第三章荧光分析法共54页文档
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荧光分析法ppt
当分子从激发态返回到基态时，会以释放光子的形式释放出多余的能 量，这种释放的光子就是荧光。
荧光分析法的化学基础
荧光物质的化学结构
荧光物质的化学结构决定了其荧光性质，如荧光量子产率、荧光 波长等。
荧光物质的激发态性质
荧光物质的激发态性质对其荧光性质也有重要影响，如激发态的 稳定性、激发态的能量转移等。
感谢您的观看
THANKS
详细描述
荧光分析法可用于检测生物样品中的肿瘤标志物、药物浓度、DNA等物质。通过荧光探针、荧光免疫 分析等方法，可实现对肿瘤标志物、药物浓度的快速检测，为肿瘤诊断、药物治疗监测等提供依据。 此外，荧光分析法还可用于DNA检测，为遗传病诊断、亲子鉴定等提供技术支持。
荧光分析法在食品安全中的应用
总结词
荧光分析法的缺点
易受干扰
荧光分析法可能会受到其他物质的干扰，影响检测结果的准确 性。
不稳定性
荧光物质的荧光光谱可能会随着环境条件的变化而发生变化， 导致分析结果不稳定。
成本高
荧光分析法所需的仪器设备相对昂贵，而且需要专业人员操作 和维护。
荧光分析法的改进与发展趋势
优化荧光探针
通过改进荧光探针的设计和合成方法，提高荧光分析法的灵敏度 和特异性。
02
荧光分析法的原理
荧光分析法的物理基础
01
分子能级
荧光分析法涉及分子的能级跃迁，即分子从基态跃迁到激发态，再从
激发态返回到基态的过程。
02 03
激发态与基态的能量差
荧光分析法利用了激发态与基态之间存在的能量差，当分子吸收特定 波长的光能后，会从基态跃迁到激发态，之后释放出特定波长的荧光 。
荧光的产生
荧光物质的基态性质
荧光物质的基态性质同样影响其荧光性质，如基态的稳定性、基 态与激发态之间的跃迁能量等。
荧光分析法的化学基础
荧光物质的化学结构
荧光物质的化学结构决定了其荧光性质，如荧光量子产率、荧光 波长等。
荧光物质的激发态性质
荧光物质的激发态性质对其荧光性质也有重要影响，如激发态的 稳定性、激发态的能量转移等。
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THANKS
详细描述
荧光分析法可用于检测生物样品中的肿瘤标志物、药物浓度、DNA等物质。通过荧光探针、荧光免疫 分析等方法，可实现对肿瘤标志物、药物浓度的快速检测，为肿瘤诊断、药物治疗监测等提供依据。 此外，荧光分析法还可用于DNA检测，为遗传病诊断、亲子鉴定等提供技术支持。
荧光分析法在食品安全中的应用
总结词
荧光分析法的缺点
易受干扰
荧光分析法可能会受到其他物质的干扰，影响检测结果的准确 性。
不稳定性
荧光物质的荧光光谱可能会随着环境条件的变化而发生变化， 导致分析结果不稳定。
成本高
荧光分析法所需的仪器设备相对昂贵，而且需要专业人员操作 和维护。
荧光分析法的改进与发展趋势
优化荧光探针
通过改进荧光探针的设计和合成方法，提高荧光分析法的灵敏度 和特异性。
02
荧光分析法的原理
荧光分析法的物理基础
01
分子能级
荧光分析法涉及分子的能级跃迁，即分子从基态跃迁到激发态，再从
激发态返回到基态的过程。
02 03
激发态与基态的能量差
荧光分析法利用了激发态与基态之间存在的能量差，当分子吸收特定 波长的光能后，会从基态跃迁到激发态，之后释放出特定波长的荧光 。
荧光的产生
荧光物质的基态性质
荧光物质的基态性质同样影响其荧光性质，如基态的稳定性、基 态与激发态之间的跃迁能量等。
第3章荧光分析法ppt课件
3.2.4 影响物质发光的因素>>1.内部因素
➢ 空间位阻使分子共平面性下降，荧光减弱。
SO3Na
H3C N
CH3
H3C SO3Na N CH3
①1-二甲胺基萘-7-磺酸盐 ②1-二甲胺基萘-8-磺酸盐
f＝0.75
f＝0.03
➢ 顺反异构体：反式分子有荧光，而顺式分子没有
荧光(位阻原因)。例如：1，2－二苯乙烯反式有强
⑶ 取代基的影响：给电子取代基使荧光强度增大；而 吸电子取代基则使荧光强度降低。
3.2 基本原理>>
3.2.4 影响物质发光的因素>>1.内部因素
➢ 长共轭结构示例 比较：λex (nm)/ λem (nm)/ f
苯 205/278/0.11
萘 286/321/0.29
蒽 356/404/0.36
2. 荧光和磷光的产生
➢ 辐射跃迁－发光失活 荧光：激发态分子从第一激发单线态S1的最低
振动能级回到基态S0所发出的辐射。 磷光：激发态分子从第一激发三重态T1的最低
振动能级回到基态S0所发出的辐射。 波长关系：激发光＜荧光＜磷光。
3.2 基本原理>>3.2.1分子荧光光谱的产生>>
2. 荧光和磷光的产生
3.2 基本原理>>
3.2.4 影响物质发光的因素>>2.外部因素
➢ 例如：硫酸奎宁在不同波长激发下的荧光光谱和
散射光谱
H
O H3C
H HO
N H
CH CH2
1/2H2SO4 H2O
N
3.2 基本原理>>
3.2.4 影响物质发光的因素>>2.外部因素
➢ 空间位阻使分子共平面性下降，荧光减弱。
SO3Na
H3C N
CH3
H3C SO3Na N CH3
①1-二甲胺基萘-7-磺酸盐 ②1-二甲胺基萘-8-磺酸盐
f＝0.75
f＝0.03
➢ 顺反异构体：反式分子有荧光，而顺式分子没有
荧光(位阻原因)。例如：1，2－二苯乙烯反式有强
⑶ 取代基的影响：给电子取代基使荧光强度增大；而 吸电子取代基则使荧光强度降低。
3.2 基本原理>>
3.2.4 影响物质发光的因素>>1.内部因素
➢ 长共轭结构示例 比较：λex (nm)/ λem (nm)/ f
苯 205/278/0.11
萘 286/321/0.29
蒽 356/404/0.36
2. 荧光和磷光的产生
➢ 辐射跃迁－发光失活 荧光：激发态分子从第一激发单线态S1的最低
振动能级回到基态S0所发出的辐射。 磷光：激发态分子从第一激发三重态T1的最低
振动能级回到基态S0所发出的辐射。 波长关系：激发光＜荧光＜磷光。
3.2 基本原理>>3.2.1分子荧光光谱的产生>>
2. 荧光和磷光的产生
3.2 基本原理>>
3.2.4 影响物质发光的因素>>2.外部因素
➢ 例如：硫酸奎宁在不同波长激发下的荧光光谱和
散射光谱
H
O H3C
H HO
N H
CH CH2
1/2H2SO4 H2O
N
3.2 基本原理>>
3.2.4 影响物质发光的因素>>2.外部因素
荧光分析法课件
注意：激发光谱与其吸收光谱极为相似，但激发光 谱曲线是荧光强度与波长的关系曲线，吸收曲线则 是吸光度与波长的关系曲线，两者性质是不同的。
荧光光谱（fluorecence spectrum）：固定激发 光波长为最大激发波长，而让荧光物质发射的 荧光通过发射单色器分光扫描并检测不同波长 下的荧光强度，以发射波长为横坐标，荧光强 度为纵坐标作图，得到物质的荧光光谱。
荧光分析法
荧光：物质分子接受光子能量被激发后，从第 一激发单重态的最低振动能级返回基态时发射 出的光。 荧光分析法：根据物质的荧光谱线位置及其强 度进行物质鉴定和含量测定的方法。 优点：灵敏度高；选择性好；试样量少；方法 简单。
缺点：应用范围小。
第一节 荧光分析法的基本原理
一、分子荧光 （一）分子荧光的产生 1.分子的电子能级与激发过程
磷光发射：激发分子由第一激发三重态的最低振动 能级跃迁到基态各振动能级时所产生的光子辐射称 为磷光；磷光辐射能要比荧光辐射能量低，磷光波 长大于荧光波长；磷光发射时间为10-4-10s。
内转换
振动弛豫 内转换
S2
系间跨越
S1
能
量
发
吸
射
收
荧
光
S0
l1
l2
l 2
外转换
l3
T1 T2
发 射 磷 振动弛豫 光
水 乙醇 环己烷 CCl4 CHCl3
激发光(nm)
248 313 365 405 436
271 350 416 469 511 267 344 409 459 500 267 344 408 458 499 — 320 375 418 450 — 346 410 461 502
第二节 荧光定量分析方法
荧光光谱（fluorecence spectrum）：固定激发 光波长为最大激发波长，而让荧光物质发射的 荧光通过发射单色器分光扫描并检测不同波长 下的荧光强度，以发射波长为横坐标，荧光强 度为纵坐标作图，得到物质的荧光光谱。
荧光分析法
荧光：物质分子接受光子能量被激发后，从第 一激发单重态的最低振动能级返回基态时发射 出的光。 荧光分析法：根据物质的荧光谱线位置及其强 度进行物质鉴定和含量测定的方法。 优点：灵敏度高；选择性好；试样量少；方法 简单。
缺点：应用范围小。
第一节 荧光分析法的基本原理
一、分子荧光 （一）分子荧光的产生 1.分子的电子能级与激发过程
磷光发射：激发分子由第一激发三重态的最低振动 能级跃迁到基态各振动能级时所产生的光子辐射称 为磷光；磷光辐射能要比荧光辐射能量低，磷光波 长大于荧光波长；磷光发射时间为10-4-10s。
内转换
振动弛豫 内转换
S2
系间跨越
S1
能
量
发
吸
射
收
荧
光
S0
l1
l2
l 2
外转换
l3
T1 T2
发 射 磷 振动弛豫 光
水 乙醇 环己烷 CCl4 CHCl3
激发光(nm)
248 313 365 405 436
271 350 416 469 511 267 344 409 459 500 267 344 408 458 499 — 320 375 418 450 — 346 410 461 502
第二节 荧光定量分析方法
荧光分析法 PPT
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。
光外还会发射出比原来吸收波长更长的光，当激发光停 止照射后，这种光线随之消失。这种现象称为光致发光。 最常见的是荧光和磷光。
荧光：物质分子接受光子能量激发后，从激发态的最低
振动能级返回基态时发射出的光。
荧光分析法：基于对化合物的荧光光谱测量建立起来的
分析方法。
分类：分子荧光和原子荧光。
根据激发光的波长范围可分为紫外-可见荧光；红外 荧光和X射线荧光。
荧光分析法 (Fluorometry)
1
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
2
,l 1)，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 )。
12
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；
外转换使荧光或磷光减弱或“猝灭”。
体系间跨越：处在激发态的电子发生自旋反转
荧光分析法精品PPT课件
内部能量转换
当两个电子激发态之间的能量相差较小以至其振动能级有重叠 时，受激分子由高电子能级转移至低电子能级的过程。
荧光和磷光产生示意图
关于荧光
荧光的产生需经历两个过程：
吸收 发射
第一激发单重态的最低振动能级
振动驰豫 内部能量转换
例题
1. 所谓荧光，即某些物质经入射光照射后， 吸收了入射光的能量，从而辐射出比入射 光： A 波长长的光线 B 波长短的光线 C 能量大的光线 D 频率高的光线
（二）长共轭结构
λex 205nm 286nm
356nm
λem 278nm 321nm
404nm
φf
0.11
0.29
0.36
结论：π电子共轭程度越大，荧光强度（荧 光效率）越大，荧光波长长移
（三）分子的刚性和共平面性
联苯φf 0.2
C H2
芴φf 1.0
OH O
N
NM g 1 /2
（三）分子的刚性和共平面性
1. 一般情况下，随着温度的升高，溶液中荧光物 质的荧光效率和荧光强度将降低。 2. 原因: 温度升高时，分子运动速度加快，分子 间碰撞几率增加， 使无辐射跃迁增加， 从而降低 了荧光效率
3 酸度对荧光的影响
苯胺在下列哪种条件下荧光强度最强？
A pH＝1
B pH＝3
C pH＝13
D pH＝8
当荧光物质本身是弱酸或弱碱时，溶液的酸 度对荧光强度有较大影响，主要是因为在不同 酸度中分子和离子间的平衡的改变。
硫酸奎宁的激发光谱和荧光光谱
荧光光谱的特征
1、荧光光谱的形状与激发波长无关 产生原因： 荧光发射是从特定的激发态返回基态 荧光光谱的强度与激发波长有关
当两个电子激发态之间的能量相差较小以至其振动能级有重叠 时，受激分子由高电子能级转移至低电子能级的过程。
荧光和磷光产生示意图
关于荧光
荧光的产生需经历两个过程：
吸收 发射
第一激发单重态的最低振动能级
振动驰豫 内部能量转换
例题
1. 所谓荧光，即某些物质经入射光照射后， 吸收了入射光的能量，从而辐射出比入射 光： A 波长长的光线 B 波长短的光线 C 能量大的光线 D 频率高的光线
（二）长共轭结构
λex 205nm 286nm
356nm
λem 278nm 321nm
404nm
φf
0.11
0.29
0.36
结论：π电子共轭程度越大，荧光强度（荧 光效率）越大，荧光波长长移
（三）分子的刚性和共平面性
联苯φf 0.2
C H2
芴φf 1.0
OH O
N
NM g 1 /2
（三）分子的刚性和共平面性
1. 一般情况下，随着温度的升高，溶液中荧光物 质的荧光效率和荧光强度将降低。 2. 原因: 温度升高时，分子运动速度加快，分子 间碰撞几率增加， 使无辐射跃迁增加， 从而降低 了荧光效率
3 酸度对荧光的影响
苯胺在下列哪种条件下荧光强度最强？
A pH＝1
B pH＝3
C pH＝13
D pH＝8
当荧光物质本身是弱酸或弱碱时，溶液的酸 度对荧光强度有较大影响，主要是因为在不同 酸度中分子和离子间的平衡的改变。
硫酸奎宁的激发光谱和荧光光谱
荧光光谱的特征
1、荧光光谱的形状与激发波长无关 产生原因： 荧光发射是从特定的激发态返回基态 荧光光谱的强度与激发波长有关
《荧光分析法》PPT课件
3〕外部能量转换 激发态分子与溶剂分子或其他溶质分子碰撞以热
的形式释放能量。发生在第一激发态或发三重态 最低振动能级向基态转换的过程。 4〕体系间跨越
不同多重态,有重叠的振动能级，分子由激发单重态 跨越到激发三重态的过程，电子自旋反转。
5〕荧光发射：电子由第一激发单重态的最低振动能级→基态 (S1 → S0)发射荧光的过程约为： 10-7～10 -9 s 。由于振动 弛豫和内转换损失局部能量，发射荧光的能量比分子吸收的能 量小，波长要长； 6〕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〕；磷光能量更低，波长更长。 发光速度很慢： 10-4～10 s ，光照停顿后，可持续一段时间
2.荧光的产生
吸收紫外可见光，基态电子跃迁到单重激发态 的各个不同能级上。激发态不稳定，释放能量 返回基态。发射荧光是其中一条途径。
hγ（荧光）
几率小（禁阻）
10-8s
hγ（磷光）
10-4~10s 能量： S2 ＞T2 ＞ S1 ＞ T1 ＞ S0
1〕振动弛豫 激发态分子通过与溶剂分子碰撞而将局部能量传
受激分子S1 系间窜跃 T1 振动弛豫 T1的最低振动能级
磷光 单重基态(s0)
〔二〕荧光的激发光谱和发射光谱 1.激发光谱：
表示不同激发波长的辐射引起物质发 射某一波长荧光的相对效率。 荧光强度〔F〕与激发波长〔λex〕 的关系曲线。 2.发射光谱〔荧光光谱〕： 保持激发光的波长和强度， 测定发射的荧光在各个波长下的相对强度， 记录荧光强度〔F〕对发射波长〔λem〕 的关系曲线。
2.分子构造与荧光的关系 1〕跃迁类型： π → π* 的荧光效率高,有较强紫外 吸收，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
荧光法PPT课件_OK
激发光谱与荧光光谱 2）发射光谱
发射光谱即荧光光谱。一定波长和强度的激发 波长辐照荧光物质，产生不同波长的强度的荧光， 以荧光强度对其波长作图可得荧光发射光谱。
由于不同物质具不同的特征发射峰，因而使用 荧光发射光谱可用于鉴别荧光物质。
20
激发光谱与发射光谱的关系
i）波长比较 与激发（或吸收）波长相比，荧光发射波长更
42
39
荧光计的类型 •光电荧光计 •荧光分光光度计
40
光源
放大和指示仪表
单色器
•
I0 液槽
I
单色器
。
检测器
荧光分光光度计的结构示意图
41
分析条件的选择
• 选择线性范围 • 选择激发光波长和荧光波长 • 散射光干扰的排出
散射光包括瑞利散射光（Rayleigh scattering light）和拉曼散射光（Raman scattering light ）
2
概述
自然界存在这样一类物质，当这些物质的分子 吸收能量后，能发射出荧光，人们根据所发生荧光 的特性和强度，对物质进行定性或定量分析的方法， 称为荧光分析法（fluorescence analysis）。
3
荧光分析的特点：
➢ 灵敏度高：视不同物质，检测下限在0.1~0.001g/mL之 间。可 见比UV-Vis的灵敏度高得多！ ➢ 选择性好：可同时用激发光谱和荧光发射光谱定性。 ➢ 结构信息量多：包括物质激发光谱、发射光谱、光强、 荧光量子效率、荧光寿命等。 ➢ 应用不广泛：主要是因为能发荧光的物质不具普遍性、 增强荧光的方法有限、外界环境对荧光量子效率影响大、 干扰测量的因素较多
10
分子荧光和磷光分析
内转移 当两个电子能级非常靠近以至其振动能级
《荧光分析法》课件
通过改进技术手段，实现多组分的同步检 测，提高检测效率。
微型化与便携化
智能化与自动化
随着技术的进步，荧光分析仪器将更加微 型化和便携化，方便现场快速检测。
结合人工智能和自动化技术，实现荧光分 析的智能化和自动化，减少人为误差和操 作复杂度。
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
成和含量。
荧光分析法的应用领域
环境监测
荧光分析法可以用于检测水体 、土壤和空气中的污染物，如
重金属、有机物和农药等。
生物医学研究
荧光分析法可以用于检测生物 体内的标记物、蛋白质、核酸 和细胞等，有助于生物医学研 究和诊断。
食品安全检测
荧光分析法可以用于检测食品 中的添加剂、农药残留和有害 物质等，保障食品安全。
高特异性
荧光分析法可以针对特定的化学物质 或生物分子，提供高度特异性的检测， 降低误报率。
可视化结果
荧光分析法的结果可以通过肉眼直接 观察或使用荧光显微镜进行观察，方 便快捷。
应用广泛
荧光分析法可以应用于多种领域，如 生物医学、环境监测、食品安全等。
荧光分析法的缺点
01
02
03
04
样品处理复杂
荧光分析法通常需要对待测样 品进行预处理，如提取、纯化
荧光寿命的测量
通过测量荧光物质在激发光停止后荧光强度随时间的变化，可以了解荧光物质从 激发态回到基态的速率常数和荧光寿命。
时间分辨荧光光谱的测量
通过测量不同时间点的荧光光谱，可以了解荧光物质在激发态的动态过程和能量 转移过程。
荧光量子产率的实验技术
荧光量子产率的测量
通过测量荧光物质在特定波长激发下的荧光发射光子数和激发光子数，可以计算出荧光量子产率，了 解荧光物质的光致发光效率。
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发光
室温下，大多数分子处在基态的最低振动能层。 处于基态的分子吸收能量(电能、热能、化学能或 光能等)后被激发，跃迁到激发态，激发态不稳定， 分子将很快衰变到基态。若返回到基态时伴随着光 子的辐射，这种现象称为“发光”。
09.05.2020
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◆ 原理：
1.分子能级
每个分子具有一系列严 格分立的能级，称为电子 能级，而每个电子能级中 又包含一系列的振动能层 和转动能层。 So：基态 S1:第一电子激发单重态 S2:第二电子激发单重态 T1:第一电子激发三重态 T2:第二电子激发三重态 ν=0,1,2,3…振动能层
• 荧光
当紫外光照射到某些物质的时候，这些物质会发射出各 种颜色和不同强度的可见光，而当紫外线停止照射时，所 发射的光线也随之很快地消失，这种光线——荧光。
09.05.2020
2
• 发展史
理论：
• 第一次记录荧光现象：1575年，西班牙内科医生、植 物学家莫纳德斯(N. Monardes )提到：一种木头切片 的水溶液呈“可爱的天蓝色”。
8
3.分子去活化 处在激发态的分子是不稳定的，它可能通过辐射跃迁和
非辐射跃迁等去活化过程返回基态，其中以速度最快、激发 态寿命最短的途径占优势。有以下几种基本的去活化过程。
振动驰豫 内转换 荧光发射 系间跨越 磷光发射 外转换
09.05.2020
9
振动驰豫
➢ 当分子吸收光辐射后可能从基态的最低振动能层 S0(ν=0)跃迁到激发态Sn(ν=i)的较高的振动能层 上去。然而在液相或压力足够高的气相中，分子间 碰撞的几率很大，激发态分子可能将过剩的振动能 量以热的形式传递给周围的分子，而自身从Sn或Tn 的高振动能层(ν=i)失活到该电子能级的最低振动 能层(ν=0)上，这一过程称为振动弛豫（振动松 弛）。
• …，荧光观察靠肉眼。 • 1928年，哲蒂(Jette)和维斯特(West)研制出第
一台光电荧光计。 • 如今，已有各式各样新型的荧光分析仪问世。
荧光分析已成为一种十分重要且有效的光谱分 析手段
09.05.2020
5
§3-2 荧光分析基本原理
一、荧光和磷光的产生
图3.1 荧光和磷光体系能级图
17
磷光发射
➢ 当从单重态到三重态的分子系间跨越跃迁发生后， 接着发生快速的振动弛豫而到达三重态的最低振动 能层上，当没有其他过程同它竞争时，分子将发生 磷光跃迁回基态，这一过程称为磷光发射。
09.05.2020
图3.1 荧光和磷光体系能级图
7
2.电子激发多重度 M
M2s1
s: 电子自旋量子数代数和，数值为0或1。
单重态
➢ 分子轨道中的电子都是自旋配对的,自旋方向相反.
➢ s=0，M=1
➢ 用符号S表示
三重态
➢ 电子跃迁过程中伴有自旋方向的改变
➢ s=1，M=3
➢ 用符号T表示
09.05.2020
➢ 由于溶液中振动弛豫效率很高，它在荧光发射之前 和发射之后都可能发生。因此发射荧光的能量比分 子所吸收的能量要小，即荧光的特征波长比它所吸 收的特征波长要长。
➢ 时间10-9-10-7s
➢ 荧光多为S1→ S0 跃迁。
09.05.2020
14
09.05.2020
图3.1 荧光和磷光体系能级图
15
他也是第一个提出应用荧光作分析手段的人。
09.05.2020
3
• 1867年，瑞士，高贝尔斯莱德(F.Goppelsröder)进 行了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。
• 1880年，莱伯曼(Liebeman)提出了最早关于荧光与 化学结构关系的经验法则。
• 19世纪末，人们已经知道了600种以上的荧光化合物。
系间跨越
➢ 不同多重度状态间的一种无辐射跃迁过程称为系间 跨越。
➢ 它涉及受激电子自旋状态的改变。如S1→ T1，使 原来两个自旋配对的电子不再配对，这种跃迁一般 是禁阻的。
但如果两个不同多重度电子能态的振动能层有较 大的重叠时则可能通过自旋—轨道耦合等作用使其 实现。
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• 17世纪，波义尔(Boyle)和牛顿(Newton)等再次观察 到荧光现象并给予了更详细的描述。
• 1852年，斯托克斯(G.G.Stokes)用分光光度计考察奎 宁和叶绿素时发现：λ吸<λ荧（斯托克斯定则），所以 判断荧光是先吸光再发光，即荧光是发射光。并且根 据发荧光的矿物“萤石”→荧光。
此外他还研究了荧光强度与浓度之间的关系；描述了 高浓度时及有外来物质存在时的荧光猝灭现象。
➢ 时间10-12s
➢ Sn或Tn的νi→ ν0 ，即各振动能级间的小箭头。
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图3.1 荧光和磷光体系能级图
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内转换
➢ 相同多重度等能态间的一种无辐射跃迁过程称为 内转换。
➢ 当两个相同多重度电子能级的振动能层间有重叠 时，则可能发生电子由高能层电子激发态以无辐 射跃迁方式跃迁到低能层的电子激发态。如由 S2→ S1 ，T2→ T1。
20世纪以来，荧光现象的研究就更多了：
• 1905年，伍德(Wood)发现共振荧光。
• 1914年，弗兰克(Frank)和赫兹(Hertz)利用电子冲击 发光进行定量研究。
• 1922年，Wawillous 进行荧光产率的绝对测定。
• 1926年，盖维奥拉(Gaviola) 进行了荧光寿命的直接 测定。
目录
• §3-1 概述 • §3-2 荧光分析基本原理 • §3-3 荧光分析仪器 • §3-4 荧光分析方法及应用
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§3-1 概述
• 分子发光
某些物质的分子吸收一定能量跃迁到较高的电子激发态 后，在返回电子基态的过程中伴随有光辐射的现象。
• 光致发光
物质因吸收光能而激发发光的现象。
➢ 时间10-13-10-11s
➢ 分子最初无论在哪一个激发单重态，都能通过振 动弛豫和内转换到达最低激发单重态(或三重态)的 最低振动能层上。
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图3.1 荧光和磷光体系能级图
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荧光发射
➢ 当分子处于单重激发态的最低振动能级S1(ν=0)时， 发射一个光子返回基态S0(ν=i) ，这一过程称为荧 光发射。
室温下，大多数分子处在基态的最低振动能层。 处于基态的分子吸收能量(电能、热能、化学能或 光能等)后被激发，跃迁到激发态，激发态不稳定， 分子将很快衰变到基态。若返回到基态时伴随着光 子的辐射，这种现象称为“发光”。
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◆ 原理：
1.分子能级
每个分子具有一系列严 格分立的能级，称为电子 能级，而每个电子能级中 又包含一系列的振动能层 和转动能层。 So：基态 S1:第一电子激发单重态 S2:第二电子激发单重态 T1:第一电子激发三重态 T2:第二电子激发三重态 ν=0,1,2,3…振动能层
• 荧光
当紫外光照射到某些物质的时候，这些物质会发射出各 种颜色和不同强度的可见光，而当紫外线停止照射时，所 发射的光线也随之很快地消失，这种光线——荧光。
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• 发展史
理论：
• 第一次记录荧光现象：1575年，西班牙内科医生、植 物学家莫纳德斯(N. Monardes )提到：一种木头切片 的水溶液呈“可爱的天蓝色”。
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3.分子去活化 处在激发态的分子是不稳定的，它可能通过辐射跃迁和
非辐射跃迁等去活化过程返回基态，其中以速度最快、激发 态寿命最短的途径占优势。有以下几种基本的去活化过程。
振动驰豫 内转换 荧光发射 系间跨越 磷光发射 外转换
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振动驰豫
➢ 当分子吸收光辐射后可能从基态的最低振动能层 S0(ν=0)跃迁到激发态Sn(ν=i)的较高的振动能层 上去。然而在液相或压力足够高的气相中，分子间 碰撞的几率很大，激发态分子可能将过剩的振动能 量以热的形式传递给周围的分子，而自身从Sn或Tn 的高振动能层(ν=i)失活到该电子能级的最低振动 能层(ν=0)上，这一过程称为振动弛豫（振动松 弛）。
• …，荧光观察靠肉眼。 • 1928年，哲蒂(Jette)和维斯特(West)研制出第
一台光电荧光计。 • 如今，已有各式各样新型的荧光分析仪问世。
荧光分析已成为一种十分重要且有效的光谱分 析手段
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§3-2 荧光分析基本原理
一、荧光和磷光的产生
图3.1 荧光和磷光体系能级图
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磷光发射
➢ 当从单重态到三重态的分子系间跨越跃迁发生后， 接着发生快速的振动弛豫而到达三重态的最低振动 能层上，当没有其他过程同它竞争时，分子将发生 磷光跃迁回基态，这一过程称为磷光发射。
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图3.1 荧光和磷光体系能级图
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2.电子激发多重度 M
M2s1
s: 电子自旋量子数代数和，数值为0或1。
单重态
➢ 分子轨道中的电子都是自旋配对的,自旋方向相反.
➢ s=0，M=1
➢ 用符号S表示
三重态
➢ 电子跃迁过程中伴有自旋方向的改变
➢ s=1，M=3
➢ 用符号T表示
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➢ 由于溶液中振动弛豫效率很高，它在荧光发射之前 和发射之后都可能发生。因此发射荧光的能量比分 子所吸收的能量要小，即荧光的特征波长比它所吸 收的特征波长要长。
➢ 时间10-9-10-7s
➢ 荧光多为S1→ S0 跃迁。
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图3.1 荧光和磷光体系能级图
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他也是第一个提出应用荧光作分析手段的人。
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• 1867年，瑞士，高贝尔斯莱德(F.Goppelsröder)进 行了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。
• 1880年，莱伯曼(Liebeman)提出了最早关于荧光与 化学结构关系的经验法则。
• 19世纪末，人们已经知道了600种以上的荧光化合物。
系间跨越
➢ 不同多重度状态间的一种无辐射跃迁过程称为系间 跨越。
➢ 它涉及受激电子自旋状态的改变。如S1→ T1，使 原来两个自旋配对的电子不再配对，这种跃迁一般 是禁阻的。
但如果两个不同多重度电子能态的振动能层有较 大的重叠时则可能通过自旋—轨道耦合等作用使其 实现。
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• 17世纪，波义尔(Boyle)和牛顿(Newton)等再次观察 到荧光现象并给予了更详细的描述。
• 1852年，斯托克斯(G.G.Stokes)用分光光度计考察奎 宁和叶绿素时发现：λ吸<λ荧（斯托克斯定则），所以 判断荧光是先吸光再发光，即荧光是发射光。并且根 据发荧光的矿物“萤石”→荧光。
此外他还研究了荧光强度与浓度之间的关系；描述了 高浓度时及有外来物质存在时的荧光猝灭现象。
➢ 时间10-12s
➢ Sn或Tn的νi→ ν0 ，即各振动能级间的小箭头。
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图3.1 荧光和磷光体系能级图
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内转换
➢ 相同多重度等能态间的一种无辐射跃迁过程称为 内转换。
➢ 当两个相同多重度电子能级的振动能层间有重叠 时，则可能发生电子由高能层电子激发态以无辐 射跃迁方式跃迁到低能层的电子激发态。如由 S2→ S1 ，T2→ T1。
20世纪以来，荧光现象的研究就更多了：
• 1905年，伍德(Wood)发现共振荧光。
• 1914年，弗兰克(Frank)和赫兹(Hertz)利用电子冲击 发光进行定量研究。
• 1922年，Wawillous 进行荧光产率的绝对测定。
• 1926年，盖维奥拉(Gaviola) 进行了荧光寿命的直接 测定。
目录
• §3-1 概述 • §3-2 荧光分析基本原理 • §3-3 荧光分析仪器 • §3-4 荧光分析方法及应用
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§3-1 概述
• 分子发光
某些物质的分子吸收一定能量跃迁到较高的电子激发态 后，在返回电子基态的过程中伴随有光辐射的现象。
• 光致发光
物质因吸收光能而激发发光的现象。
➢ 时间10-13-10-11s
➢ 分子最初无论在哪一个激发单重态，都能通过振 动弛豫和内转换到达最低激发单重态(或三重态)的 最低振动能层上。
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图3.1 荧光和磷光体系能级图
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荧光发射
➢ 当分子处于单重激发态的最低振动能级S1(ν=0)时， 发射一个光子返回基态S0(ν=i) ，这一过程称为荧 光发射。