激发光谱与荧光磷光光谱
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gaussian中用tddft计算激发态和吸收、荧光、磷光光谱的方法
gaussian中用tddft计算激发态和吸收、荧光、磷光光谱的方法tddft方法是一种用于计算分子激发态和吸收、荧光、磷光光谱的计算方法。
在这种方法中，密度泛函理论（DFT）和时间相关密度泛函理论（TDDFT）被结合使用，可以精确地描述分子的激发态和光学性质。
tddft方法是一种在量子化学和分子物理领域中被广泛应用的分子结构和光电性质的计算方法。
它可以以较低的计算成本来预测并解释分子和材料的一系列光学性质，如吸收光谱、荧光光谱和磷光光谱，因此在材料科学、光电子学和生物化学等领域有着重要的应用价值。
在计算激发态和光谱性质的过程中，tddft方法的基本思路是通过计算电子的能级和波函数来获取分子在激发态下的结构和光学性质。
在DFT方法的基础上，TDDFT方法引入了时间相关的处理，通过求解相关的方程来描述分子在外部激发下的响应。
计算得到的激发态波函数和能级可以用于进一步计算吸收、荧光和磷光光谱，通过分析这些光谱可以得到分子的激发态结构和相应的光学性质。
在使用高斯软件进行tddft计算时，需要先进行分子结构优化和能级计算，然后再进行激发态和光谱性质的计算。
在分子结构优化过程中，需要选择合适的基组与密度泛函，并通过几何构型优化计算得到最稳定的分子结构。
接着在优化后的分子结构上进行能级计算，计算得到分子的基态和激发态能级。
最后利用这些能级计算分子的吸收、荧光和磷光光谱，通过计算得到的光谱可以分析分子在不同激发态下的吸收、发射和磷光性质。
除了分子结构和能级的计算外，tddft计算中需要考虑一些其他因素。
首先是选择合适的基组函数和密度泛函，这直接影响到计算结果的准确性和可靠性。
其次是考虑溶剂化效应和环境因素对分子光学性质的影响，这可以通过在计算中加入合适的溶剂模型或者通过含时密度泛函理论的扩展来处理。
最后还需要考虑计算误差和数值稳定性的问题，这在tddft方法中尤为重要，因为激发态波函数和波函数是时间相关的，计算稳定性对于得到准确的激发态和光谱性质非常关键。
荧光和磷光解析
一、基本原理
（1）螯合物中配位体的发光
不少有机化合物虽然具有共轭双键，但由于不是刚性结构， 分子处于非同一平面，因而不发生荧光。若这些化合物和金 属离子形成螯合物，随着分子的刚性增强，平面结构的增大， 常会发生荧光。
如8-羟基喹啉本身有很弱的荧光，但 其金属螯合物具有很强的荧光
一、基本原理
（2）螯合物中金属离子的特征荧光 这类发光过程通常是螯合物首先通过配位体的跃迁激发， 接着配位体把能量转给金属离子，导致dd 跃迁和ff 跃迁， 最终发射的是d*d跃迁和f *f 跃迁光谱。
一、基本原理
单重态分子具有抗磁性，其激发态的平均寿命大约为10-8s， 而三重态分子具有顺磁性，其激发态的平均寿命为10-4 ~ 1s 以上（通常用S和T分别表示单重态和三重态）。
一、基本原理
1.2 激发态分子退激 辐射跃迁方式 无辐射跃迁方式
辐射跃迁主要涉及到荧光、延迟荧光或磷光的发射
无辐射跃迁则是指以热的形式辐射其多余的能量，包括振动弛 豫（VR）、内部转移（IR）、系间窜跃（IX）及外部转移 （EC）等
一、基本原理
（3）镜像规则
通常荧光发射光谱和它的吸收光谱呈镜像对称关系。
S2
S1 T1
S0
吸光1
吸光2
荧光3
一、基本原理
（3）镜像规则 通常荧光发射光谱和它的吸收光谱呈镜像对称关系。 吸收光谱是物质分子由基态激发至第一电子激发态的各振动能 级形成的。其形状决定于第一电子激发态中各 振动能级的分布 情况。
激发波长的选择与发射波长的判断
一、基本原理
2.3 荧光发射光谱的普遍特性： （1）Stokes位移 在溶液中，分子荧光的发射相对于吸收位移到较长的波长， 称为Stokes位移。这是由于受激分子通过振动弛豫而失去能 量，也由于溶液中溶剂分子与受激分子的碰撞，也会有能量 的损失。因此，在激发和发射之间产生了能量损失。
第十一章 分子发光―荧光、 磷光和化学发光光谱法Molecular .
已逐步形成一支在这个研究领域中的工作队伍，研究内
容2已020从/6/15经典的荧光分析方扩展到新近发展起来的新技术。
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§11－1 分子荧光和磷光光谱法
1．产生机理
在一般温度下，大多数分子处在基态的最低振动 能级。处于基态的分子吸收能量(电能、热能、化 学能或光能等到)后天激发为激发态。激发态是很 不稳定的，它得很快地释放出能量又重新跃迁回 基态。若分子返回基态时以发射的电磁辐射(即光) 的形式释放能量，就称为“发光”；如果物质的 分子吸收了光能而被激发，跃迁回基态所发射的 电磁辐射，称为荧光和磷光。现从分子结构理论 来讨论荧光和磷光的产生机理。
进入二十世纪以后，荧光现象被研究得更多了，在理论 或实验技术上都得到极大的发展。特别是随着激光、计 算机和电子学的新成就及技术的引入，大大推动了荧光 分析法在理论上及实验技术的发展，出现了许多新的理 论和新的方法。
在我国，二十世纪五十年代初期仅有极少数的分析工作
者从事荧光分析方面的研究工作。到了 下一张幻灯片
磷光也是某些物质受紫外光照射后产生的光。1944年 Lewis和Kasha提出了磷光与荧光的不同概念，指出磷光 是分子从亚稳的激发三重态跃迁回基态所发射出的光， 它有别于从激发单态跃迁回基态所发射的荧光。磷光分 析法由于其有某些特点，几十年来的理论研究及应用也 不断得到发展。
2020/6/15
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处于分子基态单重态的分子轨道上的电子，激发 时不能直接跃迁至第一激发三重态轨道上（不符 合光谱选择定则），但处于单重激发态的轨道上 的电子，可以通过体系跨越（系间窜跃），转移 到三重态轨道上；在这个过程中，处于激发态的 电子自旋发生变化，这个过程需要时间较长，故 处于三重激发态的寿命为10－4~1s；当其由三重激 发态的最低振动能级跃迁回基态时产生磷光。
第九章分子荧光光谱法Molecular-fluorescence-spectroscopy
测量荧光的仪器主要由四个部分组成：激发光源、样品 池、双单色器系统、检测器。
特殊点：有两个单色器，光源与检测器通常成直角。 基本流程如图： 单色器：选择激发光波长 的第一单色器和选择发射 光(测量)波长的第二单色 器； 光源：灯和高压汞灯，染 料激光器(可见与紫外区) 检测器：光电倍增管。
仪器框图
该型仪器可进 行荧光、磷光 的发光分析；
同步扫描技术
根据激发和发射单色器在扫描过程中彼此间所保持的 关系，同步扫描可分为固定波长差(Δλ)和固定能量差及可 变波长三种；
辐射复合发光过程：
1. 自由激子复合(X)； 2. 导带电子—中性受主复合
(e，A0)； 3. 施主—受主对复合
(D0，A0)； 4. 束缚于中性施主上的——
激子复合 (D0，X)； 5. 中性施主——价带空穴的复合(D0，h)；
中性受主、电离施主或受主上的和等电子杂质上的束缚激子复合而发 光。
3.激发光谱与发射光谱的关系
（4）取代基效应：芳环 上有供电基，使荧光增 强。
3.内滤光作用和自吸现象
内滤光作用：溶液中含有能吸收激发光或荧光物质发射 的荧光，如色胺酸中的重铬酸钾；
自吸现象：化合物的荧光发射光谱的短波长端与其吸收 光谱的长波长端重叠，产生自吸收；如蒽化合物。
4、溶液荧光的猝灭
碰撞猝灭： 氧的熄灭作用等。
四、仪器结构流程
2. 激发态分子的失活: 激发态分子不稳定，它要以辐射
或无辐射跃迁的方式回到基态。
λ1
λ2
λ2/
λ3
λ4
无辐射跃迁:
(1) 振动弛豫：激发态分子由同一电子能级中的较高振动能 级转至较低振动能级的过程，其效率较高。 (2) 内转换：相同多重态的两个电子能级间，电子由高能级 回到低能级的分子内过程。 (3) 系间窜越： 激发态分子的电子自旋发生倒转而使分子的 多重态发生变化的过程。 (3) 外转换：激发态分子与溶剂或其它溶质相互作用、能量 转换而使荧光 （或磷光）减弱甚至消失的过程。荧光强度的
特殊点：有两个单色器，光源与检测器通常成直角。 基本流程如图： 单色器：选择激发光波长 的第一单色器和选择发射 光(测量)波长的第二单色 器； 光源：灯和高压汞灯，染 料激光器(可见与紫外区) 检测器：光电倍增管。
仪器框图
该型仪器可进 行荧光、磷光 的发光分析；
同步扫描技术
根据激发和发射单色器在扫描过程中彼此间所保持的 关系，同步扫描可分为固定波长差(Δλ)和固定能量差及可 变波长三种；
辐射复合发光过程：
1. 自由激子复合(X)； 2. 导带电子—中性受主复合
(e，A0)； 3. 施主—受主对复合
(D0，A0)； 4. 束缚于中性施主上的——
激子复合 (D0，X)； 5. 中性施主——价带空穴的复合(D0，h)；
中性受主、电离施主或受主上的和等电子杂质上的束缚激子复合而发 光。
3.激发光谱与发射光谱的关系
（4）取代基效应：芳环 上有供电基，使荧光增 强。
3.内滤光作用和自吸现象
内滤光作用：溶液中含有能吸收激发光或荧光物质发射 的荧光，如色胺酸中的重铬酸钾；
自吸现象：化合物的荧光发射光谱的短波长端与其吸收 光谱的长波长端重叠，产生自吸收；如蒽化合物。
4、溶液荧光的猝灭
碰撞猝灭： 氧的熄灭作用等。
四、仪器结构流程
2. 激发态分子的失活: 激发态分子不稳定，它要以辐射
或无辐射跃迁的方式回到基态。
λ1
λ2
λ2/
λ3
λ4
无辐射跃迁:
(1) 振动弛豫：激发态分子由同一电子能级中的较高振动能 级转至较低振动能级的过程，其效率较高。 (2) 内转换：相同多重态的两个电子能级间，电子由高能级 回到低能级的分子内过程。 (3) 系间窜越： 激发态分子的电子自旋发生倒转而使分子的 多重态发生变化的过程。 (3) 外转换：激发态分子与溶剂或其它溶质相互作用、能量 转换而使荧光 （或磷光）减弱甚至消失的过程。荧光强度的
分子发光分析法
1, 无辐射去激
不伴随发光现象的过程叫无辐射去激, 不伴随发光现象的过程叫无辐射去激,体 系内的多余的能量以热的形式释放
(1)内部转换(IC,Internal Conversion) 内部转换(IC, Conversion) 两个电子能级非常靠近以至其振动能级有重叠时 非常靠近以至其振动能级有重叠 当两个电子能级非常靠近以至其振动能级有重叠时, 相同的多重态之间的转换, 相同的多重态之间的转换,S2 → S1,T2-T1 (2)振动驰豫(VR,Vibrational Relaxation) 振动驰豫(VR, Relaxation) 同一电子能级中 同一电子能级中,从较高振动能级到较低振动能级 的过程.速率极大, 完成. 的过程.速率极大, 10-14 ~ 10-12s 完成.
分子发光分析法
Molecular luminescence analysis
§ 5- 1 概述
一,分子发光分析法及其分类 某些物质的分子吸收一定能量后, 某些物质的分子吸收一定能量后,电子从基态跃 迁到激发态,以光辐射的形式从激发态回到基态, 迁到激发态,以光辐射的形式从激发态回到基态, 分子发光, 这种现象称为分子发光 这种现象称为分子发光,在此基础上建立起来的 分析方法为分子发光分析法
VR S2 IC VR S1 ISC
VR:振动驰豫 : IC:内部转换 : ISC:系间窜跃 : VR T1
S0 吸光 吸光 荧光 磷光
S0
分子荧光, 图5-1 分子荧光,磷光光谱产生过程示意图
内转换 S2 S1 能 量 吸 收
内转换 振动弛豫 系间跨越
T1 发 射 荧 光
T2
外转换
发 射 磷 振动弛豫 光
620
3.激发光谱与发射光谱的关系 3.激发光谱与发射光谱的关系
激发光谱和发射光谱
激发光谱和发射光谱荧光和磷光均属于光酸发光，因此都涉用到两种辐射，即激发光(吸收)和发射光，因此也都具有两种特点光谱，即激发光谱和发射光谱。
它们是笑光和磷光定性和定量分析的大体参数及依据。
1. 激发光谱通过测量荧光(或磷光)体的发光通量(即强度)随激发光波长的转变而取得的光谱，称为激发光谱。
激发光谱的具体测绘方式，是通过扫描激发单色器，使不同波长的转变而取得的光谱，称为激发光谱。
激发光谱的具体测绘方式，是通过扫描激发单色器，使不同波长的入射光照射激发荧光(磷光)体，发出的荧光(磷光)通过固定波长的发射单色器而照射到检测器上，检测其荧光(磷光)强过，最后通过记录仪记录光强度对激发光波长的关系曲线，即为激发光谱。
通过激发光谱，选择最正确激发波长——发射荧光(磷光)强度最大的激发光波长，经常使用λex表示。
2. 发射光谱，也称荧光光谱或磷光光谱通过测量荧光(或磷光)体的发光通量(强度)随发射光波长的转变而取得的光谱，称为发射光谱。
其测绘方式，是固定激光发光的波长，扫描发射的光的波长，记录发射光强度对发射光波长的关系曲线，即为发射光谱。
通过发射光谱选择最正确的发射波长——发射荧光(磷光)强度最大的发射波长，经常使用λem表示，磷光发射波长比荧光来得长，图为萘的激发光谱及荧光和磷光的发射光谱。
3. 荧江激发光谱和发射光谱的特点★斯托克斯位移在溶液荧光光谱中，所观察到的荧光发射波长总是大于激发波长，λem>λex Stokes于1852年首次发现这种波长位移现象，故称Stokes位移。
斯托克斯位移说明了在激发与发射之间存大着一定的能量损失。
激发态分子由于振动弛豫及内都转移的无辐射跃迁而迅速衰变到S1电子态的最低振动能级，这是产生其位移的主要原因；其次，荧光发射时，激发态的分子衰变到基态的各振动能级，此时，不同振动能级也发生振动弛豫至最低振动能级，也造成能量的损失；第三，溶剂效应和激发态分子可能发生的某些反应，也会加大斯托克斯位移。
荧光光谱的原理及应用
30
2 荧光量子产率Φ
物质分子发射荧光的能力用荧光量子产率（Φ）表示：
发射荧光的分子数 发射的光子数 Φ = 激发态的分子数 =吸收的光子数
Φ与失活过程的速率常数k有关：
kf k f k i k ec k ic
凡是使荧光速率常数 kf增大而使其他失活过程（系间窜越、外转
换、内转换）的速率常数减小的因素（环境因素和结构因素）都可使
②能够使荧光物质产生吸收并发射出荧光的激发光的波长并不具 有唯一性； ③在保证激发的前提下，不同激发波长处的荧光发射光谱相同， 但荧光强度不同。 ④在进行荧光测定时，须选择激发光波长以保证荧光强度最大。
25
镜像规则
荧光发射是光吸收的逆过程。荧光发射光谱与吸收光谱有类似镜 影的关系。但当激发态的构型与基态的构型相差很大时，荧光发射 光谱将明显不同于该化合物的吸收光谱。
19
光谱图
荧光发射光谱 荧光激发光谱 磷光光谱
200
260 320 380 440 500 560 室温下菲的乙醇溶液荧（磷）光光谱
620
20
二、主要光谱参量 吸收光谱
化合物的吸收光强度与入射光波长的关系曲线 。
激发光谱
固定发射波长(一般将其固定于发射波段中感兴趣的峰位)，扫描 出的化合物的发射光强度(荧光/磷光) 与入射光波长的关系曲线。
23 2
,l 1)，产生不同吸收带，但均回到第一激发单重态的最
‘ 2
低振动能级再跃迁回到基态，产生波长一定的荧光(如l
)
斯托克位移 产生斯托克位移的主要原因：
1.跃迁到激发态高振动能级的激发态分子，首先以更快的速 率发生振动弛豫（其速率在1013/s数量级），散失部分能量，
第七章 分子发光分析
22:50
如8-巯基喹啉在下列四种不同极性溶剂中的情况
溶剂 介电常数 四氯化碳 2.24 氯仿 5.2 丙酮 21.5 乙腈 38.8
荧光峰λ/nm 荧光效率
390
0.002
398
0.041
405
0.055
410
0.064
22:50
③ 溶液pH值对荧光强度的影响 不同的pH值，化合物所处状态不同，不同的 化合物或化合物的分子与其离子在电子构型上有 所不同。 对于金属离子与有机试剂形成的发光鏊合物， 一方面pH会影响鏊合物的形成，另一方面还会 影响鏊合物的组成，因而影响它们的荧光性质。 如：苯酚在酸性溶液中呈现荧光，但在碱性 溶液中，无荧光。
浓度范围为：10-5μg/ml～100μg/ml 。对于较 浓溶液，由于猝灭现象和自吸收等原因，使荧光 强度和浓度不呈线性关系,将向浓度轴偏离。
22:50
（2）影响荧光强度的因素 ① 溶剂对荧光强度的影响 一般来说，随着溶剂介电常数的增大，荧光 峰的波长越大，荧光效率也越大。 ② 温度对荧光强度的影响 温度上升使荧光强度下降。
22:50
① 碰撞猝灭 处于激发单重态的荧光分子与猝灭剂分子相碰 撞，使激发单重态的荧光分子以无辐射跃迁的方 式回到基态，产生猝灭作用。 。
② 静态猝灭（组成化合物的猝灭） 由于部分荧光物质分子与猝灭剂分子生成非荧 光的配合物而产生的。此过程往往还会引起溶液 吸收光谱的改变。
22:50
③ 氧的猝灭作用 分子由于系间的跨越跃迁，由单重态跃迁到三 重态。转入三重态的分子在常温下不发光，它们 在与其它分子的碰撞中消耗能量而使荧光猝灭。 溶液中的溶解氧对有机化合物的荧光产生猝灭 效应是由于三重态基态的氧分子和单重激发态的 荧光物质分子碰撞，形成了单重激发态的氧分子 和三重态的荧光物质分子，使荧光猝灭。
如8-巯基喹啉在下列四种不同极性溶剂中的情况
溶剂 介电常数 四氯化碳 2.24 氯仿 5.2 丙酮 21.5 乙腈 38.8
荧光峰λ/nm 荧光效率
390
0.002
398
0.041
405
0.055
410
0.064
22:50
③ 溶液pH值对荧光强度的影响 不同的pH值，化合物所处状态不同，不同的 化合物或化合物的分子与其离子在电子构型上有 所不同。 对于金属离子与有机试剂形成的发光鏊合物， 一方面pH会影响鏊合物的形成，另一方面还会 影响鏊合物的组成，因而影响它们的荧光性质。 如：苯酚在酸性溶液中呈现荧光，但在碱性 溶液中，无荧光。
浓度范围为：10-5μg/ml～100μg/ml 。对于较 浓溶液，由于猝灭现象和自吸收等原因，使荧光 强度和浓度不呈线性关系,将向浓度轴偏离。
22:50
（2）影响荧光强度的因素 ① 溶剂对荧光强度的影响 一般来说，随着溶剂介电常数的增大，荧光 峰的波长越大，荧光效率也越大。 ② 温度对荧光强度的影响 温度上升使荧光强度下降。
22:50
① 碰撞猝灭 处于激发单重态的荧光分子与猝灭剂分子相碰 撞，使激发单重态的荧光分子以无辐射跃迁的方 式回到基态，产生猝灭作用。 。
② 静态猝灭（组成化合物的猝灭） 由于部分荧光物质分子与猝灭剂分子生成非荧 光的配合物而产生的。此过程往往还会引起溶液 吸收光谱的改变。
22:50
③ 氧的猝灭作用 分子由于系间的跨越跃迁，由单重态跃迁到三 重态。转入三重态的分子在常温下不发光，它们 在与其它分子的碰撞中消耗能量而使荧光猝灭。 溶液中的溶解氧对有机化合物的荧光产生猝灭 效应是由于三重态基态的氧分子和单重激发态的 荧光物质分子碰撞，形成了单重激发态的氧分子 和三重态的荧光物质分子，使荧光猝灭。
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1.分子产生荧光必须具备的条件 Conditions （1）具有合适的结构； （2）具有一定的荧光量子产率。
荧光量子产率（）：
发射的光量子数
吸收的光量子数
荧光量子产率与激发态能量释放各过程的速率常数有关 ，如外转换过程速度快，不出现荧光发射；
2020/3/29
2.化合物的结构与荧光 Structure
12.3 分子发光分析法 Molecular luminescence analysis
12.3.1 分子荧光与磷光
Molecular fluorescence and phosphorescence
12.3.2 荧光与磷光分析法
Fluorescence and phosphorescence analysis
2020/3/29
仪 器 光 路 图
2020/3/29
仪器框图
该型仪器可进 行荧光、磷光 和发光分析；
2020/3/29
同步扫描技术 Synchronous scanning
根据激发和发射单色器在扫描过程中彼此间所保持的 关系，同步扫描可分为固定波长差()和固定能量差及可 变波长三种；
同步扫描技术可简化光谱，谱 带变窄，减少光谱重叠，提高分辨 率； 如图。
Fluorescence or phosphorescence spectrum
固定激发光波长(选 最大激发波长), 化合物 发射的荧光(或磷光强度) 与发射光波长关系曲线( 图中曲线II或III)。
2020/3/29
荧光发射光谱 荧光激发光谱
磷光光谱
200 260 320 380 440 500 560 620 室温下菲的乙醇溶液荧（磷）光光谱
2020/3/29
2020/3/29
四、影响荧光强度的因素 Influencing factors on fluorescence
影响荧光强度的外部因素 External
1.溶剂的影响 Solvent
除一般溶剂效应外，溶剂的极性、氢键、配位键的形成 都将使化合物的荧光发生变化；
2.温度的影响 Temperature
合适的可减少光谱重叠； 酪氨酸和色氨酸的荧光激发光谱相 似，发射光谱严重重叠，但 <15nm的同步光谱只显示酪氨酸 特征光谱； >60nm时，只显示色 氨酸的特征光谱，实现分别测定。
2020/3/29
三维光谱图 3-D spectrogram
可获得激发光谱与发射光谱同时变化时的荧(磷)光光谱图
2020/3/29
荧光(磷光)：光致发光，照射光波长如何选择？
1.荧光(磷光)的激发光谱曲线Excitation spectrum
固定测量波长(选最大发射波长),化合物发射的荧光(磷 光)强度与照射光波长的关系曲线 （图中曲线I ） 。
激发光谱曲线的最高处，处于激发态的分子最多，荧光 强度最大；
2020/3/29
2.荧光光谱(或磷光光谱)
基态上的 零振动能级与 第一激发态的 振动能级2之间 的跃迁几率最 大，相反跃迁 也然。
2020/3/29
荧光激发光谱
荧光发射光谱
200 250 300 350 400 450 500 nm
蒽的激发光谱和荧光光谱
2020/3/29
三、荧光的产生与分子结构的关系 Relation between fluorescence and molecular structure
12.3.3 化学发光分析法
Chemiluminescence analysis
2020/3/29
12.3.1 分子荧光与磷光
Molecular fluorescence and phosphorescence 一、激发光谱与荧光(磷光)光谱
Excitation spectrum and fluorescence spectrum
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3.激发光谱与发射光谱的关系
Relations between excitation and emission spectrum
a.Stokes位移
指激发光谱与发射光谱之间的波长差值。发射光谱的波长
比激发光谱的长，振动弛豫消耗了能量。
b.发射光谱的形状与激发波长无关
电子跃迁到不同激发态，吸收不同波长的能量(如能级图 2
荧光强度对温度变化敏感，温度增加，外转换去活的几 率增加。
3. 溶液pH Acidity
对酸碱化合物，溶液pH的影响较大，需要严格控制；
2020/3/29
内因：Internal 1.内滤光作用和自吸现象
Inner filtration and self-absorption
内滤光作用：溶液中含有能吸收激发光或荧光物质发射的荧 光，如色胺酸中的重铬酸钾；
一、仪器结构流程 Instrumentation
荧光仪主要由四个部分组成：激发光源、样品池、双单 色器系统、检测器。
特殊点：有两个单色器，光源与检测器通常成直角。 单色器：选择激发光波长 的第一单色器和选择发射 光(测量)波长的第二单色 器； 光源：灯和高压汞灯，染 料激光器(可见与紫外区) 检测器：光电倍增管。
自吸现象：化合物的荧光发射光谱的短波长端与其吸收光谱 的长波长端重叠，产生自吸收；如蒽化合物。
2020/3/29
2.溶液荧光的猝灭 Fluorescence quenching
碰撞猝灭； 氧的熄灭作用等。
2020/3/29
12.3.2 荧光与磷光分析法 Fluorescence and phosphorescence analysis
, 1)，产生不同吸收带，但均回到第一激发单重态的最 2
)。
c. 镜像规则 Mirror image role
通常荧光发射光谱与它的吸收光谱（与激发光谱形状一
样）成镜像对称关系。
2020/3/29
镜像规则的解释
基态上的各振动能级分布 与第一激发态上的各振动能级 分布类似；
（1）跃迁类型：* → 的荧光效率高，系间跨越过程的速率 常数小，有利于荧光的产生； （2）共轭效应：提高共轭度有利于增加荧光效率并产生红移 （3）刚性平面结构：可降低分子振动，减少与溶剂的相互作 用，故具有很强的荧光。如荧光素和酚酞有相似结构，荧光 素有很强的荧光，酚酞却没有。 （4）取代基效应：芳环 上有供电基，使荧光增 强。
荧光量子产率（）：
发射的光量子数
吸收的光量子数
荧光量子产率与激发态能量释放各过程的速率常数有关 ，如外转换过程速度快，不出现荧光发射；
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2.化合物的结构与荧光 Structure
12.3 分子发光分析法 Molecular luminescence analysis
12.3.1 分子荧光与磷光
Molecular fluorescence and phosphorescence
12.3.2 荧光与磷光分析法
Fluorescence and phosphorescence analysis
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仪 器 光 路 图
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仪器框图
该型仪器可进 行荧光、磷光 和发光分析；
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同步扫描技术 Synchronous scanning
根据激发和发射单色器在扫描过程中彼此间所保持的 关系，同步扫描可分为固定波长差()和固定能量差及可 变波长三种；
同步扫描技术可简化光谱，谱 带变窄，减少光谱重叠，提高分辨 率； 如图。
Fluorescence or phosphorescence spectrum
固定激发光波长(选 最大激发波长), 化合物 发射的荧光(或磷光强度) 与发射光波长关系曲线( 图中曲线II或III)。
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荧光发射光谱 荧光激发光谱
磷光光谱
200 260 320 380 440 500 560 620 室温下菲的乙醇溶液荧（磷）光光谱
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四、影响荧光强度的因素 Influencing factors on fluorescence
影响荧光强度的外部因素 External
1.溶剂的影响 Solvent
除一般溶剂效应外，溶剂的极性、氢键、配位键的形成 都将使化合物的荧光发生变化；
2.温度的影响 Temperature
合适的可减少光谱重叠； 酪氨酸和色氨酸的荧光激发光谱相 似，发射光谱严重重叠，但 <15nm的同步光谱只显示酪氨酸 特征光谱； >60nm时，只显示色 氨酸的特征光谱，实现分别测定。
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三维光谱图 3-D spectrogram
可获得激发光谱与发射光谱同时变化时的荧(磷)光光谱图
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荧光(磷光)：光致发光，照射光波长如何选择？
1.荧光(磷光)的激发光谱曲线Excitation spectrum
固定测量波长(选最大发射波长),化合物发射的荧光(磷 光)强度与照射光波长的关系曲线 （图中曲线I ） 。
激发光谱曲线的最高处，处于激发态的分子最多，荧光 强度最大；
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2.荧光光谱(或磷光光谱)
基态上的 零振动能级与 第一激发态的 振动能级2之间 的跃迁几率最 大，相反跃迁 也然。
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荧光激发光谱
荧光发射光谱
200 250 300 350 400 450 500 nm
蒽的激发光谱和荧光光谱
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三、荧光的产生与分子结构的关系 Relation between fluorescence and molecular structure
12.3.3 化学发光分析法
Chemiluminescence analysis
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12.3.1 分子荧光与磷光
Molecular fluorescence and phosphorescence 一、激发光谱与荧光(磷光)光谱
Excitation spectrum and fluorescence spectrum
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3.激发光谱与发射光谱的关系
Relations between excitation and emission spectrum
a.Stokes位移
指激发光谱与发射光谱之间的波长差值。发射光谱的波长
比激发光谱的长，振动弛豫消耗了能量。
b.发射光谱的形状与激发波长无关
电子跃迁到不同激发态，吸收不同波长的能量(如能级图 2
荧光强度对温度变化敏感，温度增加，外转换去活的几 率增加。
3. 溶液pH Acidity
对酸碱化合物，溶液pH的影响较大，需要严格控制；
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内因：Internal 1.内滤光作用和自吸现象
Inner filtration and self-absorption
内滤光作用：溶液中含有能吸收激发光或荧光物质发射的荧 光，如色胺酸中的重铬酸钾；
一、仪器结构流程 Instrumentation
荧光仪主要由四个部分组成：激发光源、样品池、双单 色器系统、检测器。
特殊点：有两个单色器，光源与检测器通常成直角。 单色器：选择激发光波长 的第一单色器和选择发射 光(测量)波长的第二单色 器； 光源：灯和高压汞灯，染 料激光器(可见与紫外区) 检测器：光电倍增管。
自吸现象：化合物的荧光发射光谱的短波长端与其吸收光谱 的长波长端重叠，产生自吸收；如蒽化合物。
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2.溶液荧光的猝灭 Fluorescence quenching
碰撞猝灭； 氧的熄灭作用等。
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12.3.2 荧光与磷光分析法 Fluorescence and phosphorescence analysis
, 1)，产生不同吸收带，但均回到第一激发单重态的最 2
)。
c. 镜像规则 Mirror image role
通常荧光发射光谱与它的吸收光谱（与激发光谱形状一
样）成镜像对称关系。
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镜像规则的解释
基态上的各振动能级分布 与第一激发态上的各振动能级 分布类似；
（1）跃迁类型：* → 的荧光效率高，系间跨越过程的速率 常数小，有利于荧光的产生； （2）共轭效应：提高共轭度有利于增加荧光效率并产生红移 （3）刚性平面结构：可降低分子振动，减少与溶剂的相互作 用，故具有很强的荧光。如荧光素和酚酞有相似结构，荧光 素有很强的荧光，酚酞却没有。 （4）取代基效应：芳环 上有供电基，使荧光增 强。