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1、INSTRUMENTAL ANALYSIS9.1 分子发射光谱法MOLECULAR EMISSION SPECTROMETRY-分子发光基本原理-萤火虫水母荧光棒萤火虫荧光棒水母荧光防伪标志 诺奖的颁奖词绿色荧光蛋白在过去的10年中成为生物化学家、生物学家、医学家和其他研究人员的引路明灯，成为当代生物科学研究中最重要的工具之一。目录/CATALOG0102分子发光概述分子发光基本原理03荧光、磷光与分子结构的关系一、分子发光概述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。1、分子发光的类型 按激发模式分光致发光：日光灯化学发光：荧光棒生物发光：萤火虫
2、一、分子发光概述 荧光：10-710-9 s，第一激发单重态的最低振动能级基态 磷光：10-410s，第一激发三重态的最低振动能级基态 按分子激发态类型分 荧光:单重态 磷光：三重态2、单重态和三重态基态单重态（S0）电子是自旋成对S=0；M=2S+1=1 激发态分子 电子自旋成对；激发态单重态（S1）电子自旋平行 S=1；M=2S+1=3 激发态三重态（T1）基态单重态基态单重态S0激发态单重态激发态单重态S1激发态三重态（激发态三重态（T1）二、分子发光的基本原理1、分子能级与跃迁分子能级比原子能级复杂；在每个电子能级上，都存在振动、转动能级；基态(S0)激发态(S1、S2、激发态振动能级
3、)：吸收特定频率的辐射；量子化；跃迁一次到位；激发态基态：多种途径和方式(见能级图)；速度最快、激发态寿命最短的途径占优势；第一、第二、电子激发单重态 S1、S2；第一、第二、电子激发三重态 T1、T2 。S2S1T1T2S0电子能级电子能级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。传递途径辐射跃迁荧光延迟荧光磷光内转换外转换系间跨越振动弛豫无辐射跃迁激发态停留时间短、返回速度快的途径，发生的几率大，发光强度相对大；荧光：10-710-9 s,第一激发单重态的最低振动能级基态磷光：10-410s；第一激发三重态的最低振
4、动能级基态2.激发态基态的能量传递途径：非辐射能量传递过程 振动弛豫分子将多余的振动能量传递给介质而衰变到同一电子能级的最低振动能级的过程。发生振动弛豫的时间10-12-12 s。内转换 当S2的较低振动能级与S1的较高振动能级的能量相当或重叠时，分子有可能从S2的振动能级以无辐射方式过渡到S1的能量相等的振动能级上。（例如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”。系间跨越不同多重态,有重叠的转动能级间的非辐射跃迁。改变电子自旋，禁阻跃迁，通过自旋轨道耦合进行。荧光发射电子由第一激发单重态的最低振动能级基态
5、（多为 S1 S0跃迁），发射波长为 2的荧光；10-710-9 s。由图可见，发射荧光的能量比分子吸收的能量小，波长长；2 2 1。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）S0 激发振动弛豫内转移系间跨越振动弛豫 T1波长长；磷光的寿命：10-310 s。光照停止后，可持续一段时间。S2S1S0T1吸吸收收发发射射荧荧光光发发射射磷磷光光系间跨越系间跨越内转换内转换振动弛豫振动弛豫能能量量 2 1 3 外转换外转换 2T2内转换内转换振动弛豫振动弛豫Jablonski 能级图能级图三、荧光、磷光与分子结构的关系1、
6、分子产生荧光必须具备的条件荧光量子产率与激发态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。01具有合适的结构；02具有一定的荧光量子产率。荧光量子产率（）：三、荧光、磷光与分子结构的关系2.化合物的结构与荧光（1）共轭效应：提高共轭度有利于增加荧光效率并产生红移。（2）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。三、荧光、磷光与分子结构的关系（3）取代基效应：芳环上有供电基，使荧光增强。因为产生了p-共轭作用，增强了电子共轭程度，使最低激发单重态与基态之间的跃迁概率增大。（4）跃迁类型：*
7、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。n *：max 100 平均寿命10-510-7sec 对于有机荧光物质:*：max104 平均寿命10-710-9sec k ST小*是有机化合物产生荧光的主要跃迁类型。3、影响分子发光的环境因素（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。4、荧光、磷光的猝灭（1）猝灭发光分子与溶剂或溶质分子之间所发生的导致发光强度下降的物理或化学作用过程。与发光分子相互作用而引起发光强度下降的物质，称为猝灭剂。（2）动态猝灭与静态猝灭猝灭剂与发光物质的激发态分子之间的相互作用引起动态猝灭；猝灭剂与发光物质的基态分子之间的相互作用引起静态猝灭。