厦门大学：《仪器分析》课程教学课件（PPT讲稿）第十二章 分子荧光 Fluorescence、分子磷光 Phosphorescence

仪器分析（含实验） 《仪器分析》课程 第十二章 穷子发光一光、磷光 Chapter Twelve 分子荧光：Fluorescence 分子磷光：Phosphorescence

《仪器分析》课程 仪器分析(含实验) 第十二章 Chapter Twelve 分子荧光:Fluorescence 分子磷光:Phosphorescence

§12.1分子发光的基本原理 ?第一次记录荧光现象的是16世纪西班牙的内科医生和植物学家 N.Monardes,1575年他提到在含有一种称为“Lignum Nephriticum”的木头切片的水溶液中，呈现了极为可爱的天蓝 色。 直到1852年，Stokes在考察奎宁和叶绿素的荧光时，用分光光 度计观察到其荧光的波长比入射光的波长稍微长些，才判断这 种现象是这些物质在吸收光能后重新发射不同波长的光，而不 是由光的漫射作用所引起的，从而导入了荧光是光发射的概念， 他还由发荧光的矿石“萤石”推演而提出“荧光”这一术语。 1867年，Goppelsroderi进行了历史上首次的荧光分析工作， 应用铝一桑色素配合物的荧光进行铝的测定。 19世纪以前，荧光的观察是靠肉眼进行的，直到1928年，才由 Jette和West提出了第一台荧光计

§12.1 分子发光的基本原理 ❖第一次记录荧光现象的是16世纪西班牙的内科医生和植物学家 N.Monardes ， 1575 年 他 提 到 在 含 有 一 种 称 为 “ Lignum Nephriticum”的木头切片的水溶液中，呈现了极为可爱的天蓝 色。 ❖直到1852年，Stokes在考察奎宁和叶绿素的荧光时，用分光光 度计观察到其荧光的波长比入射光的波长稍微长些，才判断这 种现象是这些物质在吸收光能后重新发射不同波长的光，而不 是由光的漫射作用所引起的，从而导入了荧光是光发射的概念， 他还由发荧光的矿石“萤石”推演而提出“荧光”这一术语。 ❖1867年，Goppelsroder进行了历史上首次的荧光分析工作， 应用铝—桑色素配合物的荧光进行铝的测定。 ❖19世纪以前，荧光的观察是靠肉眼进行的，直到1928年，才由 Jette和West提出了第一台荧光计

一.分子荧光与磷光的产生 1.单重态与三重态 2.分子的活化与去活化 3.分子发光的类型 光致发光 化学发光生物发光 按激发的模式分类：分子发光 热致发光 场致发光 摩擦发光 按分子激发态的类型分类： 荧光 瞬时荧光 分子发光 迟滞荧光 按光子能量分类： 磷光 斯托克斯荧光(Stokes): 荧光 反斯托克斯荧光(Antistokes):ex>em 共振荧光(Resonance): Aex=Aem

一. 分子荧光与磷光的产生 1. 单重态与三重态 2. 分子的活化与去活化 3.分子发光的类型 按激发的模式分类： 按分子激发态的类型分类： 光致发光 化学发光/生物发光 热致发光 场致发光 摩擦发光 分子发光 分子发光 荧光 磷光 瞬时荧光 迟滞荧光 按光子能量分类： 斯托克斯荧光(Stokes)： λex λem 共振荧光(Resonance)： λex = λem 荧光

分子的活化与去活化 反系间 1.辐射跃迁的类型 振动弛豫 内转移 窜跃 共振荧光：1012sec 荧光 荧 光：10-8sec 光：1~104sec 迟滞荧光：102-104sec 紫外可见吸收光谱 2.无辐射跃迁的类型 振动弛豫：V,1012sec 外转移：无辐射跃迁 迟滞荧光 回到基态 内转移：S2S1能级 紫外可见共振荧光光谱 光 之间有重叠 系间窜跃：S2T1能级 之间有重叠 反系间窜跃：由外部获 取能量后 外转移 T1~S2

分子的活化与去活化 S0 S1 T1 S2 紫 外 可 见 吸 收 光 谱 外转移 紫 外 可 见 共 振 荧 光 光 谱 内转移 荧光 系间 窜跃 磷 光 反系间 窜跃 迟 滞 荧 光 振动弛豫 ２. 无辐射跃迁的类型 振动弛豫: Vr 10-12sec 外 转 移:无辐射跃迁 回到基态 内 转 移:S2~S1能级 之间有重叠 系间窜跃: S2~T1能级 之间有重叠 反系间窜跃:由外部获 取能量后 T1 ~ S2 １. 辐射跃迁的类型 共振荧光：10-12 sec 荧 光：10-8 sec 磷 光：1~10-4 sec 迟滞荧光:102~10-4 sec

二.分子荧光（磷光）光谱 1.荧光（磷光）激发光谱与发射光谱 荧光（磷光）均为光致发光，在光辐射的作用下，荧光物质发射出不 同波长的荧光。 M+∑hy:→X i-I F4800E 固定2em=620nm(MAX) A.激发光谱 4400 4000 固定发射波长 3600 扫描激发波长 3200E ex =290nm (MAX) 2800 2400 荧光激发光谱与 2000 紫外可见吸收光 1600 谱类似 1200 800 400 04 中中屮中中中 200250300350400450500550600650700750800850900

二. 分子荧光(磷光)光谱 1. 荧光(磷光)激发光谱与发射光谱 荧光(磷光)均为光致发光，在光辐射的作用下，荧光物质发射出不 同波长的荧光。 A. 激发光谱 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 0 400 800 1200 1600 2000 2400 2800 3200 3600 4000 4400 4800 I F  固定 em=620nm(MAX)  ex =290nm (MAX) 固定发射波长 扫描激发波长 MX  MX* + = n i 1 hvi  =  + n j 1 MX MX hv j * 荧光激发光谱与 紫外-可见吸收光 谱类似

B.发射光谱（荧光光谱） 固定激发波长扫描发射波长 发射光谱的形状与激发波长无关： 分子的激发光谱可能含有几个激发带，但发射光谱只含一个发射带； 即使分子被激发到高于S的电子态，由于经过极快的内转换和振动弛豫降 到S电子态的最低振动、转动能级，然后以辐射形式释放能量回到基态。 C.激发光谱与发射 F48o0固定em=620nm(MAX)T固定ex=290nm(MAX) 44001 光谱的镜像关系 14 4000 3600 3200 2800 2400 2000 1600 1200 800 400 01 200250 300350400450500550600650700750800850900 Lex=290nm (MAX) Zem=620nm(MAX)

200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 0 400 800 1200 1600 2000 2400 2800 3200 3600 4000 4400 4800 I F   ex =290nm (MAX) 固定 em=620nm(MAX) 固定 ex=290nm (MAX)  em = 620nm(MAX) B. 发射光谱(荧光光谱) 固定激发波长 扫描发射波长 C. 激发光谱与发射 光谱的镜像关系 S0 4 3 2 1 S1 4 3 2 1 发射光谱的形状与激发波长无关： 分子的激发光谱可能含有几个激发带，但发射光谱只含一个发射带； 即使分子被激发到高于S1的电子态，由于经过极快的内转换和振动弛豫降 到S1电子态的最低振动、转动能级，然后以辐射形式释放能量回到基态。 1→ 4 1→ 3 1→ 2 1→1 1 → 4 1 → 4 1 → 2 1 → 1

D.磷光光谱 与发射光谱相同条件下的磷光光谱 F4800 4400 激发光谱 4000 3600 3200 发射光谱 2800 2400 2000 1600 1200 800 400 200250300350400450500550600650700750800850900

200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 0 400 800 1200 1600 2000 2400 2800 3200 3600 4000 4400 4800 I F  D.磷光光谱 与发射光谱相同条件下的磷光光谱 激发光谱 发射光谱

2. 三维荧光光谱 Irf(入ox、入em） 固定发射波长、扫描激发波长 retiterynyonnepmmm. 风新超强指期当语功瑞业 EM nm 蒽的激发光谱

2. 三维荧光光谱 I F ∝f (λex 、λem) 蒽的激发光谱 固定发射波长、扫描激发波长

Ircf(ex、入em) 固定激发波长、扫描发射波长 EX 4 EM (n 蒽的发射光谱

I F ∝f (λex 、λem) 蒽的发射光谱 固定激发波长、扫描发射波长

蒽的三维等高线光谱图 mmmmma 新器强动物期传的中功国场品切初超 EX nm EM nm

蒽的三维等高线光谱图