分子发光分析..
分子发光分析法
3.检测器 3.检测器
荧光计采用光电管作检测器 荧光分光光度计采用光电倍增管作检测器 电感耦合器件（charge couple device, CCD)
四、荧光分析方法与应用
1. 特点： 特点： （1）灵敏度高 比紫外-可见分光光度法高2～4个数量级
？
光度法 A = lg I0/I = KC 荧光法 I= KC
(c) 刚性平面结构：可减少分子振动，减少与溶剂的相互作用 刚性平面结构：
(d) 取代基效应 取代基效应：给电子取代基使荧光增强；吸电子取代基使荧光减弱 如苯胺和苯酚荧光较强，而硝基苯为非荧光物质 （e）重原子效应 ）重原子效应：卤素取代基随原子序数的增加，荧光减弱，而磷光增强
（3)荧光螯合物 荧光螯合物
I p = 2 . 3ϕ p I o c
式中：Ip 为磷光效率，Io 为激发光的强度人为磷光物质的摩尔吸收系数，b为 试样池的光程。在一定的条件下，ϕ 、I p、 、b均为常数，因此上式可写成： κ
I p = Kc
根据上式可以用磷光强度对磷光物质浓度制作定量分析的标准曲线
2. 温度对磷光强度的影响：随着温度的降低，磷光逐渐增强 温度对磷光强度的影响： 3.重原子效应： 3.重原子效应：重原子的高核电荷使磷光分子的电子能级交错，容易引 重原子效应 起或增强磷光分子的自旋轨道偶合作用，从而使S 起或增强磷光分子的自旋轨道偶合作用，从而使S1→ T1的体系间窜跃 概率增大，有利于增大磷光效率。 4.室温磷光 4.室温磷光 （1）固体基质：在室温下以固体基质吸附磷光体，增加分子刚性、减少三重 态猝灭等非辐射跃迁，从而提高磷光量子效率。 （2）胶束增稳：利用表面活性剂在临界浓度形成具多相性的胶束，改变磷光 体的微环境、增加定向约束力，从而减小内转换和碰撞等去活化的几率，提 高三重态的稳定性。 （3）敏化磷光: 激发三重态将能量转移于另一易发磷光的受体，让其法磷光
分子发光分析法
只有在极稀的溶液中，当 b c <0.02时才成立，对于浓度较 高的溶液，由于自猝灭和自吸收等原因，使荧光强度和荧光 物质浓度不呈线性关系。
3 .荧光的产生与分子结构的关系
• 分子产生荧光必须具备两个条件： • 物质分子必须具有能吸收一定频率紫外可见辐射
的特征结构，分子必须具有吸光的结构 • 吸光后被激发的分子还必须具有高的荧光量子产
荧光发射光谱 荧光激发光谱
磷光光谱
200 260 320
380 440醇溶液荧（磷）光光谱
7-1 概述
• 分子发光分析法包括荧光分析法、磷光分析法和化学发光 分析法。这三种都是通过测量被激发的分子回到基态时所 发射的光辐射来进行分析的，不同之处在于光谱产生的机 制。
荧光强度 If正比于吸收的光量Ia和荧光量子效率 ：
•
If = Ia
•
由朗-比耳定律： Ia = I0(1-10- b c )
•
If = I0(1-10- b c ) = I0(1-e-2.3 b c )
• 浓度很低时，将括号项近似处理后：
•
If = 2.3 I0 b c = Kc
② 荧光 (或磷光)发射光谱
• 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。
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
③ 激发光谱与发射光谱的关系
（1） Stokes(斯托克斯)位移 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。 （2） 荧光光谱的形状与激发波长无关 电子跃迁到不同激发态能级，吸收不同波长的能量(如l2
第七章 分子发光分析
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。
第六章分子发光分析法
化合物 苯 萘
蒽
f 0.11 0.29
0.46
丁省
0.60
戊省
0.52
• 3）刚性结构：
• 多数具有刚性平面结构的有机分子具有强烈的荧光。
• 原因：这种结构可以减少分子的振动，使分子与溶剂或其 它溶质分子的相互作用减少，也就减少了碰撞去活的可能 性。
内转换
振动弛豫
内转换
S2
系间窜跃
S1
能 量
吸 收
发
射
荧
外转换
光
T1
T2
发 射 磷 光 振动弛豫
S0 l1
l2
l 2
l3
分子内的光物理过程
1.2 激发光谱与荧光(磷光)光谱
1.荧光(磷光)的激发光谱曲线
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 ） 。
光致发光 化学发光 生物发光
荧光 磷光
按光子能量分类： 荧光
斯托克斯荧光(Stokes)：λex<λem 反斯托克斯荧光(Antistokes)：λex>λem 共振荧光(Resonance)：λex=λem
第一节 分子发光的基本原理
• 一、 分子荧光及磷光光谱的产生 • 1.1荧光及磷光的产生
电
蒽的激发光谱和荧光光谱
二、荧光与分子结构的关系
• 1 荧光量子产率
• 分子产生荧光必须具备的条件：
• i） 分子具有与辐射频率相应的荧光结构（内因）；
• ii）吸收特征频率的光后，具一定光量子产率的荧光。
• 即荧光量子产率（荧光效率或量子效率） 足够大.
分子发光分析法与分子吸收分光光度
分子发光分析法与分子吸收分光光度
分子发光分析法和分子吸收分光光度法（MMS）是物理化学中测定物质含量和生物物质含
量的两种常用方法。
它们之间有共同点和不同之处，本文主要就这二者的原理和方法进行
介绍。
分子发光分析法（MALS）是用物质中的激发态分子把紫外线能量转换为可见光，用以表征
物质的测定方法。
该方法工作原理为紫外线照射激发态分子，激发态分子把紫外线能量转
变为可见光，然后通过光电器件检测发出的可见光，最终得出物质的测定结果。
MALS技术的优点在于检测结果准确，具有快速性，还可以检测生物样本中物质含量。
而分子吸收分光光度（MMS）是通过测量物质吸收入射光的程度，来表征物质的检测方法。
这种技术工作原理是将光源照射在样本上，样本中的物质会吸收一部分入射的紫外线，而
剩下的光经过反射和透射而到达检测器，最终通过计算获得物质的测定数值。
比较MMS和MALS，MMS技术具有更高的灵敏度，可以进行更细小物质的检测，而且不受多种物质的干扰，也可以检测生物样本中的物质含量。
总之，MALS和MMS都是通过激发态分子转换紫外线能量为可见光，然后通过光电器件检测可见光，来判断物质的含量的两种常用技术，它们的优点和特点主要是MALS检测结果准确，具有快速性，而MMS则具有更高的灵敏度，可以进行更细小物质的检测，也可以检测
生物样本中的物质含量。
分子发光分析法
第五章 分子发光分析法: 基态分子吸收了一定能量后，跃迁至激发态，当激发态分子以辐射跃迁形式将其能量释放返回基态时，便产生分子发光。
第一节 荧光分析法一、概 述 :分子荧光分析法是根据物质的分子荧光光谱进行定性，以荧光强度进行定量的一种分析方法。
与分光光度法相比，荧光分析法的最大优点是灵敏度高和选择性高。
二、荧光产生的基本原理（一）分子荧光的产生（二）荧光效率及其影响因素1.荧光效率2.荧光与分子结构的关系（1）产生荧光的条件①必须含有共轭双键这样的强吸收基团，并且体系越大， 电子的离域性越强，越容易被激发产生荧光；大部分荧光物质都含有一个以上的芳香环，且随共轭芳环的增大，荧光效率越高，荧光波长越长。
②分子的刚性平面结构有利于荧光的产生③.取代基对荧光物质的荧光特征和强度的影响 给电子基团：-OH 、-NH2、-NR2和-OR 等可使共轭体系增大，导致荧光增强。
吸电子基团：-COOH 、-NO 和-NO2等使荧光减弱。
随着卤素取代基中卤原子序数的增加，使系间窜跃加强，物质的荧光减弱，而磷光增强。
3.环境因素对荧光强度的影响（1）溶剂极性对荧光强度的影响: 一般来说，电子激发态比基态具有更大的极性。
溶剂的极性增强，对激发态会产生更大的稳定作用，结果使物质的荧光波长红移，荧光强度增大. 奎宁在苯、乙醇和水中荧光效率的相对大小为1、30和1000。
（2）温度荧光强度的影响: 一般情况下，辐射跃迁的速率基本不随温度而改变，而非辐射跃迁的速率随温度升高而显著增大。
对大多数的荧光物质而言，升高温度会使非辐射跃迁概率增大，荧光效率降低。
由于三重态的寿命比单重激发态寿命更长，温度对于磷光的影响比荧光更大。
（3）pH 对荧光强度的影响:共轭酸碱两种体型具有不同的电子氛围，往往表现为具有不同荧光性质的两种体型，各具有自己特殊的荧光效率和荧光波长。
另外，溶液中表面活性剂的存在，可以使荧光物质处于更有序的胶束微环境中，对处于激发单重态的荧光物质分子起保护作用，减小非辐射跃迁的概率，提高荧光效率。
分子发光分析法与分子吸收分光光度法
分子发光分析法与分子吸收分光光度法
分子发光分析法与分子吸收分光光度法
分子发光分析法和分子吸收分光光度法是两种常用的分子光学技术。
它们都是利用自由基反应的原理测定物质的技术。
分子发光分析法是基于激发分子发射光，从而测定物质浓度的技术。
它使用一种特殊的分子发射剂与被测物质反应，当被测物质与分子发
射剂反应后，分子发射剂会被激发发射出特定波长的光，而这些发射
出的光则可以用来测定被测物质的浓度。
分子吸收分光光度法是基于激发分子吸收光来测定物质浓度的技术。
它使用一种特殊的分子发射剂，它能把一种特定的波长的光吸收，而
这种光则能够激发被测物质。
当被测物质激发后，它会吸收一定波长
的光，而这些被吸收的光则可以用来测定被测物质的浓度。
通过对比可以看出，分子发光分析法和分子吸收分光光度法各有优劣，它们都可以用来测定物质的浓度，但都存在一些使用上的限制，比如
分子发光分析法在测定低浓度物质时会有一定的误差，而分子吸收分
光光度法则受到测量物质种类的限制。
因此，在选择物质浓度检测的
技术时，应根据具体情况选择适合的技术，以得到更准确的测定结果。
90350-仪器分析-第八章 分子发光分析法
以系间窜跃方式转至第一激发三重态，经过振动弛豫 转至其最低振动能级，跃回至基态时便发射磷光。
3、荧光/磷光光谱曲线
§4.2 分子荧光与磷光光谱分析法
• 激发光谱曲线-荧光强度与激
发光波长的关系
• 固定测量波长为荧光/磷光的最 大发射波长，改变激发波长， 测量荧光或磷光强度；
荧光发射光谱 荧光激发光谱
磷光光谱
• 荧光或磷光光谱曲线-荧光
或磷光强度与发射光波长的关 系
• 固定激发光波长为其最大激发 波长，测量发射不同波长的荧 光或磷光强度．
200 260 320 380 440 500 560 620 室温下菲的乙醇溶液荧（磷）光光谱
§4.2 分子荧光与磷光光谱分析法
4. 荧光、磷光与分子结构的关系
荧光激发光谱荧光发射光谱
200 蒽25的0 激30发0光3谱50和4荧00光4光50n谱m500
§4.2 分子荧光与磷光光谱分析法
6、荧光强度与溶液浓度的关系（定量分析）
溶液的荧光强度(If )与溶液吸收的光强度(Ia)及荧光量
子产率( f）的关系 ：
If = Ia
由朗伯-比耳定律：
A=lg（I0/ It）， Ia= I0- It
§4.2 分子荧光与磷光光谱分析法
9. 影响分子发光的环境因素
a.溶剂的影响
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；
b.温度的影响
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。
c. 溶液pH
酸碱化合物受溶液pH的影响较大，需要严格控制.
§4.2 分子荧光与磷光光谱分析法
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分子发光分析法：基于被测物质的基态分子吸收能量
激发到较高能态后，返回基态时，以发射辐射的方式释放
能量，通过测量辐射光强度对被测物质进行定量测定的分
析方法。 当分子吸收光能被激发到较高能态，返回基态时发射出
与激发光波长相同或不同辐射的现象称为光致发光。
最常见的两种光致发光现象是荧光和磷光。由此建立的 分析. 镜像规则 通常荧光发射光谱与其吸收光谱 ( 基态 → 第一态 ) 成镜像
对称关系。
2018/9/25
镜像规则
2018/9/25
3. 荧光的产生与分子结构的关系
(1) 分子产生荧光必须具备的条件 具有一定结构，多为含芳香环、杂环的化合物或具有刚性
平面的分子
具有一定的荧光效率
荧光效率 代表物质发射荧光的能力，通常小于1。
2018/9/25
(2) 电子激发态的多重度
电子激发态的多重度：M = 2S + 1
S为电子自旋量子数的代数和(等于0或1) 大多数有机分子的基态处于单重态 (Pauli 不相容原理 ， s =±½, S = 0, M = 1)； 激发时电子自旋方向不变，分子处于激发单重态S1, S2…；
激发时电子自旋方向改 变，S = 1, M = 3，分子处 于激发三重态T1, T2…； 三重态能级比相应单重 态能级低(洪特规则)。 S0→T1 禁阻跃迁。
发射的光量子数 吸收的光量子数
荧光效率与激发态分子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。
2018/9/25
(2) 化合物结构与荧光
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； 共轭效应：提高共轭度有利于增加荧光效率并产生红移; 刚性平面结构：可降低分子振动，减少与溶剂的相互作 用，故荧光量子产率高。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; 取代基效应：芳环上有 供电基，使荧光增强；相 反，芳环上有吸电子基团 ，荧光减弱或无荧光。
2018/9/25
内转换 S2
内转换 振动弛豫 系间跨越
S1
能 量 吸 收 T1 发 射 荧 光 T2
外转换
发 射 磷 振动弛豫 光
S0
l 2018/9/25 1
l2
l 2
l3
辐射能量传递过程
发射荧光：电子由第一激发单重态的最低振动能级→基态
(S1→ S0跃迁)，发射波长为 l ‘2的荧光，10-9～10-7 s。
2018/9/25
非辐射能量传递过程
振动弛豫：同一电子能级内分子以热能交换形式由高振动能 级至低振动能级间的跃迁。 内转换：同一多重态电子能级间的无辐射能量交换。 通过振动弛豫和内转换，高激发单重态的电子跃回第一激 发单重态的最低振动能级。 系间窜越：不同多重态有重叠的振动能级间的非辐射跃迁。 是禁阻跃迁，通过自旋—轨道耦合进行。
620
2018/9/25
(3) 发射光谱的特性
a. Stokes位移 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 电子激发到不同激发态能级，吸收不同波长的能量 (如能 级图l2, l1)，产生不同吸收带，但均回到第一激发单重态的 最低振动能级再跃迁回到基态，产生波长一定的荧光(如l‘2
2018/9/25
(3) 激发态→基态的能量传递途径
分子的激发态是不稳定状态，电子从激发态返回基态时， 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
振动弛豫
内转换
系间窜越
外转换
以速度最快、激发态寿命最短的途径占优势，发光强度高。 荧光：10-9～10-7s，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
外转换：激发态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。 外转换使荧光或磷光减弱或“猝灭”。
2018/9/25
2. 激发光谱和发射光谱
(1)激发波长选择与激发光谱曲 线
不同波长入射光具有不同的激发
效率。 固定测量波长 ( 选最大发射波长 ) ，测量不同激发波长下化合物发射 的荧光 ( 磷光 ) 强度与入射光波长的 关系曲线(曲线I )。 激发光谱曲线峰值处，处于激发 态的分子最多，荧光强度最大。
2018/9/25
(2) 荧光及磷光光谱
固定激发光波长(选最 大激发波长)，测定化合 物发射的荧光强度(或磷 光强度)与发射光波长的 关系曲线(图中曲线II或 III)。
2018/9/25
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
发射荧光的能量比分子吸收的能量小，l ‘2 > l 2 > l 1 .
发射磷光：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→激发→振动弛豫→内转移→系间跨越→振动弛豫→T1
S0 → T1禁阻跃迁，发光速度很慢：10-4～10 s。 光照停止后，可持续一段时间。
2018/9/25
2018/9/25
4. 影响荧光强度的因素
外部因素:
(1) 溶剂的影响
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
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
对酸碱化合物，溶液pH的影响较大，需要严格控制.
2018/9/25
5.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
2018/9/25
12.2 荧光和磷光分析基本原理 1. 荧光和磷光的产生
(1) 分子的能级与跃迁
分子中每个电子能级中都包含一系列的振动和转动能级。
基态(S0)→激发态(S1、S2、激发态振动能级 )：吸收特定频
率的辐射；量子化。 激发态→基态：多种途径和方式; 第一、第二、…电子激发单重态 S1、S2… →基态(S0)称为 荧光； 第一、第二、…电子激发三重态 T1、T2… →基态(S0)称为 磷光。