高校化工专业课件第15章分子发光分析法(分析化学)
15-1 光致发光及影响荧光发射因素 15-2 荧光分析法 15-3 磷光分析法 15-4 化学发光分析法 15-5 光化学传感器
第15章 分子发光分析法
15-1 光致发光及影响荧光发射因素
荧光 涉及吸收和发射两个过程
1、激发态
基态
激发态
﹡
↑
↑
↓
n ↑↓
↑↓ ↑↓ ↑↓
分立轨道上 非成对电子 平行自旋更 稳定
３、荧光的一些基本问题
b.分子被激发时的散射问题
激发光的能量太低、不足以外层电子跃迁到 S1 但仍可将电子激发至基态的高振动能级上
受激后能量无损失, 瞬间(10-12) 返回原
受激发后有能量改 变,返回原来稍高
能级 在不同方向上发射与原激
或稍低能级上 不同方向伴随的波长
发光相同波长λ1的辐射 瑞利散射
第15章 分子发光分析法
15-1 光致发光及影响荧光发射因素
３、荧光的一些基本问题
d.荧光物质的两个重要参数
第15章 分子发光分析法
15-1 光致发光及影响荧光发射因素
３、荧光的一些基本问题
a. 荧光类型
(1) 从寿命 ● 瞬时荧光 ～10-8s 内发射 S1→S0+ hν S1+S0 (S1 S0) ﹡→2S0+ hν
分析中有意义!
受激准分子
● 迟滞荧光 波长同瞬时荧光，寿命与磷光相似 刚性、粘稠介质中
观察奎宁、叶绿素
提出用荧光作为分折手段 1864 Stokes 第一个实际应用、铝一桑色素荧光测 1867
1965以来, 荧光光谱兴趣激增，生物化学家 利用它的高灵敏度。二十世纪七十年代后期 ，引起国内学者注意
第15章 分子发光分析法
（Molecular Luminescence Analysis）
３、荧光的一些基本问题 a. 荧光类型
(2)激发光与荧光波长比较
●Stokes荧光（溶液中） λ荧＞λ激 可能 ●Antistokes荧光（高温稀薄气体中） λ荧＜λ激 ●共振荧光（气体、晶体中） λ荧=λ激
(3)荧光波长
● X光荧光 ● 紫外、可见荧光 ● 红外荧光
第15章 分子发光分析法
15-1 光致发光及影响荧光发射因素
(1) 激发光谱
(2)荧光光谱
注意：１、实际测得的荧光光谱和激发光谱随仪器而异,其真实光 谱必须要对其光源、单色器、检测器的光谱特性加以校正
２、真实的激发光谱与吸收光谱非常近似，而不是相同
第15章 分子发光分析法
15-1 光致发光及影响荧光发射因素
３、荧光的一些基本问题 c. 激发光谱和荧光光谱
(3) 溶液荧光光谱的特征
（熄灭）
第15章 分子发光分析法
15-1 光致发光及影响荧光发射因素
2、去活化过程
注意点 (1)气相分子中易观察到以发射光子方式失去振动能
(2) 实现内部转换
a. S1，S2 电子能级差小 、易实现。
b. S1，S2 振动能级的位能面有交叉
(3)体系间跨越的必要条件
电子自旋与磁场微扰耦合
a. S1、T1位能面在某处有容易达到的能量相交 b. 微观磁场的微扰存在
激发态电子自旋反转， 分子多重态变化
产生
Br-,I-,CH3I…重原子分子
●带电粒子的极性分子或可极化分子易产生磁效应 或离子外层电子云疏松
●顺磁性分子 O2…外层3d5五个电子不成对
内
(4) 外部转换使发光熄灭现象
重原子效应
T1 →S0 比 S1 → S0 可能性更大
外（溶剂）
(5) 去活化众多过程中，以速度最快、激发寿命最短的途径占优势 ，相互竞争。
●斯托克斯位移（ λ荧＞λ激 ）
原因 溶剂化效应
hν
hν′
非辐射损失
●荧光光谱与激发光波长无关系
原因
●荧光光谱与激发光谱成镜像对称关系
光谱形状决定于S1,S2的振动能级分布相似
第15章 分子发光分析法
15-1 光致发光及影响荧光发射因素
３、荧光的一些基本问题 c. 激发光谱和荧光光谱 (4) 三维荧光光谱（总发光光谱、激发－发射矩阵、等 高线光谱） 给出三维信息
发射为 λ1±Δλ 拉曼散射
特征： 散射强度 ∝ 1/λ4
散射光波长＝激发光波长
（拉)强度﹤ ﹤ (瑞)强度(﹤ IF/1000) 拉曼带波长随激发光波长而变
ν拉- νF = Δν为定值
反映了分子结构特性
第15章 分子发光分析法
15-1 光致发光及影响荧光发射因素
３、荧光的一些基本问题
c. 激发光谱和荧光光谱
第15章 分子发光分析法
（Molecular Luminescence Analysis）
分子吸收能量，电子由基态进入激发态，当电子由激发态 返回基态时发射光谱
M+能量→M＊ →M+热量
→M+ h ′+热量
光子 —— 光致发光 M+ h →M ＊
阴极射线—— 阴极射线发光
荧光
磷光
X 射线—— X 射线发光
E型 T1+ 活化能 →S1→S0+ hν
P 型 T1 + T1 → S1 + S0
三重态——三重态粒子湮没
S0+ hν
寿命为相随磷光寿命的 1/2
复合(重组）A()+
hν
1
→A﹡( ↓) ↑
+ hν 2 →A.+(↑ )
+e
﹡(↑↓ )
第15章 分子发光分析法
15-1 光致发光及影响荧光发射因素
↑↓
净电子自旋 S=0 分子重态 M=2S+1=1
单重基态 S0
↑↓ ↑↓
→﹡ n→﹡
S=0 （跃迁几率很小）
激发单重态 S
↑↓
S=1 M=2S+1=3 激发三重态 T
电子从 S0 到 S 分子能量相应增加改变了分子对称性、 分子净的电子自旋（多重性）可能改变
第15章 分子发光分析法
2、去活化过程
F
P
热——
白炽发光
寿命10-7—10-9s 10-3—10s
超声波—— 声纳发光
离子流—— 离子发光
化学反应能——化学发光 M+化学能→M＊
第15章 分子发光分析法
（Molecular Luminescence Analysis）
第一次记录荧光现象 1575 西班牙内科医生、植物
学家
荧光是光发射概念、引入荧光术语 1852 Stokes
15-1 光致发光及影响荧光发射因素
溶液中： S2
10-14-10-12 s 10-13-10-11 s
10-2-10-6 s
振动弛豫 内部转换
体系间的跨越
（发生在相同多重度间） （发生在不同多重度间）
S1
T1(＜S1)
T2
10-15 s A1
A2 F
P 磷光发射 10-2-10 s
基态 S0
荧光发射 外部转换 10-7-10-9 s 发生在不同电子能态间
第15章 分子发光分析法
15-1 光致发光及影响荧光发射因素
荧光 涉及吸收和发射两个过程
1、激发态
基态
激发态
﹡
↑
↑
↓
n ↑↓
↑↓ ↑↓ ↑↓
分立轨道上 非成对电子 平行自旋更 稳定
３、荧光的一些基本问题
b.分子被激发时的散射问题
激发光的能量太低、不足以外层电子跃迁到 S1 但仍可将电子激发至基态的高振动能级上
受激后能量无损失, 瞬间(10-12) 返回原
受激发后有能量改 变,返回原来稍高
能级 在不同方向上发射与原激
或稍低能级上 不同方向伴随的波长
发光相同波长λ1的辐射 瑞利散射
第15章 分子发光分析法
15-1 光致发光及影响荧光发射因素
３、荧光的一些基本问题
d.荧光物质的两个重要参数
第15章 分子发光分析法
15-1 光致发光及影响荧光发射因素
３、荧光的一些基本问题
a. 荧光类型
(1) 从寿命 ● 瞬时荧光 ～10-8s 内发射 S1→S0+ hν S1+S0 (S1 S0) ﹡→2S0+ hν
分析中有意义!
受激准分子
● 迟滞荧光 波长同瞬时荧光，寿命与磷光相似 刚性、粘稠介质中
观察奎宁、叶绿素
提出用荧光作为分折手段 1864 Stokes 第一个实际应用、铝一桑色素荧光测 1867
1965以来, 荧光光谱兴趣激增，生物化学家 利用它的高灵敏度。二十世纪七十年代后期 ，引起国内学者注意
第15章 分子发光分析法
（Molecular Luminescence Analysis）
３、荧光的一些基本问题 a. 荧光类型
(2)激发光与荧光波长比较
●Stokes荧光（溶液中） λ荧＞λ激 可能 ●Antistokes荧光（高温稀薄气体中） λ荧＜λ激 ●共振荧光（气体、晶体中） λ荧=λ激
(3)荧光波长
● X光荧光 ● 紫外、可见荧光 ● 红外荧光
第15章 分子发光分析法
15-1 光致发光及影响荧光发射因素
(1) 激发光谱
(2)荧光光谱
注意：１、实际测得的荧光光谱和激发光谱随仪器而异,其真实光 谱必须要对其光源、单色器、检测器的光谱特性加以校正
２、真实的激发光谱与吸收光谱非常近似，而不是相同
第15章 分子发光分析法
15-1 光致发光及影响荧光发射因素
３、荧光的一些基本问题 c. 激发光谱和荧光光谱
(3) 溶液荧光光谱的特征
（熄灭）
第15章 分子发光分析法
15-1 光致发光及影响荧光发射因素
2、去活化过程
注意点 (1)气相分子中易观察到以发射光子方式失去振动能
(2) 实现内部转换
a. S1，S2 电子能级差小 、易实现。
b. S1，S2 振动能级的位能面有交叉
(3)体系间跨越的必要条件
电子自旋与磁场微扰耦合
a. S1、T1位能面在某处有容易达到的能量相交 b. 微观磁场的微扰存在
激发态电子自旋反转， 分子多重态变化
产生
Br-,I-,CH3I…重原子分子
●带电粒子的极性分子或可极化分子易产生磁效应 或离子外层电子云疏松
●顺磁性分子 O2…外层3d5五个电子不成对
内
(4) 外部转换使发光熄灭现象
重原子效应
T1 →S0 比 S1 → S0 可能性更大
外（溶剂）
(5) 去活化众多过程中，以速度最快、激发寿命最短的途径占优势 ，相互竞争。
●斯托克斯位移（ λ荧＞λ激 ）
原因 溶剂化效应
hν
hν′
非辐射损失
●荧光光谱与激发光波长无关系
原因
●荧光光谱与激发光谱成镜像对称关系
光谱形状决定于S1,S2的振动能级分布相似
第15章 分子发光分析法
15-1 光致发光及影响荧光发射因素
３、荧光的一些基本问题 c. 激发光谱和荧光光谱 (4) 三维荧光光谱（总发光光谱、激发－发射矩阵、等 高线光谱） 给出三维信息
发射为 λ1±Δλ 拉曼散射
特征： 散射强度 ∝ 1/λ4
散射光波长＝激发光波长
（拉)强度﹤ ﹤ (瑞)强度(﹤ IF/1000) 拉曼带波长随激发光波长而变
ν拉- νF = Δν为定值
反映了分子结构特性
第15章 分子发光分析法
15-1 光致发光及影响荧光发射因素
３、荧光的一些基本问题
c. 激发光谱和荧光光谱
第15章 分子发光分析法
（Molecular Luminescence Analysis）
分子吸收能量，电子由基态进入激发态，当电子由激发态 返回基态时发射光谱
M+能量→M＊ →M+热量
→M+ h ′+热量
光子 —— 光致发光 M+ h →M ＊
阴极射线—— 阴极射线发光
荧光
磷光
X 射线—— X 射线发光
E型 T1+ 活化能 →S1→S0+ hν
P 型 T1 + T1 → S1 + S0
三重态——三重态粒子湮没
S0+ hν
寿命为相随磷光寿命的 1/2
复合(重组）A()+
hν
1
→A﹡( ↓) ↑
+ hν 2 →A.+(↑ )
+e
﹡(↑↓ )
第15章 分子发光分析法
15-1 光致发光及影响荧光发射因素
↑↓
净电子自旋 S=0 分子重态 M=2S+1=1
单重基态 S0
↑↓ ↑↓
→﹡ n→﹡
S=0 （跃迁几率很小）
激发单重态 S
↑↓
S=1 M=2S+1=3 激发三重态 T
电子从 S0 到 S 分子能量相应增加改变了分子对称性、 分子净的电子自旋（多重性）可能改变
第15章 分子发光分析法
2、去活化过程
F
P
热——
白炽发光
寿命10-7—10-9s 10-3—10s
超声波—— 声纳发光
离子流—— 离子发光
化学反应能——化学发光 M+化学能→M＊
第15章 分子发光分析法
（Molecular Luminescence Analysis）
第一次记录荧光现象 1575 西班牙内科医生、植物
学家
荧光是光发射概念、引入荧光术语 1852 Stokes
15-1 光致发光及影响荧光发射因素
溶液中： S2
10-14-10-12 s 10-13-10-11 s
10-2-10-6 s
振动弛豫 内部转换
体系间的跨越
（发生在相同多重度间） （发生在不同多重度间）
S1
T1(＜S1)
T2
10-15 s A1
A2 F
P 磷光发射 10-2-10 s
基态 S0
荧光发射 外部转换 10-7-10-9 s 发生在不同电子能态间
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分子发光分析法课件
1.5 激发光谱和发射光谱
荧光(磷光)：光致发光，照射光波长如何选择？
A.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 ） 。
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；
B.荧光光谱(或磷光光谱)
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(图中曲线II 或III)。
Chemiluminescence
2.1 概论
化学发光是由化学反应提供的能量激发物质所产生的光 辐射。
优点：(1). 灵敏度很高。(2). 仪器设备简单，无须光源和 单色器，因而也消除了散射光和杂散光的干扰；(3). 线性范 围宽；(4). 分析速度快。
局限：目前可供应用的发光体系尚有限，发光机理有待 进一步研究，方法的选择性有待进一步提高。
1.6 荧光(磷光)强度与溶液浓度的关系
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(Фf）有如下关系
If = f Ia
由Lambert-beer定律及吸收光强度的概念，可 推导出，当bc ≤0.05时，有：
If = 2.303 f I0 bc 与荧光类似，溶液的磷光强度(IP)与低浓度下磷 光物质浓度之间的关系可表示如下：
剂在液氮温度下应具有足够的黏度并能形成明净的 刚性玻璃体，且对分析物具有良好的溶解特性，在 所研究的光谱区内没有很强的吸收和发射，并容易 制备和提纯。
B. 室温磷光分析
固态基质表面室温磷光分析：分析物通过物理吸附或某 种化学作用力被束缚在固体基质表面，增大了刚性，减小了 碰撞失活的概率，在严格干燥试样的情况下限制了氧的猝灭 作用，显示室温磷光。
《化学发光分析》课件
《化学发光分析》PPT课 件
本课程将介绍化学发光分析的工作原理、分类、常用试剂和仪器、典型实验 操作步骤以及优点和应用。让我们一起探索这一极具活力和创新性的化学分 析技术。
化学发光分析概述
什么是化学发光分析？
化学发光分析是指利用发光剂 （luminophore）与感光器 （photodetector）在光激发条件下 发生发光反应进行分析的技术。
发光机制和原理
发光反应主要包括螯合发光、化学 发光、电化学发光和生物发光，其 基本原理为激发能量从分析物传递 到发光剂。
化学发光分析的分类
化学发光分析主要分为储能法、电 化学发光法、免疫分析法、分子印 迹技术法和气相化学发光分析 （GPCA）等。
优点和应用
快速、敏感、高效
化学发光法具有灵敏度高、特异性强、检测时间短和快速分析等优势，被广泛应用于临床、 食品、环境、药学、安全等领域。
数据统计和分析
4
利用计算机等工具进行数据的整理、计算与 分析，得出结果，并进行结果的验证和确认。
取样
用适当的方法取得样品，并得到有效的样品。
发光检测
激发分析样品使其产生发光，并利用仪器对 其进行检测。
案例分析和总结
CRO公司使用化学发光分析技术加 快药代动力学评估
合同研究组织（CRO）将计划100名志愿者的药代动力 学模拟研究里程碑提前了八个月，其采用了高通量类 似物筛选、高通量药代动力学测定和新一代大规模并 行化药代动力学建模等技术。这些技术包括，化学发 光法作为测定细胞器的特异性标记的方法。
电化学发光分析
电化学发光分析仪（ECL）是用于 电化学发光分析的专用设备，适用 于光谱分析和光度测定等分பைடு நூலகம்。
酶标仪
酶标仪是一种测量酶反应的光度仪 器，通常用于免疫学、生化学等领 域的分析。
本课程将介绍化学发光分析的工作原理、分类、常用试剂和仪器、典型实验 操作步骤以及优点和应用。让我们一起探索这一极具活力和创新性的化学分 析技术。
化学发光分析概述
什么是化学发光分析？
化学发光分析是指利用发光剂 （luminophore）与感光器 （photodetector）在光激发条件下 发生发光反应进行分析的技术。
发光机制和原理
发光反应主要包括螯合发光、化学 发光、电化学发光和生物发光，其 基本原理为激发能量从分析物传递 到发光剂。
化学发光分析的分类
化学发光分析主要分为储能法、电 化学发光法、免疫分析法、分子印 迹技术法和气相化学发光分析 （GPCA）等。
优点和应用
快速、敏感、高效
化学发光法具有灵敏度高、特异性强、检测时间短和快速分析等优势，被广泛应用于临床、 食品、环境、药学、安全等领域。
数据统计和分析
4
利用计算机等工具进行数据的整理、计算与 分析，得出结果，并进行结果的验证和确认。
取样
用适当的方法取得样品，并得到有效的样品。
发光检测
激发分析样品使其产生发光，并利用仪器对 其进行检测。
案例分析和总结
CRO公司使用化学发光分析技术加 快药代动力学评估
合同研究组织（CRO）将计划100名志愿者的药代动力 学模拟研究里程碑提前了八个月，其采用了高通量类 似物筛选、高通量药代动力学测定和新一代大规模并 行化药代动力学建模等技术。这些技术包括，化学发 光法作为测定细胞器的特异性标记的方法。
电化学发光分析
电化学发光分析仪（ECL）是用于 电化学发光分析的专用设备，适用 于光谱分析和光度测定等分பைடு நூலகம்。
酶标仪
酶标仪是一种测量酶反应的光度仪 器，通常用于免疫学、生化学等领 域的分析。
《分子发光》课件
详细描述
荧光光谱法利用某些物质吸收光后， 能以荧光的形式重新发射出特定波长 的光，通过测量荧光光谱，可以分析 物质的组成和结构。
磷光光谱法
总结词
一种测量物质在激发态的磷光发射光谱的方法。
详细描述
磷光光谱法利用物质吸收光后，处于激发态的分子以磷光的形式缓慢地释放出 特定波长的光，通过测量磷光光谱，可以分析物质的组成和结构。
详细介绍了分子发光的原理、发光机制以及在各个领域的 应用，是学习分子发光的基础教材。
《荧光染料与荧光分析法》
系统介绍了荧光染料的基本性质、合成方法以及荧光分析 法的应用，对于深入了解荧光染料在分子发光领域的作用 很有帮助。
"分子发光机制研究进展"
综述了近年来分子发光机制的研究成果，包括新的发光材 料、发光过程的理论模型等。
激发态的稳定性
激发态是相对不稳定的， 分子会通过各种方式释放 能量并回到基态。
分子发光的辐射过程
辐射跃迁
激发态的分子通过释放光子的形式回到基态，这 个过程称为辐射跃迁。
光子的产生
当分子从激发态回到基态时，会释放出能量并以 光子的形式辐射出去。
光子性质
光子具有特定的波长（或频率），与其所属的分 子和激发态有关。
THANKS
感谢观看
《分子发光》PPT课件
contents
目录
• 分子发光的概述 • 分子发光的原理 • 分子发光的技术与方法 • 分子发光在科学研究中的应用 • 分子发光的发展趋势与展望 • 参考文献
01
分子发光的概述
分子发光的基本概念
分子发光是指分子在吸收能量 后以光子的形式释放能量的过 程。
分子发光现象广泛存在于自然 界和人类生产生活中，如萤火 虫、发光菌、荧光棒等。
荧光光谱法利用某些物质吸收光后， 能以荧光的形式重新发射出特定波长 的光，通过测量荧光光谱，可以分析 物质的组成和结构。
磷光光谱法
总结词
一种测量物质在激发态的磷光发射光谱的方法。
详细描述
磷光光谱法利用物质吸收光后，处于激发态的分子以磷光的形式缓慢地释放出 特定波长的光，通过测量磷光光谱，可以分析物质的组成和结构。
详细介绍了分子发光的原理、发光机制以及在各个领域的 应用，是学习分子发光的基础教材。
《荧光染料与荧光分析法》
系统介绍了荧光染料的基本性质、合成方法以及荧光分析 法的应用，对于深入了解荧光染料在分子发光领域的作用 很有帮助。
"分子发光机制研究进展"
综述了近年来分子发光机制的研究成果，包括新的发光材 料、发光过程的理论模型等。
激发态的稳定性
激发态是相对不稳定的， 分子会通过各种方式释放 能量并回到基态。
分子发光的辐射过程
辐射跃迁
激发态的分子通过释放光子的形式回到基态，这 个过程称为辐射跃迁。
光子的产生
当分子从激发态回到基态时，会释放出能量并以 光子的形式辐射出去。
光子性质
光子具有特定的波长（或频率），与其所属的分 子和激发态有关。
THANKS
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目录
• 分子发光的概述 • 分子发光的原理 • 分子发光的技术与方法 • 分子发光在科学研究中的应用 • 分子发光的发展趋势与展望 • 参考文献
01
分子发光的概述
分子发光的基本概念
分子发光是指分子在吸收能量 后以光子的形式释放能量的过 程。
分子发光现象广泛存在于自然 界和人类生产生活中，如萤火 虫、发光菌、荧光棒等。
分析化学-分子发光分析法
3. 流式细胞术（FCM） 对悬液中的单细胞或其他生物粒子,通过检测
标记的荧光信号，实现高速、逐一的细胞定量 分析和分选的技术。
§4 化学发光分析法
Chemiluminescence Analysis
基本原理 化学发光反应类型 化学发光测量仪器 化学发光分析法的应用
一、基本原理
化学发光是由于化学反应而导致的光发射。 发生于生命体系的化学发光称为生物发光。 生物发光均有酶（荧光素酶）参加。
最大化学发光强度与发光物质浓度成正 比： Icl max = Kc
化学发光的积分值与发光物质浓度成正 比： Icl = Kc
二、化学发光反应的类型
直接化学发光
A 十 B C＊ ， C＊ C 十 hν
间接（敏化）化学发光 A 十 B C＊ + D ， C＊+ F C 十 F＊
F＊ F 十 hν
三、New technique of fluorescence analysis
1. 激光荧光分析 F 与 I0 成正比，激光的强度大，可提高
荧光法的灵敏度。
2.时间分辨荧光分析
由于不同分子的荧光寿命不同，在激发 和检测之间延缓一段时间，使不同荧光寿命 的物质达到分别检测的目的。
时间分辨荧光免疫法 将稀土元素的螯合物标记抗体，与体液中 的抗原结合。当加入一种增效剂时，稀土 元素被释放出来，形成新的螯合物，能产生 长寿命的 荧光（10 ~1000 μs)。待样品中 蛋白质等物质所发荧光完全衰减后进行测定， 可有效消除背景干扰。 已用于测定甲胎蛋白、促性腺绒毛激素、 皮质醇等体内微量物质的测定。
2.化学发光免疫分析仪
化学发光免疫分析是将化学发光分析和 免疫分析相结合而建立的一种超微量分析 技术。兼具发光分析的高灵敏性和抗原抗 体反应的高特异性的特点。
分子发光分析法1PPT
2、化合物的结构与荧光
（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。
荧光量子产率与激发态能量释放各过程 的速率常数有关，凡是能使荧光速率常数升 高而使其它过程速率常数降低的过程，均能 提高量子产率。 Φ=
k f ki
kf
kf：荧光发射过程的速率常数，取决于化学结构。 Σki：其他有关过程（内转移、系间窜跃、外转移） 的 速率常数的总和。由化学环境和结构共同决定。
一、分子发光
• 当分子吸收一定的能量后，从基态跃迁到
较高激发态，在返回基态的过程中伴随有
光辐射，这种现象称为分子发光。，以此
建立的分析方法称为分子发光分析法。
二、 分子发光类型
1. 按激发的模式不同
光致发光；化学发光；生物发光；
热致发光；电致发光；摩擦发光： 2．按分子激发态类型 • 荧光：由第一电子激发单重态所产生的辐射跃迁而伴 随的发光现象。分子中全部轨道里的电子都是自旋配 对的 S=0 ，2S+1=1, 处于单重态，用S0表示。 • 磷光：由最低的电子激发三重态所产生的辐射跃迁。 电子在跃迁过程中伴随着自选方向的改变 S=1 2S+1=3，三重 态，用T表示。
无辐射跃迁能量传递过程
• 振动弛豫：同一电子能级内以热能量交换形式由高振动 能级至低相邻振动能级间的跃迁。发生振动弛豫的时间 10-12 s。 • 内转换：对于具有相同多重度的分子，若较高电子能级 的低振动能层与较低电子能级的高振动能层相重叠时， 则电子可在重叠的能层之间通过振动耦合产生无辐射跃 迁，如S2-S1；T2-T1。 • 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”。
分子发光分析法
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(Molecular Luminescence)。
依据激发的模式不同，分子发光分为光致发光、热致发光、场致发光和化学发光等。
光致发光按激发态的类型又可分为荧光和磷光两种。
本章讨论分子荧光(Molecular Fluorescence)、分子磷光(Molecular Phosphorescence)和化学发光(Chemiluminescence)分析法。
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。
早在16世纪，人们观察到当紫外和可见光照射到某些物质时。
这些物质就会发出各种颜色和不同强度的光，而当照射停止时，物质的发光也随之很快消失。
到1852年才由斯托克斯(Stokes)给予了解释，即它是物质在吸收了光能后发射出的分子荧光。
斯托克斯在对荧光强度与浓度之间的关系进行研究的基础上，于1864年提出可将荧光作为一种分析手段。
1867年Goppelsroder应用铝—桑色素络合物的荧光对铝进行了测定。
进入20世纪，随着荧光分析仪器的问世，荧光分析的方法和技术得到了极大发展，如今已成为一种重要且有效的光谱分析手段。
荧光分析法的最大优点是灵敏度高，它的检出限通常比分光光度法低2~4个数量级，选择性也较分光光度法好。
虽然能产生强荧光的化合物相对较少，荧光分析法的应用不如分光光度法广泛，但由于它的高灵敏度以及许多重要的生物物质都具有荧光性质。
使得该方法在药物、临床、环境、食品的微量、痕量分析以及生命科学研究各个领域具有重要意义。
二、基本原理(一)分子荧光的产生大多数分子含有偶数电子。
根据保里不相容原理，基态分子的每一个轨道中两个电子的自旋方向总是相反的，因而大多数基态分子处于单重态(2S+1=1)，基态单重态以S0表示。
当物质受光照射时，基态分子吸收光能就会产生电子能级跃迁而处于第一、第二电子激发单重态，以S1、S2表示。
FL
仪 器 光 路 图
仪器框图
该型仪器可进 行荧光、磷光 和发光分析；
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()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。 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 < 1 5 nm 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。
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 ‘2 )。
c. 镜像规则
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。
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； 基态上的 零振动能级与 第一激发态的 二振动能级之 间的跃迁几率 最大，相反跃
2.激发态→基态的能量传递途径
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
延迟荧光
磷光
系间跨越 内转移
外转移
振动弛预
非辐射能量传递过程
振动弛豫：同一电子能级内以热能量交换形式由高振动能级 至低相邻振动能级间的跃迁。发生振动弛豫的时间10 -12 s。 内转换：同多重度电子能级中,等能级间的无辐射能级交换。 通过内转换和振动弛豫，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。 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；
垂直于入射光
分子发光分析
荧光强度和荧光光谱不同
26
27
3、荧光猝灭
定义：荧光物质分子与溶剂分子或其它溶质分子
的相互作用引起荧光强度降低的现象 碰撞猝灭荧激光发分单子重以态无的辐荧射光跃分迁子的与方猝式灭回剂到分基子态相碰撞
静态猝灭 荧光物质分子与猝灭剂分子生成非荧光
的络合物
类型 转入三重态的猝灭 溶解氧与荧光物质 发生电子转移反应的猝灭 猝灭剂与荧光物质
2. 荧光与有机化合物结构的关系 （1）跃迁类型
实验证明，对于大多数荧光物质，首先经历 激发，然后经过振动弛豫或其他无辐射 跃迁，再发生 跃迁而得到荧光。 （2）共轭效应 实验证明，容易实现激发 的芳香族化合物 容易发生荧光，增加体系的共轭度荧光效率一般 也将增大，主要是由于增大荧光物质的摩尔吸光 系数，有利于产生更多的激发态分子
4
2．分子内的光物理过程
其中S0、S1和S2分别表示分子的基态、第一和第二电子激发的单重态
T1和T2则分别表示分子的第一和第二电子激发的三重态。
V=0、1、2、3、…表示基态和激发态的振动能级。
5
非辐射能量传递过程；
S1
S2
T1
S0 吸光1
吸光2
振动弛豫:
在同一电子能级 中，电子由高振 动能级转至低振 动能级，而将多 余的能量以热 的
1．如何获得较强的磷光
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）
增加试样的刚性:
低温冷冻
固体磷光法：
吸附于固相载体（滤纸）
分子缔合物的形成：
加入表面活性剂等
重原子效应：
加入含重原子的物质，如银盐等
《分子发光分析法》PPT课件
F
0.11 0.29
λexmax(nm) 205 286
λemmax (nm) 278 321
蒽
丁省
0.46
0.60
365
390
400
480
精选课件ppt
7-2
戊省 0.52 580 640
提要 返20 回
3.荧光与分子结构的关系
• 2）刚性平面结构 荧光物质的刚性和平面性增加，
有利于荧光发射。
精选课件ppt
3. 荧光和磷光光谱的产生
（1）荧光：
S1或T1 发光 S0
当电子从第一激发单重态S1的最低振动 能级回到基态S0各振动能级所产生的光 辐射叫荧光
荧光是相同多重态间的允许跃迁，产生 速度快，10-9~10-6s，又叫快速荧光或瞬 时荧光，外部光源停止照射，荧光马上 猝灭
精选课件ppt
7-2 提要 返10 回
精选课件ppt
提要 返3 回
7-2 分子荧光分析法及其原理
• 一、分子荧光和磷光的产生
1.电子自旋状态的多重性
2. 无辐射跃迁
3. 荧光和磷光光谱的产生
二、分子荧光分析法的基本原理
1.激发光谱和荧光谱
2.荧光强度及其与浓度的关系
3.荧光与分子结构的关系
4.影响荧光强度的因素
精选课件ppt
提要 返4 回
一、荧光和磷光光谱的产生(图)
• 具有不饱和基团的基态分子光照后，价 电子跃迁产生荧光和磷光
基态分子
光照激发
价电子跃迁到激发态
去激发光 * * n
基态
精选课件ppt
7-2
提要 返5 回
1. 电子自旋状态的多重性
• 单重态：用 “S0” 表示 • 当物质受光照射时，基态电子能级跃迁至
分子发光分析法概况课件
分子发光分析法的优缺点
优点
高灵敏度
分子发光分析法通常具 有很高的灵敏度，能够 检测出低浓度的目标物
。
选择性
某些发光分子可以与目 标物发生特异性反应， 从而提高分析的选择性
。
操作简便
分子发光分析法通常操 作简单，所需仪器设备 相对简单，便于现场快
速检测。
缺点
背景干扰
发光分析法容易受到环 境背景光的影响，如日 光、荧光等，导致检测
01
02
研发能够延长发光分子寿命 的技术，以减少检测过程中
的误差和不确定性。
03
04
克服背景干扰
研究和发展能够有效排除背 景光干扰的技术和方法，以 提高检测的稳定性和准确性
。
拓展应用领域
进一步探索发光分析法在环 境监测、生物医药、食品安 全等领域的应用，以满足更
广泛的需求。
06 结论
总结分子发光分析法的概况与重要性
结果不稳定。
发光衰减
某些发光分子的发光强 度会随时间衰减，影响 检测的准确性和稳定性
。
成本较高
某些高灵敏度的发光分 子和仪器设备成本较高 ，限制了其在某些领域
的应用。
未来发展方向与挑战
提高灵敏度和选择性
延长发光寿命
进一步研发具有更高灵敏度 和选择性的发光分子，以满 足更低检测限和更高准确性
的需求。
新型的分子发光分析方法和技术不断 涌现，如荧光免疫分析、荧光偏振免 疫分析、时间分辨荧光免疫分析等。
02
分子发光分析法的基本原理
分子发光的过程与机制
01
分子发光是指分子吸收能量后，由基态跃迁至激发态，再由激 发态回到基态时释放光子的过程。
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