石河子大学：《仪器分析》课程PPT教学课件（药学仪器分析化学）分子荧光

第一节分子荧光的基本原理 、 电子自旋状态的多重性 【基本概念】 保里不相容原理 总自旋量子数S=+s20或1元 基态 激发单重态 激发三重态T 激发多重度M=2S+1 电子自旋状态十 基态单重态S。(M=1) 激发单重态S1,S2,S3(M=1) 激发三重态T1,T2,T3.(M=3)

一 、电子自旋状态的多重性 【基本概念】 保里不相容原理 总自旋量子数S=s1+s2=0或1 激发多重度M=2S+1 基态单重态S0（M=1） 激发单重态S1 ， S2 ， S3.(M=1) 激发三重态T1，T2，T3.(M=3) 第一节 分子荧光的基本原理

第一节分子荧光的基本原理 电子自旋状态的多重性 【特点】 激发单重态（S1、S2.)在磁场中不发生能级分裂，抗磁性 激发三重态（T1、T2.)在磁场中发生能级分裂，顺磁性 相同多重态跃迁，容易，允许 不同多重态跃迁，很难，禁阻 激发三重态的能量比相应的激发单重态的能量稍低 激发单重态的平均寿命短，激发三重态平均寿命长

一 、电子自旋状态的多重性 【特点】 激发单重态（S1、 S2 .）在磁场中不发生能级分裂，抗磁性 激发三重态（T1、 T2 .）在磁场中发生能级分裂，顺磁性 相同多重态跃迁，容易，允许 不同多重态跃迁，很难，禁阻 激发三重态的能量比相应的激发单重态的能量稍低 激发单重态的平均寿命短，激发三重态平均寿命长 第一节 分子荧光的基本原理

第一节分子荧光的基本原理 二、分子吸收和发射过程的能级图 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 磷光 系间跨越 内转移 外转移 振动弛豫 荧光：第一激发单重态的最低振动能级→基态； 磷光：第一激发三重态的最低振动能级→基态

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 磷光 系间跨越 内转移 外转移 振动弛豫 无辐射跃迁 荧光：第一激发单重态的最低振动能级→基态； 磷光：第一激发三重态的最低振动能级→基态； 第一节 分子荧光的基本原理 二、分子吸收和发射过程的能级图

内转移 振动弛豫 内转 系间跨越 S 能量 T T 股 发射荧光 外转换 发射 磷 振动弛豫 So GO 21 九2 入3

S2 S1 S0 T1 吸 收 发 射 荧 光 发 射 磷 光 系间跨越 内转移 振动弛豫 能 量 l l 1 2 l 4 外转换 l 3 T2 内转移 振动弛豫

第一节分子荧光的基本原理 三、无辐射跃迁类型 振动弛豫：分子有由较高振动能级向同一电子能级的低振动 能级间的无辐射跃迁，以热能形式向溶剂释放 内转移：同一多重态的不同电子能级间的无辐射跃迁，以 热能形式向溶剂释放 体系间跨越：不同多重态的无辐射跃迁，振动能级重叠 外转换：与溶剂或其他分子之间产生相互碰撞，以热能的形式 释放能量回到基态 熄灭或猝灭效应一外转换会使分子发光（荧光或磷光发射） 减弱或消失

振动弛豫：分子有由较高振动能级向同一电子能级的低振动 能级间的无辐射跃迁，以热能形式向溶剂释放 内转移：同一多重态的不同电子能级间的无辐射跃迁，以 热能形式向溶剂释放 体系间跨越：不同多重态的无辐射跃迁, 振动能级重叠 外转换：与溶剂或其他分子之间产生相互碰撞，以热能的形式 释放能量回到基态 熄灭或猝灭效应——外转换会使分子发光（荧光或磷光发射） 减弱或消失。 第一节 分子荧光的基本原理 三、无辐射跃迁类型

第一节分子荧光的基本原理 四、辐射跃迁类型 荧光发射：电子由第一激发单重态的最低振动能级→基态 (多为S→S,跃迁)； 荧光发射波长总比吸收波长要长 磷光发射：电子由第一激发三重态的最低振动能级→基态 (T→S跃迁)； 电子由S0进入T的可能过程： （S,→T禁阻跃迁) S→激发→振动弛豫→内转移→系间跨越→振动弛豫→1 磷光发射波长总比荧光发射波长及分子吸收波长要长

荧光发射：电子由第一激发单重态的最低振动能级→基态 （多为 S1→ S0跃迁）； 荧光发射波长总比吸收波长要长 磷光发射：电子由第一激发三重态的最低振动能级→基态 （T1 → S0跃迁）； 电子由S0进入T1的可能过程： （ S0 → T1禁阻跃迁） S0 →激发→振动弛豫→内转移→系间跨越→振动弛豫→ T1 磷光发射波长总比荧光发射波长及分子吸收波长要长 四、辐射跃迁类型 第一节 分子荧光的基本原理

第一节分子荧光的基本原理 四、辐射跃迁类型 ☑荧光和磷光的主要区别 发光机制 实验现象 荧光单重态→单重态 激发光停止照射→荧光立 即消失 磷光 三重态→单重态 激发光停止照射→磷光仍 将延续一段时间

荧光和磷光的主要区别 发光机制 实验现象 荧光 磷光 单重态→单重态 激发光停止照射→荧光立 即消失 三重态→单重态 激发光停止照射→磷光仍 将延续一段时间 第一节 分子荧光的基本原理 四、辐射跃迁类型

第二节影贞响分子荧光的因素 分子产生荧光必须具备的条件 (1)对紫外可见光有强的吸收； (2)具有一定的荧光效率（荧光量子产率），即无辐射跃迁 几率小，辐射跃迁几率大。 荧光效率或荧光量子产率（φ）：表示分子产生荧光的能力 发射荧光的分子数 Or=- Pr= 被激发分子总数 k+∑k 发射光量子数 k一荧光发射过程的速率常数 Os- 吸收光量了数∑k一各种无辐射过程的速率常数的总和 影响因素主要与物质的结构和分子在溶液中的化学环境有关

分子产生荧光必须具备的条件 （1）对紫外-可见光有强的吸收； （2）具有一定的荧光效率（荧光量子产率），即无辐射跃迁 几率小，辐射跃迁几率大。 荧光效率或荧光量子产率（）：表示分子产生荧光的能力 第二节 影响分子荧光的因素 影响因素主要与物质的结构和分子在溶液中的化学环境有关 被激发分子总数 发射荧光的分子数 φf = = + = n i 1 f i f f k k k φ 吸收光量子数 发射光量子数 φf = kf —荧光发射过程的速率常数 ∑ki—各种无辐射过程的速率常数的总和

第二节影响分子荧光的因素 1.荧光与化合物结构的关系 (1)跃迁类型：大多数荧光化合物都是由π→元*或→元* 跃迁所致的激发态去激发后，发生π*→π或元*→跃迁而产生 的，其中π*→π跃迁的量子效率高。 【解释】 兀→兀*：8max>l04,跃迁几率大 跃迁寿命短（107~109)，非荧光过程的几率小 π*→元： △Eπ*大，系间跨越过程的速率常数小，有利于荧 光的产生； 元*→π跃迁是产生分子荧光的主要跃迁类型

（1）跃迁类型：大多数荧光化合物都是由 →  *或n→ * 跃迁所致的激发态去激发后，发生 * → 或* → n跃迁而产生 的，其中*→ 跃迁的量子效率高。 【解释】 →  *：εmax >104 , 跃迁几率大 跃迁寿命短（10-7~10-9），非荧光过程的几率小 *→ ：△Eπ→π*大，系间跨越过程的速率常数小，有利于荧 光的产生； * → 跃迁是产生分子荧光的主要跃迁类型 第二节 影响分子荧光的因素 1.荧光与化合物结构的关系

第二节影响分子荧光的因素 1.荧光与化合物结构的关系 (2)共轭效应：提高π-π共轭度有利于增加荧光效率并产生红移 【解释】 共轭度增大，增大，有利于产生更多的激发态分子，从而有利 于荧光的产生 化合物 井四苯 并五苯 Pr 0.10 0.29 0.46 0.60 0.52 hemax (nm) 205 286 365 390 580 emas(nm) 278 321 400 480 640

（2）共轭效应：提高-共轭度有利于增加荧光效率并产生红移 【解释】 共轭度增大，ε增大，有利于产生更多的激发态分子，从而有利 于荧光的产生 化合物 λex max (nm) 205 286 365 390 580 λem max (nm) 278 321 400 480 640 f 0.10 0.29 0.46 0.60 0.52 苯 萘 蒽 并 四 苯 并 五 苯 第二节 影响分子荧光的因素 1.荧光与化合物结构的关系