《分析化学》课程教学资源（PPT课件）第十二章 荧光分析法 fluorescence analysis

第十二章荧光分析法fluorescenceanalysis第一节基本原理

第十二章 荧光分析法 第一节 基本原理 fluorescence analysis

【基本内容】本章内容包括荧光及其产生，激发光谱和发射光谱及其特征；荧光与分子结构的关系，影响荧光强度的因素；荧光强度与物质浓度的关系，定量分析方法；荧光分光光度计：其他荧光分析技术简介【基本要求】掌握分子荧光的发生过程，激发光谱和发射光谱，荧光光谱的特征，分子结构与荧光的关系；影响荧光强度的因素，荧光定量分析方法熟悉分子从激发态返回基态的各种途径，荧光寿命与荧光效率了解荧光分光光度计与其他荧光分析技术

【基本内容】 本章内容包括荧光及其产生，激发光谱和发射光谱及 其特征；荧光与分子结构的关系，影响荧光强度的因素； 荧光强度与物质浓度的关系，定量分析方法；荧光分光光 度计；其他荧光分析技术简介。 【基本要求】 掌握分子荧光的发生过程，激发光谱和发射光谱，荧 光光谱的特征，分子结构与荧光的关系；影响荧光强度的 因素，荧光定量分析方法。 熟悉分子从激发态返回基态的各种途径，荧光寿命与 荧光效率。 了解荧光分光光度计与其他荧光分析技术

一、分子荧光与磷光产生过程luminescenceprocess of molecularfluorescencephosphorescence二、激发光谱与荧光光谱excitation spectrum and fluore-scence spectrum三、荧光的产生与分子结构关系relation between fluorescence and molecularstructure·四、影响荧光强度的因素factorinfluencedfluorescence

❖一、分子荧光与磷光产生过程 luminescence process of molecular fluorescence phosphorescence ❖二、激发光谱与荧光光谱 excitation spectrum and fluore-scence spectrum ❖三、荧光的产生与分子结构关系 relation between fluorescence and molecular structure ❖四、影响荧光强度的因素 factor influenced fluorescence

光致发光：有些物质受到光照射时，除吸收某种波长的光之外还会发射出比原来所吸收光的波长更长的光荧光（fluorescence)：物质分子接受光子能量被激发后，从激发态的最低振动能级返回基态时发射出的光。分子荧光光谱法(Molecularfluorescence spectroscopy）又称为荧光光谱法或荧光分析法，是以物质所发射的荧光强度与浓度之间的线性关系为依据进行的定量分析，以荧光光谱的形状和荧光峰对应的波长进行的定性分析。优点：灵敏度高，选择性好，检测限10-10~10-12g/ml

光致发光：有些物质受到光照射时，除吸收某种波长的光 之外还会发射出比原来所吸收光的波长更长的光。 荧光（fluorescence):物质分子接受光子能量被激发后，从激 发态的最低振动能级返回基态时发射出的光。 分子荧光光谱法(Molecular fluorescence spectroscopy )又称为 荧光光谱法或荧光分析法，是以物质所发射的荧光强度与 浓度之间的线性关系为依据进行的定量分析，以荧光光谱 的形状和荧光峰对应的波长进行的定性分析。 优点：灵敏度高，选择性好，检测限10-10~10-12g/ml

荧光与磷光的单重态能级luminescenceproSnfluorescence phos三重态能级S紫外1. 分子能级与跃迁S吸收T2振动能级T分子能级比原子能级复杂可见吸收T在每个电子能级上，都存荧光磷光用S.表示基态；E第一、第二、．….电子激第一、第二、….电子激发1转动国2O能级力V=0,1.2,3表示振动能级So(6)0820G双原子分子的能级图

一、荧光与磷光的产生过程 luminescence process of molecular fluorescence phosphorescence 1. 分子能级与跃迁 分子能级比原子能级复杂； 在每个电子能级上，都存在一系列的振动、转动能级； 用S0表示基态； 第一、第二、.电子激发单重态 S1 、S2. 表示； 第一、第二、.电子激发三重态 T1 、 T2 . 表示； V=0,1,2,3表示振动能级

2.电子激发态的多重性电子激发态的多重性：M-2s+1S为电子自旋量子数的代数和(O或1）；单重态S、三重态T平行自旋比成对自旋稳定（洪特规则），三重态能级比相应单重态能级低大多数有机分子的基态处于单重态；激发态基态基态激发单重态激发三重态T电子自旋状态

2.电子激发态的多重性 电子激发态的多重性：M=2s+1 S为电子自旋量子数的代数和(0或1)；单重态S、三重态T 平行自旋比成对自旋稳定(洪特规则)，三重态能级比相应单 重态能级低； 大多数有机分子的基态处于单重态；

允许跃迁激发三重态，T单重态基态，S。激发单重态，SS=+1/2+1/2=1S=+1/2-1/2=0S=+1/2-1/2=0M=2S+1=3M=2S+1-1M=2S+1-1禁戒跃迁可见：1）单、三重态电子自旋方向不同，且激发三重态能级较低2三重态的寿命更长

3.激发态一基态的能量传递途径电子处于激发态是不稳定状态，返回基态时，通过辐射跃迁（发光）和无辐射跃迁等方式失去能量；传递途径辐射跃迁无辐射跃迁荧光延迟荧光磷光体系间跨越内转移外转移振动弛豫激发态停留时间短、返回速度快的途径，发生的几率大发光强度相对大；荧光：10-7～10-9s,第一激发单重态的最低振动能级→基态；磷光：10-4～10s；第一激发三重态的最低振动能级一→基态

3.激发态→基态的能量传递途径 电子处于激发态是不稳定状态，返回基态时，通过辐射跃 迁(发光)和无辐射跃迁等方式失去能量； 传递途径 辐射跃迁 荧光 延迟荧光 磷光 体系间跨越 内转移 外转移 振动弛豫 无辐射跃迁 激发态停留时间短、返回速度快的途径，发生的几率大， 发光强度相对大； 荧光：10-7～10 -9 s,第一激发单重态的最低振动能级→基态； 磷光：10-4～10s；第一激发三重态的最低振动能级→基态；

内转换内转换振动弛豫体系间跨越S2ST2T能量发射荧光发射磷光，外转换吸收振动弛豫6SoSSS21122223

S2 S1 S0 T1 吸 收 发 射 荧 光 发 射 磷 光 体系间跨越 内转换 振动弛豫 能 量 l l 1 2 l 3 外转换 l  2 T2 内转换 振动弛豫

非辐射能量传递过程振动豫：同一电子能级内以热能量交换形式由高振动能级至低相邻振动能级间的跃迁。发生振动弛豫的时间10-12 s。内转换：两个电子激发态之间的能量相差较小以致其振动能级有重叠，受激分子常由高电子能级以无辐射方式转移至低电子能级的过程。外转换：激发分子与溶剂或其他分子之间产生相互作用而转移能量的非辐射跃迁；常发生在S1、T的最低振动能级向基态转换的过程中。外转换使荧光或磷光减弱或“猝灭”体系间跨越：不同多重态，有重叠的转动能级间的非辐射跃迁改变电子自旋，禁阻跃迁，通过自旋一轨道耦合进行

非辐射能量传递过程 振动弛豫：同一电子能级内以热能量交换形式由高振动能级至 低相邻振动能级间的跃迁。发生振动弛豫的时间10-12 s。 内转换：两个电子激发态之间的能量相差较小以致其振动能级 有重叠，受激分子常由高电子能级以无辐射方式转移至低电子 能级的过程。 外转换：激发分子与溶剂或其他分子之间产生相互作用而转移 能量的非辐射跃迁；常发生在S1、T1的最低振动能级向基态转 换的过程中。外转换使荧光或磷光减弱或“猝灭”。 体系间跨越：不同多重态,有重叠的转动能级间的非辐射跃迁。 改变电子自旋，禁阻跃迁，通过自旋—轨道耦合进行