最新7分子发光分析法
3.荧光与分子结构的关系
3). 取代基效应
(B)吸电子取代基减弱荧光、加强磷光
—C=0, — COOH , —NO2,不 产生 p →π共轭
O
NO2
硝基苯:不产生荧光、弱磷光
二苯甲酮:弱荧光、强磷光 S1 →T1的系间窜跃产率接近1
7-2 提要 返回
(C)取代基的位置
空间位阻对荧光发射的影响
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4.影响荧光强度的因素
② 电荷转移猝灭 发生氧化还原反应
M * F e 2 M F e 3
甲基蓝 分子
甲基蓝 离子
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4.影响荧光强度的因素
③转入三重态猝灭 含有减弱荧光的电子取代基,如
羧基、羰基、硝基、重氮化合物、重 原子,常发生S1→T1
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3. 荧光和磷光光谱的产生
(1)荧光:
S1或T1 发光 S0
无论开始电子被激发至什么高能级,它
都经过无辐射去激消耗能量后到S1的最低 振动能级,发射荧光,荧光波长比激发
光波长长。
荧>激
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VR S2
IC VR
S1
VR:振动驰豫 IC:内部转换 ISC:系间窜跃
ISC T1
1). 共轭效应:产生荧光的有机物质,都 含有共轭双键体系,共轭体系越大,离域 大π键的电子越容易激发,荧光与磷光越容 易产生。
化合物 苯 萘
蒽
F
0.11 0.29
λexmax(nm) 205 286
λemmax (nm) 278 321
0.46 365 400
丁省 0.60 390 480
戊省 0.52 580 640
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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。
7-2 提要 返回
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3.荧光与分子结构的关系
• 3). 取代基效应 (A)给电子取代剂加强荧光
—HN2, — NHR , —NR2, — OH — OR , — CN,产生 p →π共轭
4.影响荧光强度的因素
• (2)温度、酸度和溶剂的影响 温度:低温下测定,提高灵敏度 酸度:大多数含有酸性或碱性基团的
芳香族化合物的荧光性质受溶液pH的 影响很大 溶剂:极性↑,λf↑ , If ↑ • (3)表面活性剂的影响:增敏作用
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7-3 荧光分析仪器
• 一、基本装置及主要构件 光源、单色器、样品池、狭缝、
VR:振动驰豫 IC:内部转换 ISC:系间窜跃
ISC T1
S0 吸光
吸光
S0
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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
-O3S
H3C N CH3
H 3 C N CH 3 SO 3 -
F=0.75
F=0.03
立体异构体对荧光发射的影响
H C C H
反式二苯乙烯 强荧光物质
C
C
H
H
顺式二苯乙烯 非荧光物质
7-2
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3.荧光与分子结构的关系
4)跃迁的类型 π * →π π* → n
n →π* κmax< 100 平均寿命10-5~10-7 sec
光电倍增管、读出装置 • 二、荧光分光光度计
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二、荧光分光光度计
荧光分光光度计主机 结构
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4.影响荧光强度的因素
①自猝灭与自吸收 当荧光物质的浓度大于1g/L时,常发生
荧光的自猝灭(浓度猝灭) 自吸收: D* Dhv 由于f < 1,使荧
Dhv D* 光强度减弱或消失.
形成二聚体: 1D *D 1(D *D)
由于二聚体不发荧光,或发射荧光的 能量有改变,造成自猝灭现象。
7分子发光分析法
主要内容
• 7-1 概述 • 7-2 分子荧光分析法及其原理 • 7-3 荧光分析仪器 • 7-4 定量分析方法 • 7-5 化学发光分析法 • 7-6 分子发光分析法的应用
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VR S2
IC VR
S1
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激发光谱
固定em 荧光波长
I
ex
7-2
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二、分子荧光分析的基本原理 • 发射光谱(荧光光谱):固定激发波长,
扫描发射波长
I
e7m-2 提要 返回
2.荧光强度及其与浓度的关系
• (1)荧光量子产率Φf
Φf 吸 发 收 射 的 光 光 子 子 数 数
• (2)荧光强度与浓度的关系
If= K 'Φ fI0 (1 -e -A )= K C
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3.荧光与分子结构的关系
• 1) 共轭效应 • 2) 刚性平面结构 • 3) 取代基效应
(A)给电子取代剂加强荧光 (B)吸电子取代基减弱荧光 (C)取代基的位置 • 4)跃迁的类型
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3.荧光与分子结构的关系
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VR S2
IC VR
VR:振动驰豫 IC:内部转换 ISC:系间窜跃
ISC VR T1
S0
S0
吸光 吸光 荧光
磷光
分子荧光、磷光光谱产生过程示意图
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二、分子荧光分析的基本原理 • 1.激发光谱和荧光谱 • 激发光谱:荧光和磷光均为光致发光, 合适的激发光波长需根据激发光谱确 定——激发光谱是在固定荧光波长下, 测量荧光体的荧光强度随激发波长变化 的光谱
S0
S0
吸光 吸光 荧光
分子荧光光谱产生过程示意图
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(2)磷光
• 从T1 S1要改变电子自旋,发光速度 慢,约为 10-4 ~ 10s,光照停止后,磷 光仍可持续一段时间
• 分子相互碰撞的无辐射能量埙耗大, 所以磷光的波长更长
磷 > 荧> 激 * 易产生荧光 n * 易产生磷光
π→π* κmax≥104 平均寿命10-7~10-9 sec
π*→π 是有机化合物产生荧光的主要
跃迁类型,主要是不含N、S、O的不饱 和化合物。
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4.影响荧光强度的因素
(1). 荧光的猝灭 • 荧 光 猝灭:荧光分子与溶剂分子或
其它溶质分子相互作用引起荧光强 度降低或消失的现象。 • 荧光猝灭剂:能使荧光强度减弱的 溶剂分子或其它溶质分子称为荧光 猝灭剂。
分子发光分析法五种去活化过程
分子发光分析法五种去活化过程
一、表面活性剂洗涤
表面活性剂洗涤是一种常见的去活化过程,洗涤分子表面上的污染物,降低并去除和阻止分子表面上的污染物对发光特性的影响。
分子活性剂洗
涤试剂可以根据需要分类,包括非离子表面活性剂、离子表面活性剂和混
合表面活性剂。
通常情况下,洗涤剂应与活性剂结合,以提高洗涤效率,
同时具有良好的低温过程安全。
表面活性剂洗涤可以减少分子表面的污染物,从而改善样品的发光特性,如改善发射光谱,提高发射效率,并可能
改善分子检测的灵敏度。
二、抗化学处理
抗化学处理是指在特定条件下,通过在分子表面涂覆一层屏蔽膜,阻
止日常活动(如体积缩小,局部温度升高等)对分子表面造成的影响,从
而保持稳定性和发光性质。
抗化学处理可以在低温下进行,不改变分子组成,而且耐受性更好。
三、光致化学聚合
光致化学聚合是将分子用光进行处理,使用不同的光谱来影响分子的
特性,使其可以在恒定的环境中提供更稳定的发光性能。
四、气氛处理
气氛处理是指在恒定温度和压力的环境下,利用气体作用去活化分子
表面。
该过程可以去除表面污染物,改善发光特性,如改善发射光谱或提
高发射效率。
最新分子发光分析法
(4)取代基效应
1)给电子取代剂加强荧光
• —HN2, — NHR , —NR2, — OH, — OR , — CN
• 产生 p →π共轭
化合物
λ
em max
(nm)
相对荧光强度
苯
278~31 0 10
苯酚
285~3 65 18
苯胺 苯基氰 苯甲醚
激发光谱和发射光谱的关系
• A . Stokes位移
• B .发射光谱的形状与激发波长无关
• C . 镜像规则
A.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。
• 激发:基态→第一激发态各振动能级,振动能 级越高,能级差越大,波长就越短。
• • 发射荧光:从第一激发态的最低振动能级→基
310~40 280~39 285~34
5
0
5
20
20
20
2)吸电子取代基减弱荧光、加强磷光
• 芳环上被F、Cl、Br、I 取代后,使系间窜跃 加强,磷光增强,荧光减弱。其荧光强度随卤 素原子量增加而减弱,磷光相应增强,这种效 应为重原子效应。 其原因是重原子的电子自旋和轨道运动间的相 互作用变大,原子核附近产生磁场,使单重态 向多重态系间跨越的几率增加。
(2)影响荧光强度的因素
• 溶剂的影响(增大溶剂的极性荧光增强) • 温度的影响 • 酸度的影响(芳香族化合物的官能团,金属与有
机试剂螯合)
• 内滤光和自吸收现象 • 散射光的影响
(3)溶液荧光的猝灭
荧光物质分子与溶剂分子或其他溶质分子的相互作用
引起荧光强度降低或荧光强度不与浓度成线性关系
的现象称为荧光猝灭。
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
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。
分子发光分析法精专业资料
2021/9/14
(3)液相中的化学发光反应
Cu、机M理n研、究Co较、多V、,F在e、分C析r、中C应e用、最Hg多、;Th可等测。痕量的H2O2 、 应用最多的发光试剂:鲁米诺(3-氨基苯二甲酰肼); 化学发光反应效率:0.15~0. 05; 鲁米诺在碱性溶液中与双氧水的反应过程:
2021/9/14
4.化学发光反应的类型
(1)气相化学发光反应
a. 一氧化氮与O3的发光反应 NO + O3 → NO2* NO2* → NO2 + h
发射的光谱范围:600~875nm,灵敏度1ng/cm-3; b.氧原子与SO2、NO、CO的发光反应
O3 → O2 + O (1000 C石英管中进行) SO2 + O + O → SO2* + O2 SO2 * → SO2* + h 最大发射波长:200nm;灵敏度1ng/cm-3;
2021/9/14
生物发光分析应用 1
在pH 7~8;荧光素酶(E)和Mg2+的存在下,荧光素
(LH2)与磷酸三腺甙(ATP)的反应,生成磷酸腺甙(AMP)荧光
发射的光谱范围:600~875nm,灵敏度1ng/cm-3;
Байду номын сангаас
复AA素合TM和P物P荧·+与LL光H氧H素反·+酸E应E+的,+O复M产合g生物化和学[镁氧发的化光焦荧:A磷光M酸素P·盐]L*(Hp+p·iA)E:M+PM+Cg Oppi++H2OH 最在挥化化烟C鲁Kd发最(最装N灵在 发在(鲁发烟OcHO3为大富发学学酰米射大1大置敏富射化2米射酰/d22) )→t反O发 氢 性 发 发 胺 诺 光 发 发 流 度 氢光 学 诺 光 胺=在+*可O应射火硫光光腺在强射射程1火 谱反在谱腺K→n一2c2检速波焰化反反嘌碱度波波:焰 范应碱范嘌g;H+定/C测c率长中物应应呤性与长长中 围过性围呤→OHm条低常::效存二溶硫:, :程溶:二S42-(件9N3OO至数率在核液化也 中液核26365;O12下0906+n。:于苷中物存 ,中苷010000、+m,0h0~~nn生酸与浓在 某与酸00-mmH;H峰.957物双度着些双((2;;207NNmS值00OC体氧的很 化氧AAonn、光石DDlmm水平强 合水(/2L萤HHC强英2;;的方的 物的的))H火在在度管3反成化 接反H虫细细S与中2应正学 受应H、O菌菌被进、过比发 能过2海中中测行;程。光 量程C洋的的物)H:反 而:发黄黄浓3应 被2S光素素度C; 激生酶 酶H成发3物作作线2等,+)用用性中在从下下;,富激,,称氢发p在在生H火态氧氧物焰7返化化发中-回型型光燃8基黄黄(烧b态素素io,时l单单u产,m核核生i发n苷苷e很射s酸酸c强出e((FF的n一cMM化e定AA)。学))波存存发长在在2光的下下(光,,蓝。发发色生生)发发:光光反反应应
第五章分子发光分析法
固定发射波长(选最大发射波长),扫描激发波长,可获得 化合物发射的荧光(磷光)强度与激发波长的关系曲线。
通过激发光谱,选择最佳激发波长——发射荧光(磷光) 强度最大的激发光波长,常用λex表示。
2020/8/13
2.发射光谱
固定激发波
荧光发射光谱 荧光激发光谱
磷光光谱
长(选最大激发波
长),扫描发射波
一、荧光与磷光的产生过程
基态分子吸收能量(光能、化学能、电能或热能等) ,电 子由基态跃迁到激发态,当电子由激发态返回基态时发射电 磁辐射(即光)的形式释放能量,就称为“发光”。
M + 能量 →M* →M + 热量
→M + h ′
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。
荧光 延迟荧光 磷光
系间跨越 内转移 外转移 振动弛豫
激发态停留时间短、返回速度快的途径,发生的几率大, 发光强度相对大; 荧光:10-7~10 -9 s, 第一激发单重态的最低振动能级→基态; 磷光:10-4~10 s, 第一激发三重态的最低振动能级→基态。
2020/8/13
内转换
振动弛豫 内转换
M + h → M* → M + h ′
荧光和磷光属于光致发光。
2020/8/13
1. 分子能级的状态
(1)、电子能级
单重态和三重态 ΔEe=419kJ/mol
(2)、同一电子能级内,具有不同的振动能级
同等条件下,Tn小于Sn
ΔEv=21kJ/mol
Sn or Tn
第n激发态
S2
第二激发单 重态
S0 基态 S0
S0→T1 禁阻跃迁; 通过其他途径(系间跨 越);进入的几率小。 基态用S0表示 单重态用S1—Sn表示 三重态用T1—Tn表示
