分子發(fā)光熒光與磷光

關(guān)于分子發(fā)光熒光與磷光第一頁(yè)，共七十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日§7.1分子發(fā)光的基本原理第一次記錄熒光現(xiàn)象的是16世紀(jì)西班牙的內(nèi)科醫(yī)生和植物學(xué)家N.Monardes，1575年他提到在含有一種稱為“LignumNephriticum”的木頭切片的水溶液中，呈現(xiàn)了極為可愛的天藍(lán)色。直到1852年，Stokes在考察奎寧和葉綠素的熒光時(shí)，用分光光度計(jì)觀察到其熒光的波長(zhǎng)比入射光的波長(zhǎng)稍微長(zhǎng)些，才判斷這種現(xiàn)象是這些物質(zhì)在吸收光能后重新發(fā)射不同波長(zhǎng)的光，而不是由光的漫射作用所引起的，從而導(dǎo)入了熒光是光發(fā)射的概念，他還由發(fā)熒光的礦石“螢石”推演而提出“熒光”這一術(shù)語(yǔ)。1867年，Goppelsroder進(jìn)行了歷史上首次的熒光分析工作，應(yīng)用鋁—桑色素配合物的熒光進(jìn)行鋁的測(cè)定。19世紀(jì)以前，熒光的觀察是靠肉眼進(jìn)行的，直到1928年，才由Jette和West提出了第一臺(tái)熒光計(jì)。第二頁(yè)，共七十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日一、熒光與磷光的產(chǎn)生過(guò)程

luminescenceprocessofmolecularfluorescencephosphorescence由分子結(jié)構(gòu)理論，主要討論熒光及磷光的產(chǎn)生機(jī)理。1.分子能級(jí)與躍遷分子能級(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)；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；激發(fā)態(tài)→基態(tài)：多種途徑和方式(見能級(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…

；第三頁(yè)，共七十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日2.電子激發(fā)態(tài)的多重度電子激發(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)；平行自旋比成對(duì)自旋穩(wěn)定(洪特規(guī)則)，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)；

S0→T1禁阻躍遷；通過(guò)其他途徑進(jìn)入(見能級(jí)圖)；進(jìn)入的幾率小；

第四頁(yè)，共七十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日2.激發(fā)態(tài)→基態(tài)的能量傳遞途徑(分子的去激過(guò)程)

電子處于激發(fā)態(tài)是不穩(wěn)定狀態(tài)，返回基態(tài)時(shí)，通過(guò)輻射躍遷(發(fā)光)和無(wú)輻射躍遷等方式失去能量；傳遞途徑輻射躍遷熒光延遲熒光磷光內(nèi)轉(zhuǎn)移外轉(zhuǎn)移系間跨越振動(dòng)弛預(yù)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，發(fā)光強(qiáng)度相對(duì)大；熒光：10-7～10-9s,第一激發(fā)單重態(tài)的最低振動(dòng)能級(jí)→基態(tài)；磷光：10-4～10s；第一激發(fā)三重態(tài)的最低振動(dòng)能級(jí)→基態(tài)；第五頁(yè)，共七十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日S2S1S0T1吸收發(fā)射熒光發(fā)射磷光系間跨越內(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)弛豫分子吸收和發(fā)射過(guò)程的Jablonski能級(jí)圖第六頁(yè)，共七十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日非輻射能量傳遞過(guò)程振動(dòng)弛豫：在凝聚相體系中，被激發(fā)到激發(fā)態(tài)(如S1和S2)的分子能通過(guò)與溶劑分子的碰撞迅速以熱的形式把多余的振動(dòng)能量傳遞給周圍的分子，而自身返回該電子能級(jí)的最低振動(dòng)能級(jí)，這個(gè)過(guò)程稱為振動(dòng)弛豫。發(fā)生振動(dòng)弛豫的時(shí)間10-12s。內(nèi)轉(zhuǎn)換：當(dāng)S2的較低振動(dòng)能級(jí)與S1的較高振動(dòng)能級(jí)的能量相當(dāng)或重疊時(shí)，分子有可能從S2的振動(dòng)能級(jí)以無(wú)輻射方式過(guò)渡到S1的能量相等的振動(dòng)能級(jí)上。這個(gè)過(guò)程稱為內(nèi)轉(zhuǎn)換。內(nèi)轉(zhuǎn)換發(fā)生的時(shí)間約為10-12s。內(nèi)轉(zhuǎn)換過(guò)程同樣也發(fā)生在激發(fā)態(tài)三重態(tài)的電子能級(jí)間。由于振動(dòng)弛豫和內(nèi)轉(zhuǎn)換過(guò)程極為迅速(10-12s)，因此，激發(fā)后的分子很快回到電子第一激發(fā)單重態(tài)S1的最低振動(dòng)能級(jí)。所以高于第一激發(fā)態(tài)的熒光發(fā)射十分少見。第七頁(yè)，共七十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日外轉(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)換過(guò)程是熒光或磷光的競(jìng)爭(zhēng)過(guò)程，因此，該過(guò)程使熒光或磷光減弱或“猝滅”。系間跨越：是不同多重態(tài)之間的一種無(wú)輻射躍遷。該過(guò)程是激發(fā)電子改變其自旋態(tài)，分子的多重性發(fā)生變化的結(jié)果。當(dāng)兩種能態(tài)的振動(dòng)能級(jí)重疊時(shí)，這種躍遷的概率增大。如S1到T1躍遷就是系間躍遷的例子，即單重態(tài)到三重態(tài)的躍遷。即較低單重態(tài)振動(dòng)能級(jí)與較高的三重態(tài)振動(dòng)能級(jí)重疊。這種躍遷是“禁阻”的。

改變電子自旋，禁阻躍遷，通過(guò)自旋—軌道耦合進(jìn)行。第八頁(yè)，共七十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日輻射能量傳遞過(guò)程

熒光發(fā)射：當(dāng)分子處于第一激發(fā)單重態(tài)S1的最低能級(jí)時(shí)，分子返回基態(tài)的過(guò)程比振動(dòng)弛豫和內(nèi)轉(zhuǎn)化過(guò)程慢得多。分子可能通過(guò)發(fā)射光子躍遷回到基態(tài)S0的各振動(dòng)能級(jí)上，這個(gè)過(guò)程稱為熒光發(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。

由圖可見，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

；第九頁(yè)，共七十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日磷光發(fā)射：激發(fā)態(tài)分子經(jīng)過(guò)系間跨躍達(dá)到激發(fā)三重態(tài)后，并經(jīng)過(guò)迅速的振動(dòng)弛豫達(dá)到第一激發(fā)三重態(tài)(T1)的最低振動(dòng)能級(jí)上，從T1態(tài)分子經(jīng)發(fā)射光子返回基態(tài)。此過(guò)程稱為磷光發(fā)射。磷光發(fā)射是不同多重態(tài)之間的躍遷(即T1→S0)，故屬于“禁阻”躍遷。因此磷光的壽命比熒光要長(zhǎng)很多，約為10-3到10s。所以，將激發(fā)光從磷光樣品移走后，還?？梢杂^察到發(fā)光現(xiàn)象，而熒光發(fā)射卻觀察不到該現(xiàn)象。第十頁(yè)，共七十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日一.分子熒光與磷光的產(chǎn)生1.單重態(tài)與三重態(tài)2.分子的活化與去活化3.分子發(fā)光的類型按激發(fā)的模式分類：按分子激發(fā)態(tài)的類型分類：光致發(fā)光化學(xué)發(fā)光/生物發(fā)光熱致發(fā)光場(chǎng)致發(fā)光摩擦發(fā)光

分子發(fā)光分子發(fā)光熒光磷光瞬時(shí)熒光遲滯熒光按光子能量分類：斯托克斯熒光(Stokes)：λex<λem反斯托克斯熒光(Antistokes)：λex>λem共振熒光(Resonance)：λex=λem熒光

第十一頁(yè)，共七十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日分子的活化與去活化S0S1T1S2紫外可見吸收光譜外轉(zhuǎn)移紫外可見共振熒光光譜內(nèi)轉(zhuǎn)移熒光系間竄躍磷光反系間竄躍遲滯熒光振動(dòng)弛豫２.無(wú)輻射躍遷的類型振動(dòng)弛豫:Vr10-12sec外轉(zhuǎn)移:無(wú)輻射躍遷回到基態(tài)內(nèi)轉(zhuǎn)移:S2~S1能級(jí)之間有重疊系間竄躍:

S2~T1能級(jí)之間有重疊反系間竄躍:由外部獲取能量后T1~

S2１.輻射躍遷的類型共振熒光：10-12sec熒光：10-8sec磷光：1~10-4sec遲滯熒光:102~10-4sec第十二頁(yè)，共七十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日二.分子熒光(磷光)光譜1.熒光(磷光)激發(fā)光譜與發(fā)射光譜熒光(磷光)均為光致發(fā)光，在光輻射的作用下，熒光物質(zhì)發(fā)射出不同波長(zhǎng)的熒光。任何熒光分子都具有兩種特征的光譜，即激發(fā)光譜和發(fā)射光譜。熒光(磷光)：光致發(fā)光，照射光波長(zhǎng)如何選擇？第十三頁(yè)，共七十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日A.熒光激發(fā)光譜固定em=620nm(MAX)ex=290nm(MAX)固定發(fā)射波長(zhǎng)掃描激發(fā)波長(zhǎng)熒光激發(fā)光譜與紫外-可見吸收光譜類似

固定測(cè)量波長(zhǎng)(選最大發(fā)射波長(zhǎng)),化合物發(fā)射的熒光(磷光)強(qiáng)度與照射光波長(zhǎng)的關(guān)系曲線。第十四頁(yè)，共七十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日B.發(fā)射光譜(熒光光譜)固定激發(fā)光波長(zhǎng)(選最大激發(fā)波長(zhǎng)),化合物發(fā)射的熒光(或磷光強(qiáng)度)與發(fā)射光波長(zhǎng)關(guān)系曲線。第十五頁(yè)，共七十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日D.磷光光譜與發(fā)射光譜相同條件下的磷光光譜激發(fā)光譜發(fā)射光譜第十六頁(yè)，共七十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日200250300350400450500熒光激發(fā)光譜熒光發(fā)射光譜nm蒽的激發(fā)光譜和熒光光譜第十七頁(yè)，共七十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日三、熒光光譜的特征—激發(fā)光譜與發(fā)射光譜的關(guān)系1、Stokes位移在溶液中，分子的熒光發(fā)射波長(zhǎng)總是比其相應(yīng)的吸收(或激發(fā))光譜的波長(zhǎng)長(zhǎng)，熒光發(fā)射這種波長(zhǎng)位移的現(xiàn)象稱為Stokes位移。處于激發(fā)態(tài)的分子一方面由于振動(dòng)弛豫等損失了部分能量，另一方面溶劑分子的弛豫作用使其能量進(jìn)一步損失，因而產(chǎn)生了發(fā)射光譜波長(zhǎng)的位移，這種位移表明在熒光激發(fā)和發(fā)射之間所產(chǎn)生的能量損失。第十八頁(yè)，共七十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日2.鏡像對(duì)稱規(guī)則ex=290nm(MAX)固定em=620nm(MAX)固定ex=290nm(MAX)em=620nm(MAX)S04321S143211→

41→

31→

21→11

→41

→41

→21

→1通常熒光發(fā)射光譜與它的吸收光譜（與激發(fā)光譜形狀一樣）成鏡像對(duì)稱關(guān)系。第十九頁(yè)，共七十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日鏡像規(guī)則的解釋大多數(shù)吸收光譜的形狀表明了分子的第一激發(fā)態(tài)的振動(dòng)能級(jí)結(jié)構(gòu)，而熒光發(fā)射光譜則表明了分子基態(tài)的振動(dòng)能級(jí)結(jié)構(gòu)一般情況下，分子的基態(tài)和第一激發(fā)單重態(tài)的振動(dòng)能級(jí)結(jié)構(gòu)相似，因此吸收光譜的形狀與熒光發(fā)生光譜的形狀呈鏡像對(duì)稱關(guān)系。第二十頁(yè)，共七十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日3、熒光發(fā)射光譜的形狀與激發(fā)波長(zhǎng)無(wú)關(guān)一般地，用不同波長(zhǎng)的激發(fā)光激發(fā)熒光分子，可以觀察到形狀相同的熒光發(fā)射光譜。熒光分子無(wú)論被激發(fā)到哪一個(gè)激發(fā)態(tài)，處于激發(fā)態(tài)的分子經(jīng)振動(dòng)弛豫及內(nèi)轉(zhuǎn)換等過(guò)程最終回到第一激發(fā)態(tài)的最低振動(dòng)能級(jí)。而分子的熒光發(fā)射總是從第一激發(fā)態(tài)的最低振動(dòng)能級(jí)躍遷到基態(tài)的各振動(dòng)能級(jí)上，所以熒光光譜的形狀與激發(fā)波長(zhǎng)無(wú)關(guān)。第二十一頁(yè)，共七十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日S2S1S0T1吸收發(fā)射熒光發(fā)射磷光系間跨越內(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)弛豫分子吸收和發(fā)射過(guò)程的Jablonski能級(jí)圖第二十二頁(yè)，共七十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日2.三維熒光光譜IF

∝f(λex、λem)蒽的激發(fā)光譜固定發(fā)射波長(zhǎng)、掃描激發(fā)波長(zhǎng)第二十三頁(yè)，共七十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日IF

∝f(λex、λem)蒽的發(fā)射光譜固定激發(fā)波長(zhǎng)、掃描發(fā)射波長(zhǎng)第二十四頁(yè)，共七十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日蒽的三維等高線光譜圖第二十五頁(yè)，共七十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日蒽的三維等熒光強(qiáng)度光譜第二十六頁(yè)，共七十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日VB1和VB2的三維熒光光譜第二十七頁(yè)，共七十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日RLSDSTSATSADS散射片三維共振光散射光譜3.三維共振光散射光譜ADSATSTSRLSDS散射片三維共振光散射等高線光譜圖共振光散射瑞利散射固定ex=270nm拉曼光二級(jí)共振光散射三級(jí)共振光散射熒光光譜有用區(qū)間第二十八頁(yè)，共七十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日三.分子熒光(磷光)強(qiáng)度與熒光物質(zhì)濃度的關(guān)系1.熒光強(qiáng)度(磷光)與濃度的關(guān)系光吸收定律（Lambert–BeerLaw）相應(yīng)的吸光分?jǐn)?shù)為：熒光強(qiáng)度（IF）與相應(yīng)的吸光分?jǐn)?shù)成正比：按照級(jí)數(shù)展開式：第二十九頁(yè)，共七十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日對(duì)于稀溶液，當(dāng)bc<0.05（磷光bc<0.01）時(shí)：IF----熒光強(qiáng)度F-----熒光量子產(chǎn)率k--與儀器靈敏度有關(guān)的參數(shù)I0--入射光強(qiáng)度。IP----磷光強(qiáng)度P-----磷光量子產(chǎn)率b--吸收光程--摩爾吸光系數(shù)C--熒光物質(zhì)濃度2.熒光(磷光)的平均壽命分子在激發(fā)態(tài)的平均時(shí)間或者說(shuō)處于激發(fā)態(tài)的分子數(shù)目衰減到原來(lái)的1/2所經(jīng)歷的時(shí)間。對(duì)于處于S1(T1)電子態(tài)的熒光體來(lái)說(shuō)，其平均壽命()可以左式表示：

第三十頁(yè)，共七十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日3.熒光(磷光)的量子產(chǎn)率熒光量子產(chǎn)率的定義：kF、kp主要取決與熒光物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)；st系間竄躍效率。ki主要取決化學(xué)環(huán)境，同時(shí)也與熒光物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)有關(guān)。大多數(shù)的熒光物質(zhì)的量子產(chǎn)率在0.1~1之間；例如：0.05mol/L的硫酸喹啉，F(xiàn)=0.55；

熒光素F=1化合物F0.110.290.460.600.52第三十一頁(yè)，共七十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日1.躍遷的類型二.熒光與有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)對(duì)于有機(jī)熒光物質(zhì):π*

→πn→π*εmax＜100平均壽命10-5~10-7secπ→π*

εmax≥104平均壽命10-7~10-9seckS→T小π*→nπ*→π是有機(jī)化合物產(chǎn)生熒光的主要躍遷類型。強(qiáng)熒光的有機(jī)化合物具備下特征:①具有大的共軛π鍵結(jié)構(gòu)；②具有剛性的平面結(jié)構(gòu)；③具有最低的單重電子激發(fā)態(tài)為S1為π*

→π型；④取代基團(tuán)為給電子取代基?！?.2分子熒光與磷光強(qiáng)度的影響因素一.熒光的量子產(chǎn)率——分子結(jié)構(gòu)和發(fā)光分子所處的環(huán)境第三十二頁(yè)，共七十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日2.共軛效應(yīng)產(chǎn)生熒光的有機(jī)物質(zhì)，都含有共軛雙鍵體系，共軛體系越大，離域大π鍵的電子越容易激發(fā)，熒光與磷光越容易產(chǎn)生?；衔锉捷凛於∈∥焓ˇ薳xmax(nm)205286365390580λemmax

(nm)278321400480640F0.110.290.460.600.52熒光物質(zhì)的剛性和平面性增加，有利于熒光發(fā)射。3.剛性平面結(jié)構(gòu)芴聯(lián)苯F=1F=0.2第三十三頁(yè)，共七十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日不產(chǎn)生熒光產(chǎn)生熒光產(chǎn)生熒光不產(chǎn)生熒光F=0.92萘VAF(萘)=5F(VA)

熒光黃酚酞偶氮菲偶氮苯第三十四頁(yè)，共七十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日1）給電子取代劑加強(qiáng)熒光4.取代基效應(yīng)—HN2，—NHR，—NR2，—OH，—OR，—CN產(chǎn)生p→π共軛二苯甲酮：弱熒光、強(qiáng)磷光S1→T1的系間竄躍產(chǎn)率接近1化合物苯苯酚苯胺苯基氰苯甲醚λemmax(nm)278~310285~365310~405280~390285~345相對(duì)熒光強(qiáng)度10182020202）得電子取代基減弱熒光、加強(qiáng)磷光—C=0，—COOH，—NO2不產(chǎn)生p→π共軛硝基苯：不產(chǎn)生熒光、弱磷光第三十五頁(yè)，共七十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日空間位阻對(duì)熒光發(fā)射的影響3）取代基的位置反式二苯乙烯強(qiáng)熒光物質(zhì)F=0.75F=0.03立體異構(gòu)體對(duì)熒光發(fā)射的影響順式二苯乙烯非熒光物質(zhì)電離效應(yīng)對(duì)熒光發(fā)射的影響OH-H+OH-H+pH=1,有熒光pH=13,無(wú)熒光無(wú)熒光有熒光第三十六頁(yè)，共七十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日含有重原子的溶劑，由于重原子效應(yīng)熒光減弱、磷光增強(qiáng)。5.重原子取代基效應(yīng)—Cl，—Br，—IS1→T1的系間竄躍由于重原子的存在增強(qiáng)化合物萘1-甲基萘1-氟萘1-氯萘1-溴萘1-碘萘λFmax(nm)315318316319320~λPmax(nm)470476473483484488P/F0.0930.0530.0685.26.4>1000τ

p(s)2.62.51.40.230.0140.00236.溶劑效應(yīng)藍(lán)移:△

En→π*

＜△

En→π*紅移:△

Eπ→π*

＞△

Eπ→π*在極性溶劑中：無(wú)溶劑化作用有溶劑化作用第三十七頁(yè)，共七十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日三.金屬螯合物的熒光1.螯合物中配位體的發(fā)光2.螯合物中金屬離子的發(fā)光8-羥基喹啉弱熒光8-羥基喹啉-Zn螯合物黃綠色強(qiáng)熒光2,2`-二羥基偶氮苯無(wú)熒光2,2`-二羥基偶氮苯-Al螯合物強(qiáng)熒光T1系間竄躍S0S1d*、f*d*→

df*→

f熒光分子內(nèi)能量轉(zhuǎn)移第三十八頁(yè)，共七十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日三、影響熒光強(qiáng)度的環(huán)境因素1.溶劑的影響

除一般溶劑效應(yīng)外，溶劑的極性、氫鍵、配位鍵的形成都將使化合物的熒光發(fā)生變化；2.溫度的影響熒光強(qiáng)度對(duì)溫度變化敏感，溫度增加，外轉(zhuǎn)換去活的幾率增加。3.溶液pH

對(duì)酸堿化合物，溶液pH的影響較大，需要嚴(yán)格控制；第三十九頁(yè)，共七十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日4.內(nèi)濾光作用和自吸現(xiàn)象自吸現(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；第四十頁(yè)，共七十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日5.溶液熒光的猝滅熒光熄滅：熒光分子與溶劑分子或其它溶質(zhì)分子相互作用引起熒光強(qiáng)度降低或消失的現(xiàn)象。熒光熄滅劑：這些溶劑分子或其它溶質(zhì)分子稱為熒光熄滅劑。第四十一頁(yè)，共七十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日1.碰撞熄滅相對(duì)速率1K1[M*]K2[M*][Q]與分子的直徑、粘度、溫度等因素有關(guān)。2.能量轉(zhuǎn)移熄滅再吸收過(guò)程：共振能量轉(zhuǎn)移：分子內(nèi)能量轉(zhuǎn)移：hv激發(fā)發(fā)射熄滅第四十二頁(yè)，共七十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日3.氧的熄滅作用氧分子是熒光、磷光的熄滅劑，4.自熄滅與自吸收當(dāng)熒光物質(zhì)的濃度大于1g/L時(shí)，常發(fā)生熒光的自熄滅(濃度熄滅)自吸收：沒有除氧，溶液中難以觀察到磷光由于F<1，使熒光強(qiáng)度減弱或消失.形成二聚體：由于二聚體不發(fā)熒光，或發(fā)射熒光的能量有改變，造成自熄滅現(xiàn)象。第四十三頁(yè)，共七十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日§7.3熒光(磷光)分光光度計(jì)一.主要組成及部件的功能熒光分光光度計(jì)工作原理基及儀器結(jié)構(gòu)框圖光源氙燈激發(fā)單色器樣品池光電倍增管數(shù)據(jù)處理儀器控制光源樣品池激發(fā)單色器檢測(cè)器數(shù)據(jù)處理儀器控制發(fā)射單色器發(fā)射單色器問題：熒光分光光度計(jì)與紫外-可見分光光度計(jì)有何異同點(diǎn)？第四十四頁(yè)，共七十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日二.光源1.光源的要求：發(fā)射強(qiáng)度足夠且穩(wěn)定的連續(xù)光譜光輻射強(qiáng)度隨波長(zhǎng)的變化小有足夠長(zhǎng)的使用壽命2.氙燈光源常用氣體放電燈類型：

氙燈光源高壓汞光源波長(zhǎng)范圍：200~1000nm工作壓力：5~20atm啟動(dòng)電壓：20~40KV使用壽命：1000~2000h最廣泛應(yīng)用的連續(xù)光源：發(fā)射波長(zhǎng)范圍寬發(fā)射光強(qiáng)度大第四十五頁(yè)，共七十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日3.高壓汞燈光源應(yīng)用廣泛的線光源：253.7296.5302.2312.6313.2365.0365.5366.3404.7435.8546.1557.0579.0(nm)光源樣品池激發(fā)濾光片檢測(cè)器數(shù)據(jù)處理儀器控制發(fā)射單色器光源樣品池激發(fā)濾光片檢測(cè)器數(shù)據(jù)處理儀器控制發(fā)射濾光片第四十六頁(yè)，共七十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日玻璃濾光片的透射率干涉濾光片的透射率截止涉濾光片的透射率第四十七頁(yè)，共七十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日三.單色器平面衍射光柵線色散率聚光本領(lǐng)分辨率四.檢測(cè)器光電倍增管放大倍數(shù)：2n~5n;n=10,103~107，最大108~109五.樣品池：液池、熒光池1.樣品池的材料：與紫外-可見分光光度計(jì)的吸收池一樣2.吸收池的形狀：紫外-可見分光光度計(jì)的吸收池兩面透光熒光分光光度計(jì)的樣品池四面透光波長(zhǎng)范圍3.使用注意事項(xiàng)容易破碎問題：紫外-可見分光光度計(jì)的吸收池與熒光分光光度計(jì)的樣品池有什么區(qū)別？沾污問題閃躍特性第四十八頁(yè)，共七十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日六.磷光分光光度計(jì)1.光學(xué)系統(tǒng)與熒光分光光度計(jì)的區(qū)別光源樣品池激發(fā)單色器檢測(cè)器數(shù)據(jù)處理儀器控制發(fā)射單色器切光器（斬波器）共振熒光：10-12sec熒光：10-8sec磷光：1~10-4sec遲滯熒光：100~10-4sec2.樣品池與熒光分光光度計(jì)的區(qū)別通常情況下，樣品池需要放在盛液氮的石英杜瓦瓶?jī)?nèi)，來(lái)測(cè)定低溫磷光。第四十九頁(yè)，共七十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日§7.４熒光分析法的應(yīng)用一.工作曲線法熒光分析的靈敏度比紫外－可見分光光度法高103～104.熒光熄滅工作曲線法FxFCsCx直接熒光標(biāo)準(zhǔn)曲線法FCsFxCx二.熒光分析法的靈敏度第五十頁(yè)，共七十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日在紫外光照射下會(huì)發(fā)生熒光的無(wú)機(jī)化合物很少，主要依賴于有機(jī)試劑形成的螯合物。三.熒光分析的應(yīng)用1.無(wú)機(jī)化合物直接熒光測(cè)定法其中，較常測(cè)定的元素有：Be、Al、B、Ga、Se、Mg、Zn、Cd與某些稀土元素；測(cè)定的靈敏度有些可以達(dá)到10-10;某些元素雖然不與有機(jī)試劑形成發(fā)熒光的配合物，但是它會(huì)與發(fā)熒光的配合物爭(zhēng)奪配位體，組成不發(fā)熒光的配合，使其產(chǎn)生熒光熄滅，由熒光熄滅的強(qiáng)度計(jì)算該元素的含量。較常測(cè)定的元素有：F、S、Fe、Ag、Co、Ni、Cu、Mo、W熒光熄滅測(cè)定法自從1867年Goppelsroder進(jìn)行了歷史上首次的熒光分析工作，應(yīng)用鋁—桑色素配合物的熒光進(jìn)行鋁的測(cè)定以來(lái)，采用有機(jī)試劑可以測(cè)定70多種元素。第五十一頁(yè)，共七十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日催化熒光測(cè)定法較常測(cè)定的元素有：Cr、Nb、U、Te、Pb某些元素雖然與有機(jī)試劑形成發(fā)熒光的配合物，但是反應(yīng)速度慢，在某些微量元素的催化下，反應(yīng)速度會(huì)加快，在特定的時(shí)間內(nèi)可用來(lái)測(cè)定微量元素。低溫?zé)晒鉁y(cè)定法常測(cè)定的元素有：Cu、Be、Fe、Co、Os、Ag、Au、Zn、Al、Ti、V、Mn、Er、H2O2、CN某些微量元素存在，會(huì)催化發(fā)熒光的配合物產(chǎn)生熒光熄滅，在特定的時(shí)間內(nèi)可用來(lái)測(cè)定微量元素。溶液溫度的降低，顯著增強(qiáng)溶液的熒光強(qiáng)度。液氮－1960C較常測(cè)定的元素有：Ce、Sm、Tb等稀土元素Sb、V、Pb、Bi、Nb、Mn固體熒光測(cè)定法固體熒光法在熒光分析中也經(jīng)常用到。第五十二頁(yè)，共七十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日芳香族化合物存在共軛的不飽和體系，是有機(jī)化合物熒光測(cè)定的主要類型。２.有機(jī)化合物待測(cè)物試劑λexmaxλemmax測(cè)定范圍ppm丙三醇苯胺紫外藍(lán)色0.1~2糠醛蒽酮4655051.5~15氨基酸氧化酶3154250.01~50維生素A無(wú)水乙醇3454900~20蛋白質(zhì)曙紅丫紫外5400.06~6腎上腺素乙二胺4205250.001~0.02青霉素α-甲氧基-６-氯-９-(β-氨乙基)-氨基氮雜蒽4205000.0625~0.625玻璃酸梅3-乙酰氧基吲哚3954700.001~0.033胍基丁胺鄰苯二醛3654700.05~5四氧嘧啶苯二胺36548510-43.生命與生物物質(zhì)第五十三頁(yè)，共七十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日紫外-可見分光光度計(jì):光源樣品池單色器檢測(cè)器數(shù)據(jù)處理儀器控制熒光(磷光)分光光度計(jì):光源樣品池激發(fā)單色器檢測(cè)器數(shù)據(jù)處理儀器控制發(fā)射單色器第五十四頁(yè)，共七十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日紫外-可見分光光度計(jì)

測(cè)量池(吸收池)熒光分光光度計(jì)樣品池I0ItI0ItIF,p第五十五頁(yè)，共七十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日7.5化學(xué)發(fā)光分析第五十六頁(yè)，共七十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日一、基本原理1.化學(xué)發(fā)光反應(yīng)

在化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中，某些化合物接受能量而被激發(fā)，從激發(fā)態(tài)返回基態(tài)時(shí)，發(fā)射出一定波長(zhǎng)的光。A+B=C+D*D*→D+h（1）能夠發(fā)光的化合物大多為有機(jī)化合物，芳香族化合物；（2）化學(xué)發(fā)光反應(yīng)多為氧化還原反應(yīng)，激發(fā)能與反應(yīng)能相當(dāng)E=170～300kJ/mol；位于可見光區(qū)；（3）發(fā)光持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，反應(yīng)持續(xù)進(jìn)行；化學(xué)發(fā)光反應(yīng)存在于生物體(螢火蟲、海洋發(fā)光生物)中，稱生物發(fā)光(bioluminescence)。第五十七頁(yè)，共七十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日2.化學(xué)發(fā)光效率化學(xué)效率：發(fā)光效率：時(shí)刻t的化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度(單位時(shí)間發(fā)射的光量子數(shù))：dc/dt分析物參加反應(yīng)的速率；第五十八頁(yè)，共七十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日3.化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度與化學(xué)發(fā)光分析的依據(jù)在化學(xué)發(fā)光分析中，被分析物相對(duì)于發(fā)光試劑小得多，對(duì)于一級(jí)動(dòng)力學(xué)反應(yīng)：dc/dt=Kc；K為反應(yīng)速率常數(shù)。定性依據(jù)：（1）在一定條件下，峰值光強(qiáng)度與被測(cè)物濃度成線性；（2）在一定條件下，曲線下面積為發(fā)光總強(qiáng)度(S)，其與被測(cè)物濃度成線性：第五十九頁(yè)，共七十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日4.化學(xué)發(fā)光反應(yīng)的類型（1）氣相化學(xué)發(fā)光反應(yīng)a.一氧化氮與O3的發(fā)光反應(yīng)

NO+O3→NO2*NO2*→NO2+h發(fā)射的光譜范圍：600～875nm，靈敏度1ng/cm-3；b.氧原子與SO2、NO、CO的發(fā)光反應(yīng)

O3

→O2+O（1000C石英管中進(jìn)行）SO2+O+O→SO2*+O2

SO2*→SO2*+h最大發(fā)射波長(zhǎng)：200nm；靈敏度1ng/cm-3；第六十頁(yè)，共七十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日

O3

→O2+O（1000C石英管中進(jìn)行）NO+O→NO2*NO2*→NO2+h發(fā)射光譜范圍：400～1400nm；靈敏度1ng/cm-3；氧原子與CO的發(fā)光反應(yīng)：

CO+O→CO2*CO2*→CO2+h發(fā)射光譜范圍：300～500nm；靈敏度1ng/cm-3；氧原子與NO的發(fā)光反應(yīng)：第六十一頁(yè)，共七十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日c.乙烯與O3的發(fā)光反應(yīng)

乙烯與O3反應(yīng)，生成激發(fā)態(tài)乙醛：

CH2O*→CH2O+h最大發(fā)射波長(zhǎng)：435nm；對(duì)O3的特效反應(yīng)；線性響應(yīng)范圍1ng/cm-3～1g/cm-3；第六十二頁(yè)，共七十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日（2）火焰中的化學(xué)發(fā)光反應(yīng)

在富氫火焰中，也存在著很強(qiáng)的化學(xué)發(fā)光反應(yīng)；a.一氧化氮

NO+H→HNO*HNO

*→HNO+h發(fā)射光譜范圍：660～770nm；最大發(fā)射波長(zhǎng)：690nm；在富氫火焰中：

NO2+2H→NO+H2O該反應(yīng)十分迅速；第六十三頁(yè)，共七十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日b.硫化物

揮發(fā)性硫化物SO2、H2S、CH3SH、CH3SCH3等在富氫火焰中燃燒，產(chǎn)生很強(qiáng)的化學(xué)發(fā)光（藍(lán)色）：

SO2+2H2→S+2H2OS+S→2S2*S2*→S2+h發(fā)射光譜范圍：350～460nm；最大發(fā)射波長(zhǎng)：394nm；靈敏度：0.2ng/cm-3；

發(fā)射光強(qiáng)度與硫化物濃度的平方成正比。第六十四頁(yè)，共七十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日（3）液相中的化學(xué)發(fā)光反應(yīng)機(jī)理研究較多，在分析中應(yīng)用最多；可測(cè)痕量的H2O2、Cu、Mn、Co、V、Fe、Cr、Ce、Hg、Th等。應(yīng)用最多的發(fā)光試劑：魯米諾（3-氨基苯二甲酰肼）；化學(xué)發(fā)光反應(yīng)效率：0.15～0.05；魯米諾在堿性溶液中與雙氧水的反應(yīng)過(guò)程：該發(fā)光反應(yīng)速度慢，某些金屬離子可催化反應(yīng)；利用這一現(xiàn)象可測(cè)定這些金屬離子。第六十五頁(yè)，共七十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日5.化學(xué)與生物發(fā)光分析的應(yīng)用（1）該發(fā)光反應(yīng)速度慢，某些金屬離子可催化反應(yīng)；利用這一現(xiàn)象可間接測(cè)定這些金屬離子?？蓽y(cè)痕量的Cu2+、Mn2+、Co2+、V4+、Fe2+、Fe3+、Ni2+、Ag+、Au3+、Hg2+等（2）可檢測(cè)低至10-9mol/L的H2O2；（3）間接測(cè)定某些生物試樣氨基酸+O2

酮酸+NH3+H2O2氨基酸氧化酶葡萄糖+O2+H2O葡萄糖酸+H2O2通過(guò)測(cè)定生成的H2O2，確定氨基酸、葡萄糖含量。葡萄糖氧化酶第六十六頁(yè)，共七十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日

草酸二酯(能量提供體)+高濃度雙氧水+稠環(huán)芳烴(能量接受體)+金屬離子+溶劑組成的反應(yīng)體系，可發(fā)出很強(qiáng)的可見光，發(fā)光效率高，使用不同的稠環(huán)芳烴，發(fā)射出不同顏色的光(冷光源)。第六十七頁(yè)，