第四章荧光的猝灭
荧光的猝灭解析
5
在猝灭剂存在的情况下： 1M*表示为：[1M*]，同理可得：
I a (k f ki )[ M ] k q [Q ][ M *] 0
1 * 1
Ia [ M ] k f ki k q [Q ]
1 *
式中kq为双分子猝灭过程的速率常数。
6
在猝灭剂不存在和存在的情况下，荧光量子产率 分别为：
15
在电荷转移猝灭中，荧光物质的激发态分子与猝灭剂 分子相互碰撞时，最初形成了“遭遇配合物”，而后成为 实际的激态电荷转移配合物：
1
M Q M ...Q (M Q ) M Q hv
* 1 *
*
M ＋ Q ＋ KT
在介电常数小于10的非极性溶剂中，可观察到有激发态 转移配合物所产生的荧光。但其荧光与1M*的相比，光谱处
0 1 K SV [Q ]
式中：t为猝灭剂存在时测得的荧光寿命。 由上所述，若以F0/F对[Q]作图得一直线，斜率为Ksv。
直观的看，1/ Ksv的数值等于50％的荧光强度被猝灭时猝灭 剂的浓度。假如测定了猝灭剂不存在时的荧光寿命t0，便可 根据kq t0=Ksv的关系求得双分子猝灭过程的速率常数kq。
（3）此外，由于碰撞猝灭只影响到荧光分子的激发态，因 而并不改变荧光分子的吸收光谱。相反，基态配合物的生成 往往引起荧光分子吸收光谱的改变。
Cu2+
结合常数: 7.9×106
Chem. Commun., 2005, 3189–3191.
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4。 § 4.3 电荷转移猝灭
某些猝灭剂与荧光物质分子相互作用时，发生了电荷转 移反应，即氧化还原反应，即引起荧光的熄灭。由于激发态 分子往往比基态分子具有更强的氧化还原能力，也就是说， 激发态分子是比基态分子更强的电子给体和电子受体，因此 激发态分子更容易发生与其他物质的分子发生电荷转移作用 。 某些强的电子受体的物质，往往是有效的荧光猝灭剂。
荧光淬灭 ppt课件
荧光淬灭
荧光淬灭
荧光猝灭分为静态淬灭和动态淬灭
荧光淬灭
荧光猝灭
• 荧光猝灭（fluorescence quenching）是指荧光物质分子与溶剂分 子之间所发生的导致：荧光强度变化或相关的激发峰位变化或荧 光峰位变化物理或化学作用过程。
• 与荧光物质分子发生相互作用而引起荧光强度变化和相关的激发 峰位和荧光峰位变化的物质被称为荧光猝灭剂
荧光淬灭
• 静态猝灭的特征是基态荧光分子M和猝灭剂Q发生反应，生成非 荧光性物质，使M失去光谱特性。动态猝灭的特征是激发态M*和 Q碰撞，发生能量或电子转移从而失去荧光性，或生成瞬时激发 态复合物MQ*，使荧光分子M的荧光猝灭。动态猝灭通常并不改 变M的吸收光谱。
荧光淬灭
PET光致电子转移
• 分子经过特定波长的电磁波（可视光，紫外光等）照射后发生的 分子内部电子转移现象。
荧光淬灭
• 利用某种物质对某一种荧光物质的荧光猝灭作用而建立的对该猝 灭剂的荧光测定方法，即为荧光猝灭法。一般而言，荧光猝灭法 比直接荧光测定法更为灵敏，具有更高的选择性。
荧光淬灭
动态猝灭
• 激发态荧光分子与猝灭剂碰撞使其荧光猝灭则称为动态猝灭。
荧光淬弱的结合生成复合物，且该复合 物使荧光完全猝灭的现象称为静态猝灭。
荧光的淬灭quench及常见原因
荧光的淬灭quench及常见原因荧光淬灭（quench）是指荧光产生的过程中，由于外界的影响，导致激发态分子的能级跃迁被提前，使得荧光的产生被阻止或减弱的现象。
荧光淬灭是荧光研究中非常重要且广泛存在的现象，其产生的原因有很多。
下面我将详细说明荧光淬灭的常见原因。
一、非辐射淬灭非辐射淬灭是指激发态分子从高能级跃迁到低能级时不发生荧光辐射而产生淬灭。
这种淬灭的原因可以是以下几种。
1. 光化学反应：光化学反应是指分子在激发态下与其他分子发生化学反应，导致激发态能级的跃迁，从而淬灭荧光。
光化学反应的典型例子是光解反应和光化学氧化反应。
2. 能量传递：在某些分子中，能量可以通过共振作用传递给其他分子，从而引起荧光淬灭。
通常情况下，能量传递是通过分子之间的碰撞来实现的。
能量传递的过程中，高能级的激发态分子将能量传递给低能级的分子，导致激发态分子的能级跃迁被提前，从而抑制荧光的发生。
3. 结构效应：某些分子的结构中存在强烈的内禀电场或离子对，这些结构会干扰分子的能级跃迁，使得激发态分子的能级跃迁被提前，从而引起荧光淬灭。
典型的例子是金属离子对荧光的淬灭作用。
二、自失活自失活是指激发态荧光分子在发光前与自身发生非辐射跃迁，因而淬灭了自己的荧光。
自失活可以分为两种类型：1. 内部转换：内部转换是指激发态分子内部电子的重新排布，使得激发态能级的能量被消耗掉，从而淬灭了荧光。
内部转换是由于分子内部振动、转动或电子的自由运动等激发态分子内部的各种相互作用引起的。
2. 共振能量转移：共振能量转移是指激发态分子与周围分子发生相互作用，能量通过共振作用传递给周围分子，从而引起激发态能级的跃迁而淬灭荧光。
共振能量转移通常是通过分子之间的碰撞来实现的。
三、环境因素环境因素也是引起荧光淬灭的重要原因之一。
常见的环境因素包括溶剂、温度和氧气等。
1. 溶剂效应：不同溶剂对荧光的淬灭效应是不同的。
有些溶剂能够影响分子的振动和转动的自由度，从而影响能级跃迁的发生。
荧光猝灭机理
荧光猝灭机理介绍•荧光猝灭是指某些物质在光激发后，荧光强度消失或减弱的现象。
•研究荧光猝灭机理对于理解光电转换和光谱分析等领域具有重要意义。
荧光猝灭机理的分类动态猝灭1.基态猝灭–分子间相互作用引起的基态猝灭称为静态猝灭。
–基态猝灭主要包括自相互作用和相异构体猝灭。
2.激发态猝灭–激发态猝灭是通过能量传递的方式，使得荧光能量被转移至另一个分子或物质中。
–激发态猝灭包括物质本身的激发态猝灭和引起分子间相互作用的激发态猝灭。
静态猝灭1.自相互作用–自相互作用主要包括分子内自猝灭和分子间相互作用导致的自猝灭。
–分子内自猝灭通常是由于分子结构的特殊性质引起的，如紧密堆积、光共振等。
–分子间相互作用导致的自猝灭可以是分子之间的电子能级重叠引发的，也可以是分子间的非辐射能量传递引起的。
2.相异构体猝灭–相异构体猝灭是指同一分子具有两种或多种不同的构象，其中一种构象具有荧光性质，而其他构象则不具有荧光性质。
–相异构体猝灭通常是由于构象间共振耦合引起的。
荧光猝灭机理的研究方法光谱法1.斯托克斯位移–斯托克斯位移是指荧光峰峰值位置与激发峰峰值位置之间的差值。
–通过观察斯托克斯位移的大小和变化，可以推测荧光猝灭机理。
2.荧光寿命–荧光寿命是指荧光消失的时间。
–荧光寿命的变化可以用来探索荧光猝灭的速率和机理。
热力学法1.溶剂效应–溶剂对荧光猝灭有显著影响。
–通过研究在不同溶剂中的荧光猝灭行为，可以了解溶剂效应对荧光猝灭机理的影响。
2.温度效应–温度对荧光猝灭有重要影响。
–通过改变温度，可以探索温度对荧光猝灭速率和机理的影响。
荧光猝灭应用领域1.生物医学领域–荧光猝灭技术在生物医学研究中有广泛应用，包括分子探针、荧光染料和荧光标记等方面。
–通过研究荧光猝灭机理，可以设计更高效的荧光探针，提高生物医学检测的准确性和灵敏度。
2.材料科学领域–荧光猝灭技术在材料科学中有重要的应用，如电子器件、能源材料等。
–研究荧光猝灭机理对于设计新型材料和提高材料性能具有重要意义。
荧光猝灭原理
荧光猝灭原理
荧光猝灭是指荧光物质在特定条件下失去发射荧光的现象。
荧光猝灭原理是由于外部物质的作用导致荧光分子的能量损失或转化，使荧光不能继续发射。
荧光分子在激发态时，处于高能量状态，能够发出辐射光。
然而，环境中存在一些物质，如氧气、金属离子或有机溶剂等，它们与荧光分子发生相互作用，导致荧光分子的激发态能量发生转移或散失。
一种常见的猝灭机制是能量转移猝灭。
当与荧光分子接触的物质具有较高的能级，且能与荧光分子之间发生能量转移时，荧光分子的激发态能量会被传递给这些物质，使其激发或发生非辐射衰减。
这使荧光分子失去发射荧光的能力。
另一种常见的猝灭机制是自由基猝灭。
自由基是一种具有未成对电子的化学物质，它们具有很强的氧化性和活性。
当自由基与荧光分子相互作用时，荧光分子的激发态电子可能被自由基捕获，从而导致荧光猝灭。
除了以上两种机制外，还有其他一些因素可以导致荧光猝灭，如温度、溶剂极性和荧光分子本身的结构等。
总的来说，荧光分子的激发态能量受到外部物质的干扰和损失，导致无法发射荧光。
荧光猝灭的原理对于荧光分析和荧光检测等领域具有重要意义。
通过了解荧光猝灭的机制和影响因素，可以增强对荧光分子的控制和应用，提高荧光技术的灵敏度和准确性。
荧光猝灭
分子结构和化学环境是影响物质发射荧光和荧光强度的重要因素.
至少具有一个芳环或具有多个共轭双键的有机化合物容易产生荧
光,稠环化合物也会产生荧光.饱和的或只有一个双键的化合物,不呈
现显著的荧光.最简单的杂环化合物,如吡啶,呋喃,噻吩和吡咯等,
不产生荧光.
取代基的性质对荧光体的荧光特性和强度均有强烈影响.苯环上的
取代基会引起最大吸收波长的位移及相应荧光峰的改变.通常给电子基
团,如-NH2-,-OH,-OCH3,-NHCH3和-N(CH3)2等,使荧光增强;吸电
子基团,如-CL,-Br,-I,-NHCOCH3,-NO2和-COOH,使荧光减弱.具
有刚性结构的分子容易产生荧光.
大多数无机盐类金属离子不产生荧光,而某些情况下,金属螯合物
却能产生很强的荧光.
溶剂的性质,体系的PH值和温度,都会影响荧光的强度.
荧光分子与溶剂或其他分子之间相互作用,使荧光强度减弱的现象
称为荧光猝灭.引起荧光强度降低的物质称为猝灭剂.当荧光物质浓度
过大时,会产生自猝灭现象.。
荧光猝灭原理
荧光猝灭原理荧光猝灭是指荧光物质在激发态转变为基态的过程中，由于某种原因而失去能量的现象。
荧光猝灭原理是荧光光谱学中一个重要的研究课题，对于理解荧光物质的性质和应用具有重要意义。
首先，我们来看一下荧光猝灭的机制。
荧光物质在受到激发光照射后，电子跃迁至激发态，形成激发态分子。
在激发态分子存在的过程中，如果与其他分子发生碰撞，就可能导致激发态分子失去能量，从而回到基态。
这种失去能量的过程就是荧光猝灭。
荧光猝灭可以通过多种途径实现，比如通过分子间的碰撞传递能量、通过化学反应消耗能量等。
其次，荧光猝灭的影响因素。
荧光猝灭的效果受到许多因素的影响，其中包括温度、溶剂、杂质等。
温度的升高会加快分子的振动和旋转，增加分子间碰撞的频率，从而增加了荧光猝灭的可能性。
溶剂的极性也会对荧光猝灭产生影响，极性溶剂中的荧光物质更容易发生荧光猝灭。
此外，杂质的存在也会加速荧光猝灭的过程，因为杂质分子与荧光物质分子的碰撞会导致能量的传递。
最后，荧光猝灭的应用。
荧光猝灭原理在生物医学领域有着广泛的应用，比如生物成像、荧光探针等。
通过研究荧光猝灭原理，可以设计出更加灵敏的荧光探针，用于生物标记和生物成像。
此外，荧光猝灭还在材料科学、环境监测等领域有着重要的应用价值。
总之，荧光猝灭原理是荧光光谱学中一个重要的研究课题，对于理解荧光物质的性质和应用具有重要意义。
通过深入研究荧光猝灭的机制、影响因素和应用，可以更好地利用荧光猝灭原理，推动荧光光谱学和相关领域的发展。
几种荧光猝灭的方式
几种荧光猝灭的方式荧光猝灭是指在某些特定条件下，荧光物质的荧光强度会减弱或消失的现象。
荧光猝灭可以通过多种方式实现，下面将介绍几种常见的荧光猝灭方式。
一、静态猝灭静态猝灭是指在分子间存在非辐射能量转移的情况下，荧光物质的荧光强度会减弱或消失。
这种猝灭方式常见的机制有电子传递、能量传递和荧光共振能量转移等。
其中，电子传递是指由于电子给体和受体之间的能级差异，导致受体吸收电子给体的激发能量，使得电子给体的荧光被猝灭。
能量传递是指能量从荧光物质传递到其他分子或物质上，使荧光被猝灭。
荧光共振能量转移是指荧光物质与另一种分子之间存在共振能量转移的情况下，荧光被猝灭。
二、动态猝灭动态猝灭是指在溶液中，荧光物质的荧光强度会随着时间的推移逐渐减弱或消失。
这种猝灭方式常见的机制有自由基猝灭、氧气猝灭和分子碰撞猝灭等。
自由基猝灭是指由于自由基与荧光物质之间的反应，使荧光被猝灭。
氧气猝灭是指荧光物质与氧气之间的化学反应导致荧光被猝灭。
分子碰撞猝灭是指荧光物质与其他分子之间的碰撞，导致荧光被猝灭。
三、金属离子猝灭金属离子猝灭是指金属离子与荧光物质之间的相互作用，导致荧光被猝灭。
常见的金属离子猝灭方式有静态猝灭和动态猝灭。
静态猝灭是指金属离子与荧光物质之间形成络合物，使荧光被猝灭。
动态猝灭是指金属离子与荧光物质之间发生电子传递或能量传递的过程，导致荧光被猝灭。
四、溶剂效应猝灭溶剂效应猝灭是指溶剂对荧光物质荧光强度的影响。
常见的溶剂效应猝灭方式有静态猝灭和动态猝灭。
静态猝灭是指溶剂分子与荧光物质之间发生相互作用，导致荧光被猝灭。
动态猝灭是指溶剂分子与荧光物质分子之间发生碰撞，导致荧光被猝灭。
以上所述是几种常见的荧光猝灭方式，每种方式都有不同的机制和特点。
了解这些猝灭方式对于研究荧光物质的性质和应用具有重要意义。
在实际应用中，可以通过调节实验条件，选择合适的猝灭方式，来实现对荧光的控制和调节，从而实现更多的应用。
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在极性溶剂中，1M*的荧光被猝灭剂猝灭时，通常并 不伴随由基态电荷转移配合物所产生的荧光，代之而发生 的是遭遇配合物形成离子对，再经溶剂化作用转变为游离 的溶剂化离子。
1M
*
Q1M
*
••Q
M
S
QS
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具有重原子的猝灭剂分子，它们与荧光物质的激发态 分子所形成的电荷转移配合物，有利于电子自旋的改变， 以致发生电荷转移配合物的离解并伴随着经由三重态的能 量降低：
*对有效的猝灭剂，KSV≈102 － 103 L/mol.
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§4.2 静态猝灭
某些荧光物质溶液在加入一些猝灭剂之后，溶液的 荧光强度显著降低，溶液的吸收光谱有了明显的变化; 其 荧光强度随着温度的升高而增强。 这种现象可能是由于 荧光分子和猝灭剂之间形成不发光的基态配合物的结果。 这种现象称为静态猝灭。
某些强的电子受体的物质，往往是有效的荧光猝灭剂。
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在电荷转移猝灭中，荧光物质的激发态分子与猝灭剂 分子相互碰撞时，最初形成了“遭遇配合物”，而后成为 实际的激态电荷转移配合物：
1M * Q1M *...Q (M Q )* M Q hv
M ＋ Q ＋ KT 在介电常数小于10的非极性溶剂中，可观察到有激发态 转移配合物所产生的荧光。但其荧光与1M*的相比，光谱处 于更长的波长范围，且无精细结构。
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§4.1 动态猝灭
在动态猝灭过程中，荧光物质的激发态分子通过与 猝灭剂分子的碰撞作用，以能量转移的机制或电荷转移 的机制丧失其激发能而返回基态。
3
溶液中荧光物质分子M和猝灭剂Q相碰撞 而引起荧光熄灭。
比较速率
(1)M＋hυ→M* (吸光)
1
(2)M* k1 M＋hυ (发生荧光)
kf[ M* ]
反之，温度升高可能引起配合物的稳定度下降，从而减 小静态猝灭的常数。 （3）此外，由于碰撞猝灭只影响到荧光分子的激发态，因 而并不改变荧光分子的吸收光谱。相反，基态配合物的生成 往往引起荧光分子吸收光谱的改变。
Cu2+
结合常数: 7.9×106 Chem. Commun., 2005, 3189–3191.
第四章 溶液荧光的猝灭
1
荧光猝灭，广义地说包括了任何可使荧光强度降低的作用。 狭义的仅仅指那些由于荧光物质分子与溶剂或溶质分子之间所发 生的导致荧光强度下降的物理或化学作用过程。相互作用所引起 的荧光降低的现象，这些会引起荧光的猝灭的物质称为荧光猝灭 剂。
猝灭过程实际上是与发光过程相互竞争从而缩短发光分子激 发态寿命的过程。 动态猝灭：猝灭剂与荧光物质的激发态分子之间的相互作用 静态猝灭：猝灭剂与荧光物质的基态分子之间的相互作用
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§4。4.3 电荷转移猝灭
某些猝灭剂与荧光物质分子相互作用时，发生了电荷转 移反应，即氧化还原反应，即引起荧光的熄灭。由于激发态 分子往往比基态分子具有更强的氧化还原能力，也就是说， 激发态分子是比基态分子更强的电子给体和电子受体，因此 激发态分子更容易发生与其他物质的分子发生电荷转移作用 。
1M * Q1(M Q )*3M * Q M Q
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某些染料如甲基蓝的荧光可被Fe2＋猝灭，这是由于甲 基蓝的激发态分子与Fe2＋发生氧化还原反应： 例：甲基蓝荧光溶液被Fe2+离子熄灭
D + hυ → D* D* → D + hυ＇ D * + Fe2+ → D－ + Fe3+ D － + H→ DH（半醌） 2DH → D + DH2 （无色染料）
(3)M* +Q k2 M+ Q+ 热 (猝灭过程）kq[ M* ][Q]
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根据恒定态的假设，在连续的照射下，激发态荧光体 1M*会达到一个恒定值，即其生成速率与衰变速率相等， 1M*浓度保持不变，即：
d[1M *] 0 dt
在没有猝灭剂的情况下： 1M*表示为：[1M*]0，根据以上反 应式可得：
10
荧光分子和猝灭剂之间形成的不发光的基态配合物 ，可表示为：
M Q MQ
配合物的形成常数为：
K [MQ] [M ][Q]
11
荧光强度和猝灭剂浓度之间的关系，可推倒如下：
[M ]0 [M ] [MQ]
F0 F [M ]0 [M ] [MQ] K[Q]
F
[M ]
[M ]
即：
F0 1 K[Q] F
6
在猝灭剂不存在和存在的情况下，荧光量子产率 分别为：
0f
k f [1M * ]0 Ia
kf
kf
ki
f
k f [1M * ] Ia
kf
kf ki kq[Q]
7
于是，没有猝灭剂存在时荧光强度F0与存在猝灭 剂时的荧光强度F的比值为：
F0
0 f
kf
ki kq[Q] 1 kq[Q]
上式中 [M]0为荧光分子的总浓度；F0与F分别为猝灭 剂加入之前和加入之后所测得的荧光强度。
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区分动态猝灭与静态猝灭：
（1）最确切的方法是测量荧光体寿命； 对静态猝灭，猝灭剂的存在并没有改变荧光分子激发态的 寿命，因此t0/t=1; 对动态猝灭，猝灭剂的使荧光分子寿命缩短， t0/t=F0/F （2）动态猝灭由于与扩散有关，而温度升高时溶液的粘度下 降，同时双分子的运动加速，其结果使扩散系数增大，从而 增大双分子猝灭常数。
0
1 KSV [Q]
式中：t为猝灭剂存在时测得的荧光寿命。
由上所述，若以F0/F对[Q]作图得一直线，斜率为Ksv。 直观的看，1/ Ksv的数值等于50％的荧光强度被猝灭时猝灭 剂的浓度。假如测定了猝灭剂不存在时的荧光寿命t0，便可 根据kq t0=Ksv的关系求得双分子猝灭过程的速率常数kq。
Ia (k f ki )[1M *]0 0
[1M * ]0
Ia
k f ki
5
在猝灭剂存在的情况下： 1M*表示为：[1M*]，同理可得：
Ia (k f ki )[1M *] kq[Q][1M *] 0
[1M *]
Iak Biblioteka ki kq[Q]式中kq为双分子猝灭过程的速率常数。
F f
k f ki
k f ki
1 kq 0[Q] 1 KSV [Q]
该式为Stern－Volmmer方程。
t0为没有猝灭剂时测得的荧光寿命； Ksv为Stern－Volmer猝灭常数，是双分子猝灭速率常数
与单分子衰变速率常数的比值。
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根据没有猝灭剂与存在猝灭剂时荧光寿命的不同， 可得Stern－Volmer方程式的另一种表示形式：