徑有哪些？2.影響熒光的主要因素有哪些？3.熒光的應(yīng)用有哪些方面？90問(wèn)題1.分子失活的途徑有哪些？90謝謝觀看！謝謝觀看！熒光的原理及應(yīng)用熒光的原理及應(yīng)用主要內(nèi)容熒光光譜的基本原理1熒光光譜儀的原理、操作及數(shù)據(jù)處理2熒光光譜的應(yīng)用3參考資料493主要內(nèi)容熒光光譜的基本原理1熒光光譜儀的原理、操作及數(shù)據(jù)處理熒光光譜的基本原理94熒光光譜的基本原理3熒光定義熒光是輻射躍遷的一種，是物質(zhì)從激發(fā)態(tài)失活到多重性相同的低能狀態(tài)時(shí)所釋放的輻射。95熒光定義熒光是輻射躍遷的一種，是物質(zhì)從激發(fā)態(tài)失活到多重性相同構(gòu)造原理：電子在原子或分子中排布所遵循的規(guī)則?；鶓B(tài)和激發(fā)態(tài)能量最低原理泡利不相容原理洪特規(guī)則基態(tài)：當(dāng)一個(gè)分子中的所有電子的排布都遵從構(gòu)造原理時(shí)，此分子被稱(chēng)為處于基態(tài)。激發(fā)態(tài)：當(dāng)一個(gè)分子中的電子排布不完全遵從構(gòu)造原理時(shí)，此分子被稱(chēng)為處于激發(fā)態(tài)。96構(gòu)造原理：電子在原子或分子中排布所遵循的規(guī)則。基態(tài)和激發(fā)態(tài)電子激發(fā)態(tài)的多重度：

M=2S+1

S為電子自旋量子數(shù)的代數(shù)和(0或1)；電子激發(fā)態(tài)的多重度根據(jù)洪特規(guī)則(平行自旋比成對(duì)自旋穩(wěn)定)，三重態(tài)能級(jí)比相應(yīng)單重態(tài)能級(jí)低；大多數(shù)有機(jī)分子的基態(tài)處于單重態(tài)；97電子激發(fā)態(tài)的多重度：電子激發(fā)態(tài)的多重度根據(jù)洪特規(guī)則(平分子能級(jí)比原子能級(jí)復(fù)雜；在每個(gè)電子能級(jí)上，都存在振動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)；分子能級(jí)與躍遷激發(fā)：

基態(tài)(S0)→激發(fā)態(tài)(S1、S2激發(fā)態(tài)振動(dòng)能級(jí))：吸收特定頻率的輻射；量子化；躍遷一次到位；失活：

激發(fā)態(tài)→基態(tài)：多種途徑和方式(見(jiàn)能級(jí)圖)；速度最快、激發(fā)態(tài)壽命最短的途徑占優(yōu)勢(shì)；第一、第二、…電子激發(fā)單重態(tài)

S1、S2…

；第一、第二、…電子激發(fā)三重態(tài)

T1、T2…

；98分子能級(jí)比原子能級(jí)復(fù)雜；分子能級(jí)與躍遷激發(fā)：基態(tài)(S0)→雅布隆斯基分子能級(jí)圖S2S1S0T1吸收發(fā)射熒光發(fā)射磷光系間竄越內(nèi)轉(zhuǎn)換振動(dòng)弛豫能量l2l1l

3

外轉(zhuǎn)換l

2T2內(nèi)轉(zhuǎn)換振動(dòng)弛豫99雅布隆斯基分子能級(jí)圖S2S1S0T1吸發(fā)發(fā)系間竄越內(nèi)轉(zhuǎn)換振動(dòng)躍遷規(guī)則躍遷前后原子核的構(gòu)型沒(méi)有發(fā)生改變、躍遷過(guò)程中電子自旋沒(méi)有改變、躍遷前后電子的軌道在空間有較大的重疊和軌道的對(duì)映性發(fā)生了改變的躍遷是允許的；躍遷過(guò)程中電子自旋發(fā)生了改變、躍遷前后電子的軌道在空間不重疊或軌道的對(duì)映性未發(fā)生改變的躍遷是禁阻的。Franck-Condon原理：在電子躍遷完成的瞬間，分子中原子核的構(gòu)型是來(lái)不及改變的。100躍遷規(guī)則躍遷前后原子核的構(gòu)型沒(méi)有發(fā)生改變、躍遷過(guò)程中電子自旋電子處于激發(fā)態(tài)是不穩(wěn)定狀態(tài)，容易返回基態(tài)，在這個(gè)過(guò)程中通過(guò)輻射躍遷(發(fā)光)和無(wú)輻射躍遷等方式失去能量，這個(gè)過(guò)程就稱(chēng)為失活。失活途徑輻射躍遷熒光磷光內(nèi)轉(zhuǎn)換外轉(zhuǎn)換系間竄越振動(dòng)弛豫無(wú)輻射躍遷

激發(fā)態(tài)停留時(shí)間短、返回速度快的途徑，發(fā)生的幾率大。失活的途徑101電子處于激發(fā)態(tài)是不穩(wěn)定狀態(tài)，容易返回基態(tài)，在這個(gè)過(guò)程振動(dòng)弛豫：同一電子能級(jí)內(nèi)以熱能量交換形式由高振動(dòng)能級(jí)至低相鄰振動(dòng)能級(jí)間的躍遷。發(fā)生振動(dòng)弛豫的時(shí)間一般為10-12s。無(wú)輻射躍遷失活的途徑通過(guò)內(nèi)轉(zhuǎn)換和振動(dòng)弛豫，高激發(fā)單重態(tài)的電子躍回第一激發(fā)單重態(tài)的最低振動(dòng)能級(jí)。

內(nèi)轉(zhuǎn)換：多重度相同的電子能級(jí)中等能級(jí)間的無(wú)輻射能級(jí)躍遷。102振動(dòng)弛豫：同一電子能級(jí)內(nèi)以熱能量交換形式由高振動(dòng)能級(jí)至低相無(wú)輻射躍遷失活的途徑系間竄越：不同多重態(tài),有重疊的轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)間的非輻射躍遷。

改變電子自旋，禁阻躍遷，通過(guò)自旋—軌道耦合進(jìn)行。外轉(zhuǎn)換：激發(fā)分子與溶劑或其他分子之間產(chǎn)生相互作用而轉(zhuǎn)移能量的非輻射躍遷；

外轉(zhuǎn)換使熒光或磷光減弱或“猝滅”。103無(wú)輻射躍遷失活的途徑系間竄越：不同多重態(tài),有重疊的轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)間熒光發(fā)射：電子由第一激發(fā)單重態(tài)的最低振動(dòng)能級(jí)→基態(tài)（多為S1→S0躍遷），發(fā)射波長(zhǎng)為’2的熒光；10-7～10-9s。輻射躍遷失活的途徑磷光發(fā)射：電子由第一激發(fā)三重態(tài)的最低振動(dòng)能級(jí)→基態(tài)（多為T(mén)1→S0躍遷）；發(fā)射波長(zhǎng)為3的磷光；

10-4～100s。電子由S0進(jìn)入T1的可能過(guò)程：（S0→T1禁阻躍遷）

S0→激發(fā)→振動(dòng)弛豫→內(nèi)轉(zhuǎn)換→系間竄越→振動(dòng)弛豫→T1

發(fā)光速度很慢，光照停止后，可持續(xù)一段時(shí)間。

由圖可見(jiàn)，發(fā)射熒光的能量比分子吸收的能量小，波長(zhǎng)長(zhǎng)；’2>2>1；

104熒光發(fā)射：電子由第一激發(fā)單重態(tài)的最低振動(dòng)能級(jí)→基態(tài)（多為熒光探針?lè)y(cè)定膠束，囊胞等特殊環(huán)境的微極性和微黏度大多數(shù)有機(jī)分子的基態(tài)處于單重態(tài)；激發(fā)：基態(tài)(S0)→激發(fā)態(tài)(S1、S2激發(fā)態(tài)振動(dòng)能級(jí))：吸收特定頻率的輻射；從下式可以得到F的粗略估計(jì)值(單位為秒)。,2007(129):10620-10621增加溶劑的極性，一般有利于熒光的產(chǎn)生。稀土摻雜半導(dǎo)體納米材料在綠色照明光源、納米光電子器件、平板顯示、納米生物標(biāo)記和傳感器等方面有著廣闊的應(yīng)用前景。缺點(diǎn)：f-f禁阻，強(qiáng)度低由朗格-比耳定律：Ia=I0(1-10-lc)另外，還會(huì)受環(huán)境（如溫度、溶劑等）的影響，例如，降低溫度可導(dǎo)致一個(gè)化合物的增大，提高溫度可導(dǎo)致一個(gè)化合物的降低。躍遷過(guò)程中電子自旋發(fā)生了改變、躍遷前后電子的軌道在空間不重疊或軌道的對(duì)映性未發(fā)生改變的躍遷是禁阻的。S1→T1→S1→S0+hνf分子能級(jí)比原子能級(jí)復(fù)雜；通過(guò)內(nèi)轉(zhuǎn)換和振動(dòng)弛豫，高激發(fā)單重態(tài)的電子躍回第一激發(fā)單重態(tài)的最低振動(dòng)能級(jí)。這種長(zhǎng)壽命的延時(shí)發(fā)射的熒光，被稱(chēng)為延遲熒光或緩發(fā)熒光。影響熒光的主要因素有哪些？固定激發(fā)光波長(zhǎng)物質(zhì)發(fā)射的磷光強(qiáng)度與發(fā)射光波長(zhǎng)關(guān)系曲線，如右圖中曲線III。改變電子自旋，禁阻躍遷，通過(guò)自旋—軌道耦合進(jìn)行。重復(fù)3、4步循環(huán)掃描得到理想的光譜圖。ItI0e-kt躍遷到激發(fā)態(tài)高振動(dòng)能級(jí)的激發(fā)態(tài)分子，首先以更快的速率發(fā)生振動(dòng)弛豫（其速率在1013/s數(shù)量級(jí)），散失部分能量，達(dá)到零振動(dòng)能級(jí)，一般從零振動(dòng)能級(jí)發(fā)射熒光；激發(fā)譜

固定發(fā)射波長(zhǎng)(一般將其固定于發(fā)射波段中感興趣的峰位)，掃描出的化合物的發(fā)射光強(qiáng)(熒光/磷光)與入射光波長(zhǎng)的關(guān)系曲線。主要光譜參量發(fā)射譜

固定激發(fā)波長(zhǎng)(一般將其固定于激發(fā)波段中感興趣的峰位),掃描出的化合物的發(fā)射光強(qiáng)(熒光/磷光)與入射光波長(zhǎng)的關(guān)系曲線。吸收譜

化合物的吸收光強(qiáng)與入射光波長(zhǎng)的關(guān)系曲線。105熒光探針?lè)y(cè)定膠束，囊胞等特殊環(huán)境的微極性和微黏度激發(fā)譜主要主要光譜參量

吸收譜反映出的是物質(zhì)的基態(tài)能級(jí)與激發(fā)態(tài)能級(jí)之間所有的允許躍遷。通常狀態(tài)下的物質(zhì)的表觀顏色大部分時(shí)候取決于其吸收特性。

激發(fā)譜則反映的是基態(tài)與所有與該熒光發(fā)射有關(guān)的能級(jí)之間的躍遷。其所呈現(xiàn)的關(guān)系比吸收譜要有選擇性，但有時(shí)候又不如吸收譜來(lái)的直接。電子躍遷到不同激發(fā)態(tài)能級(jí)時(shí)，吸收不同波長(zhǎng)的能量(如能級(jí)圖2

,1)，產(chǎn)生不同吸收帶，但均回到第一激發(fā)單重態(tài)的最低振動(dòng)能級(jí)再躍遷回到基態(tài)，產(chǎn)生波長(zhǎng)一定的熒光(如’2

)。因此，發(fā)射譜的形狀與激發(fā)波長(zhǎng)無(wú)關(guān)。106主要光譜參量吸收譜反映出的是物質(zhì)的基態(tài)能級(jí)與激發(fā)斯托克位移一個(gè)化合物的發(fā)射光譜常常與其吸收光譜很類(lèi)似，但總是較相應(yīng)的吸收光譜紅移，這稱(chēng)為斯托克位移（Stoke’sshift）。蒽在溶液中的吸收（虛線）和發(fā)射（實(shí)線）光譜107斯托克位移一個(gè)化合物的發(fā)射光譜常常與其吸收光譜很類(lèi)似，但總是產(chǎn)生斯托克位移的主要原因：1.躍遷到激發(fā)態(tài)高振動(dòng)能級(jí)的激發(fā)態(tài)分子，首先以更快的速率發(fā)生振動(dòng)弛豫（其速率在1013/s數(shù)量級(jí)），散失部分能量，達(dá)到零振動(dòng)能級(jí)，一般從零振動(dòng)能級(jí)發(fā)射熒光；2.激發(fā)態(tài)形成后，其分子的構(gòu)型將很快進(jìn)一步調(diào)整，以達(dá)到激發(fā)態(tài)的穩(wěn)定構(gòu)型，這又損失了部分能量；3.發(fā)射熒光的激發(fā)態(tài)多為（π，π*）態(tài)，這種激發(fā)態(tài)較基態(tài)時(shí)有更大的極性，因此將在更大程度上為極性溶劑所穩(wěn)定，使激發(fā)態(tài)的能量進(jìn)一步降低。斯托克位移108產(chǎn)生斯托克位移的主要原因：1.躍遷到激發(fā)態(tài)高振動(dòng)能級(jí)的激發(fā)態(tài)不過(guò)，有時(shí)在高溫下也可觀察到反斯托克位移現(xiàn)象，即熒光光譜移向吸收光譜的短波方向。這是由于高溫使更多的激發(fā)態(tài)分子處于高振動(dòng)能級(jí)，熒光主要從激發(fā)態(tài)的高振動(dòng)能級(jí)發(fā)出所致。既沒(méi)發(fā)生斯托克位移也沒(méi)發(fā)生反斯托克位移的熒光稱(chēng)共振熒光。反斯托克位移109不過(guò)，有時(shí)在高溫下也可觀察到反斯托克位移現(xiàn)象，即熒光光譜移向熒光發(fā)射是光吸收的逆過(guò)程。熒光發(fā)射光譜與吸收光譜有類(lèi)似鏡影的關(guān)系。但當(dāng)激發(fā)態(tài)的構(gòu)型與基態(tài)的構(gòu)型相差很大時(shí)，熒光發(fā)射光譜將明顯不同于該化合物的吸收光譜。鏡像規(guī)則110熒光發(fā)射是光吸收的逆過(guò)程。熒光發(fā)射光譜與吸收光譜有類(lèi)似鏡影的熒光光譜固定激發(fā)光波長(zhǎng)物質(zhì)發(fā)射的熒光強(qiáng)度與發(fā)射光波長(zhǎng)關(guān)系曲線，如右圖中曲線II。熒光本身則是由電子在兩能級(jí)間不發(fā)生自旋反轉(zhuǎn)的輻射躍遷過(guò)程中所產(chǎn)生的光。磷光光譜固定激發(fā)光波長(zhǎng)物質(zhì)發(fā)射的磷光強(qiáng)度與發(fā)射光波長(zhǎng)關(guān)系曲線，如右圖中曲線III。磷光本身則是由電子在兩能級(jí)間發(fā)生自旋反轉(zhuǎn)的輻射躍遷過(guò)程中所產(chǎn)生的光。熒光光譜與磷光光譜111熒光光譜熒光光譜與磷光光譜20光譜圖112光譜圖21自吸收現(xiàn)象：化合物的熒光發(fā)射光譜的短波長(zhǎng)端與其吸收光譜的長(zhǎng)波長(zhǎng)端重疊，產(chǎn)生自吸收；如蒽化合物。內(nèi)濾光作用：溶液中含有能吸收激發(fā)光或熒光物質(zhì)發(fā)射的熒光，如色胺酸中的重鉻酸鉀；內(nèi)濾光作用和自吸收現(xiàn)象200250300350400450500熒光激發(fā)光譜熒光發(fā)射光譜nm蒽的激發(fā)光譜和熒光光譜113自吸收現(xiàn)象：化合物的熒光發(fā)射光譜的短波長(zhǎng)端與其吸收光譜的長(zhǎng)波熒光壽命熒光壽命是熒光強(qiáng)度衰減為初始時(shí)的1/e所需要的時(shí)間，常用表示。如熒光強(qiáng)度的衰減符合指數(shù)衰減的規(guī)律:

ItI0e-kt

其中I0是激發(fā)時(shí)最大熒光強(qiáng)度，It是時(shí)間t時(shí)的熒光強(qiáng)度，k是衰減常數(shù)。假定在時(shí)間時(shí)測(cè)得的It為I0的1/e，則是我們定義的熒光壽命。114熒光壽命熒光壽命是熒光強(qiáng)度衰減為初始時(shí)的1/e所需要的時(shí)間壽命是衰減常數(shù)k的倒數(shù)。事實(shí)上，在瞬間激發(fā)后的某個(gè)時(shí)間，熒光強(qiáng)度達(dá)到最大值，然后熒光強(qiáng)度將按指數(shù)規(guī)律下降。從最大熒光強(qiáng)度值后任一強(qiáng)度值下降到其1/e所需的時(shí)間都應(yīng)等于。

熒光壽命115壽命是衰減常數(shù)k的倒數(shù)。事實(shí)上，在瞬間激發(fā)后的某個(gè)時(shí)間，熒如果激發(fā)態(tài)分子只以發(fā)射熒光的方式丟失能量，則熒光壽命與熒光發(fā)射速率的衰減常數(shù)成反比。熒光壽命因此有F1/KFF表示熒光分子的固有熒光壽命，kF表示熒光發(fā)射速率的衰減常數(shù)。熒光發(fā)射速率即為單位時(shí)間中發(fā)射的光子數(shù)。116如果激發(fā)態(tài)分子只以發(fā)射熒光的方式丟失能量，則熒光壽命與熒光發(fā)處于激發(fā)態(tài)的分子，除了通過(guò)發(fā)射熒光回到基態(tài)以外，還會(huì)通過(guò)一些其它過(guò)程(如淬滅和能量轉(zhuǎn)移)回到基態(tài)，其結(jié)果是加快了激發(fā)態(tài)分子回到基態(tài)的過(guò)程(或稱(chēng)失活過(guò)程)，結(jié)果是熒光壽命降低。壽命和這些過(guò)程的速率常數(shù)有關(guān)，總的失活過(guò)程的速率常數(shù)k可以用各種失活過(guò)程的速率常數(shù)之和來(lái)表示:kkF+kiki表示各種非輻射過(guò)程的衰減速率常數(shù)。則總的壽命為:1/k1/(kF+ki)熒光壽命117處于激發(fā)態(tài)的分子，除了通過(guò)發(fā)射熒光回到基態(tài)以外，還會(huì)通過(guò)一些由于吸收幾率與發(fā)射幾率有關(guān)，F(xiàn)與最大吸收位置的摩爾消光系數(shù)max(單位為cm2mol-1或(moldm-3)-1cm-1)也密切相關(guān)。從下式可以得到F的粗略估計(jì)值(單位為秒)。1/F≈104max注意：在討論壽命時(shí)，不要把壽命與躍遷時(shí)間混淆起來(lái)。躍遷時(shí)間是躍遷頻率的倒數(shù)，而壽命是指分子在某種特定狀態(tài)下存在的時(shí)間。通過(guò)測(cè)量壽命，可以得到有關(guān)分子結(jié)構(gòu)和動(dòng)力學(xué)方面的信息。熒光壽命118由于吸收幾率與發(fā)射幾率有關(guān)，F(xiàn)與最大吸收位置的摩爾消光系,2009(131):13572-13573大多數(shù)有機(jī)分子的基態(tài)處于單重態(tài)；過(guò)渡金屬配合物很多能實(shí)現(xiàn)較強(qiáng)的紅外波段寬帶發(fā)射，可以有效避開(kāi)組織體的吸收，可以穿透組織體實(shí)現(xiàn)紅外成像，克服同位素原子示蹤對(duì)人體的傷害；稀土金屬-有機(jī)配合物（MOF）的發(fā)光機(jī)理可測(cè)量約60多種元素。缺點(diǎn)：應(yīng)用范圍小。M=2S+1改變電子自旋，禁阻躍遷，通過(guò)自旋—軌道耦合進(jìn)行。可用于研究大分子物質(zhì)的性質(zhì)和行為。稀土金屬-有機(jī)配合物（MOF）的發(fā)光機(jī)理基質(zhì)敏化的稀土離子發(fā)光降低體系溫度可以提高熒光量子產(chǎn)率。金屬-有機(jī)配合物（MOF）發(fā)光的影響因素帶通濾光片、截止濾光片、分光濾光片、中性密度濾光片、反射濾光片；量子點(diǎn)探針較傳統(tǒng)的有機(jī)熒光染料具有一定的優(yōu)越性：它吸收光子發(fā)生多重性不變的躍遷時(shí)所吸收的能量小于斷裂其最弱的化學(xué)鍵所需要的能量。缺點(diǎn)：f-f禁阻，強(qiáng)度低=s[Iεscs/(Isεc)]S1+S1→T1+T1→(T1···T1)→S0+S1→S0+S0+hνp躍遷到激發(fā)態(tài)高振動(dòng)能級(jí)的激發(fā)態(tài)分子，首先以更快的速率發(fā)生振動(dòng)弛豫（其速率在1013/s數(shù)量級(jí)），散失部分能量，達(dá)到零振動(dòng)能級(jí)，一般從零振動(dòng)能級(jí)發(fā)射熒光；時(shí)，此分子被稱(chēng)為處于基態(tài)。延遲熒光一般熒光壽命為10-8s，最長(zhǎng)可達(dá)10-6s。但有時(shí)卻可能觀察到長(zhǎng)達(dá)10-3s。這種長(zhǎng)壽命的延時(shí)發(fā)射的熒光，被稱(chēng)為延遲熒光或緩發(fā)熒光。延遲熒光與普通熒光的區(qū)別主要在于輻射壽命不同。這種長(zhǎng)壽命的延遲熒光來(lái)源于從第一激發(fā)三重態(tài)（T1）重新生成的S1態(tài)的輻射躍遷。即延遲熒光產(chǎn)生的過(guò)程為：S1→T1→S1→S0+hνf119,2009(131):13572-13573延遲熒光一延遲熒光E型延遲熒光：當(dāng)?shù)谝患ぐl(fā)單重態(tài)S1與第一激發(fā)三重態(tài)T1能差較小時(shí)，T1態(tài)有時(shí)可從環(huán)境獲取一定的熱能后又達(dá)到能量更高的S1態(tài)。即T1→S1這種現(xiàn)象首先從四溴熒光素（eosin）觀察到，故得名E型延遲熒光。ΔP型延遲熒光：當(dāng)單重態(tài)（S1）與三重態(tài)（T1）能差較大時(shí)，T1不可能靠從環(huán)境取得熱能而到達(dá)S1態(tài)。這時(shí)有可能在兩個(gè)三重態(tài)分子靠近時(shí)，通過(guò)兩個(gè)三重態(tài)分子的湮滅過(guò)程重新生成S1態(tài)。即S1+S1→T1+T1→(T1···T1)→S0+S1→S0+S0+hνp這種現(xiàn)象首先從芘（pyrene）和菲（phenanthrence）觀察到，故得名P型延遲熒光。120延遲熒光E型延遲熒光：ΔP型延遲熒光：29熒光量子產(chǎn)率是物質(zhì)熒光特性中最基本的參數(shù)之一，它表示物質(zhì)發(fā)射熒光的效率。量子產(chǎn)率熒光量子產(chǎn)率通常用來(lái)表示，定義為熒光發(fā)射量子數(shù)與被物質(zhì)吸收的光子數(shù)之比，也可表示為熒光發(fā)射強(qiáng)度與被吸收的光強(qiáng)之比，或表示為熒光發(fā)射速率與吸收光速率常數(shù)之比，即：

=熒光發(fā)射量子數(shù)/吸收的光子數(shù)=kf[S1]/吸光速率=If/Ia

121熒光量子產(chǎn)率是物質(zhì)熒光特性中最基本的參數(shù)之一，它表示物質(zhì)發(fā)射量子產(chǎn)率一般情況下，熒光量子產(chǎn)率（)不隨激發(fā)光波長(zhǎng)而改變，這被稱(chēng)為Kasha-Vavilov規(guī)則。但如果形成的激發(fā)態(tài)會(huì)導(dǎo)致化學(xué)反應(yīng)或系間竄越與內(nèi)轉(zhuǎn)換的競(jìng)爭(zhēng)，則可能使受到影響。例如，在低壓氣相以254nm的光激發(fā)苯，=0.4，而當(dāng)以小于240nm的光激發(fā)苯時(shí)，則未檢測(cè)到熒光。這是由于苯的高振動(dòng)能級(jí)的S1態(tài)會(huì)使其轉(zhuǎn)變?yōu)槎磐弑?。不同化合物的差別可以很大。另外，還會(huì)受環(huán)境（如溫度、溶劑等）的影響，例如，降低溫度可導(dǎo)致一個(gè)化合物的增大，提高溫度可導(dǎo)致一個(gè)化合物的降低。12