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1、一、分子荧光与磷光产生过程一、分子荧光与磷光产生过程luminescence process of molecular fluorescence phosphorescence二、激发光谱与荧光光谱二、激发光谱与荧光光谱excitation spectrum and fluore-scence spectrum三、荧光的产生与分子结构关系三、荧光的产生与分子结构关系 relation between fluorescence and molecular structure四、影响荧光强度的因素四、影响荧光强度的因素factor influenced fluorescencemolecular
2、luminescenceanalysis molecular fluorescence and phosphorescence第五章第五章分子发光分析法分子发光分析法节节分子荧光和磷光分子荧光和磷光chapter5 分子磷光和荧光共80页，您现在浏览的是第1页!光分析法及其特点光分析法及其特点概念概念基于电磁辐射能量与待测物质相互作用后所产生基于电磁辐射能量与待测物质相互作用后所产生的辐射信号与物质组成及结构关系所建立起来的的辐射信号与物质组成及结构关系所建立起来的分析方法分析方法相互作用方式相互作用方式发射、吸收、反射、折射、散射、干涉、衍射等发射、吸收、反射、折射、散射、干涉、衍射等cha
3、pter5 分子磷光和荧光共80页，您现在浏览的是第2页!电磁辐射基本性质电磁辐射基本性质 (1)吸收吸收 物质选择性吸收特定频率的辐射能，并从低能物质选择性吸收特定频率的辐射能，并从低能 级跃迁到高能级；级跃迁到高能级；(2)发射发射 将吸收的能量以光的形式释放出；将吸收的能量以光的形式释放出；(3)散射散射 丁铎尔散射和分子散射；丁铎尔散射和分子散射；(4)折射折射 折射是光在两种介质中的传播速度不同；折射是光在两种介质中的传播速度不同；(5)反射反射 (6)干涉干涉 干涉现象；干涉现象；(7)衍射衍射 光绕过物体而弯曲地向他后面传播的现象；光绕过物体而弯曲地向他后面传播的现象；(8)偏振
4、偏振 只在一个固定方向有振动的光称为平面偏振光。只在一个固定方向有振动的光称为平面偏振光。chapter5 分子磷光和荧光共80页，您现在浏览的是第3页!三个基本过程三个基本过程（1）能源提供能量能源提供能量（2）能量与被测物之间的相互作用能量与被测物之间的相互作用（3）产生信号产生信号基本特点基本特点（1）所有光分析法均包含三个基本过程）所有光分析法均包含三个基本过程（2）选择性测量，不涉及混合物分离）选择性测量，不涉及混合物分离（3）涉及大量光学元件）涉及大量光学元件chapter5 分子磷光和荧光共80页，您现在浏览的是第4页!（2）分子光谱）分子光谱基于分子中电子能级、振基于分子中电子
5、能级、振-转能级跃迁转能级跃迁紫外光谱法（紫外光谱法（UV）红外光谱法（红外光谱法（IR）分子荧光光谱法（分子荧光光谱法（MFS）分子磷光光谱法（分子磷光光谱法（MPS）核磁共振与顺磁共振波谱（核磁共振与顺磁共振波谱（NMR）2、非光谱法、非光谱法不涉及能级跃迁，物质与辐射作用时，仅改变转播方向不涉及能级跃迁，物质与辐射作用时，仅改变转播方向等物理性质；等物理性质；偏振法、干涉法（测膜厚和折射率）、旋光法等偏振法、干涉法（测膜厚和折射率）、旋光法等chapter5 分子磷光和荧光共80页，您现在浏览的是第5页!各种光分析法各种光分析法1.原子发射光谱分析法原子发射光谱分析法 以火焰、电弧、等离
6、子炬等作为光源，使气态原子以火焰、电弧、等离子炬等作为光源，使气态原子的外层电子受激发射出特征光谱进行定量分析的方法的外层电子受激发射出特征光谱进行定量分析的方法2.原子吸收光谱分析法原子吸收光谱分析法 利用特殊光源发射出待测元素的共振线，并将溶液利用特殊光源发射出待测元素的共振线，并将溶液中离子转变成气态原子后，测定气态原子对共振线吸中离子转变成气态原子后，测定气态原子对共振线吸收而进行的定量分析方法收而进行的定量分析方法chapter5 分子磷光和荧光共80页，您现在浏览的是第6页!5.分子磷光分析法分子磷光分析法 处于最低单重激发态分子以无辐射弛豫方式进入三处于最低单重激发态分子以无辐射
7、弛豫方式进入三重激发态，再跃迁返回基态发出磷光。测定磷光强度进重激发态，再跃迁返回基态发出磷光。测定磷光强度进行定量分析的方法。行定量分析的方法。6.X射线荧光分析法射线荧光分析法 原子受高能辐射，其内层电子发生能级跃迁，发射原子受高能辐射，其内层电子发生能级跃迁，发射出特征出特征X射线（射线（X射线荧光），测定其强度可进行定量射线荧光），测定其强度可进行定量分析。分析。7.化学发光分析法化学发光分析法 利用化学反应提供能量，使待测分子被激发，返回利用化学反应提供能量，使待测分子被激发，返回基态时发出一定波长的光，依据其强度与待测物浓度基态时发出一定波长的光，依据其强度与待测物浓度之间的线性关
8、系进行定量分析的方法。之间的线性关系进行定量分析的方法。chapter5 分子磷光和荧光共80页，您现在浏览的是第7页!11.顺磁共振波谱分析法顺磁共振波谱分析法 在外磁场的作用下，电子的自旋磁矩与磁场相互作在外磁场的作用下，电子的自旋磁矩与磁场相互作用而裂分为磁量子数不同的磁能级，吸收微波辐射后产用而裂分为磁量子数不同的磁能级，吸收微波辐射后产生能级跃迁，根据吸收光谱可进行结构分析。生能级跃迁，根据吸收光谱可进行结构分析。12.旋光法旋光法 溶液的旋光性与分子的非对称结构有密切关系，可溶液的旋光性与分子的非对称结构有密切关系，可利用旋光法研究某些天然产物及配合物的立体化学问题，利用旋光法研究
9、某些天然产物及配合物的立体化学问题，旋光计测定糖的含量。旋光计测定糖的含量。13.衍射法衍射法 X射线衍射：研究晶体结构，不同晶体具有不同衍射图射线衍射：研究晶体结构，不同晶体具有不同衍射图 电子衍射：电子衍射是透射电子显微镜的基础，研究物电子衍射：电子衍射是透射电子显微镜的基础，研究物质的内部组织结构。质的内部组织结构。chapter5 分子磷光和荧光共80页，您现在浏览的是第8页!2.电子激发态的多重度电子激发态的多重度电子激发态的多重度：电子激发态的多重度：M=2S+1 S为电子自旋量子数的代数和为电子自旋量子数的代数和(0或或1)；分分子子中中一一对对电电子子为为自自旋旋反反平平行行，
10、S=0，M=1，这这种种态态被被称称为为单单重重态或单线态，大多数有机分子的基态处于单重态。态或单线态，大多数有机分子的基态处于单重态。处处于于S0态态的的一一对对电电子子吸吸收收光光子子受受激激后后，产产生生了了在在两两个个轨轨道道中中自自旋旋方方向向平平行行的的电电子子，这这时时S=1，M=3，这这种种状状态态称称为为三三重重态态或或三三线线态。态。平平行行自自旋旋比比成成对对自自旋旋稳稳定定(洪洪特特规规则则)，三三重重态态能能级级比比相相应应单单重重态能级低；态能级低；chapter5 分子磷光和荧光共80页，您现在浏览的是第9页!S2S1S0T1吸吸 收收发发射射荧荧光光发发射射磷磷
11、光光系间跨跃系间跨跃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chapter5 分子磷光和荧光共80页，您现在浏览的是第10页!3)系间跨跃系间跨跃 指不同多重态间的无辐射跃迁，例如指不同多重态间的无辐射跃迁，例如S1T1就是一就是一种系间跨跃。通常，发生系间跨跃时，电子由种系间跨跃。通常，发生系间跨跃时，电子由S1的较的较低振动能级转移至低振动能级转移至T1的较高振动能级处。的较高振动能级处。有时，通过有时，通过热激发，有可能发生热激发，有可能发生T1S1，然后由，然后由S1发生荧光。这是产生延迟荧光的机理。发生荧光。这是产生延迟荧光的机
12、理。4)外转换外转换(External Conversion，EC)受激分子与溶剂或其它溶质分子相互作用发生能量受激分子与溶剂或其它溶质分子相互作用发生能量转换而使荧光或磷光强度减弱甚至消失的过程，也称转换而使荧光或磷光强度减弱甚至消失的过程，也称“熄灭熄灭”或或“猝灭猝灭”。chapter5 分子磷光和荧光共80页，您现在浏览的是第11页!二、激发光谱与荧光二、激发光谱与荧光(磷光磷光)光谱光谱 excitation spectrum and fluore-scence spectrum 荧光荧光(磷光磷光)：光致发光光致发光，照射光波长如何选择？，照射光波长如何选择？1.荧光荧光(磷光磷光
13、)的激发光谱曲线的激发光谱曲线 激激发发光光的的光光源源用用单单色色器器分分光光，测测定定不不同同波波长长激激发发光光照照射射下下荧荧光光强强度度的的变变化化。以以激激发发波波长长（）为为横横坐坐标标，荧荧光光强强度度（IF）为为纵纵坐坐标标作作图图，便便可可得得到到荧荧光光物物质质的的激激发发光光谱谱 （图图中中曲线曲线I）。激发光谱中荧光强度最大处所对应的激发波长称为最大激发激发光谱中荧光强度最大处所对应的激发波长称为最大激发波长。波长。激发光谱的形状与测量时选择的发射波长无关，但其激发光谱的形状与测量时选择的发射波长无关，但其相对强度与发射波长有关。通常用最大激发波长辐射样品。相对强度与
14、发射波长有关。通常用最大激发波长辐射样品。chapter5 分子磷光和荧光共80页，您现在浏览的是第12页!chapter5 分子磷光和荧光共80页，您现在浏览的是第13页!镜像规则的解释镜像规则的解释chapter5 分子磷光和荧光共80页，您现在浏览的是第14页!解释解释2：位能曲线位能曲线(Frank-Condon原理原理)由于电子吸收跃迁速率极快由于电子吸收跃迁速率极快(10-15s)，此时核的相对位置可视，此时核的相对位置可视为不变为不变(核较重核较重)。当两个能层间吸收跃迁的几率越大，其相反。当两个能层间吸收跃迁的几率越大，其相反跃迁的几率也越大，即产生的光谱呈镜像对称跃迁的几率也
15、越大，即产生的光谱呈镜像对称。chapter5 分子磷光和荧光共80页，您现在浏览的是第15页!三、荧光的产生与分子结构的关系三、荧光的产生与分子结构的关系 relation between fluorescence and molecular structure 1.1.分子产生荧光必须具备的条件分子产生荧光必须具备的条件（1）具具有有合合适适的的结结构构：分分子子必必须须具具有有与与所所照照射射的的辐辐射射频频率率相相适应的结构适应的结构,才能吸收激发光；才能吸收激发光；（2）具有一定的荧光量子产率。）具有一定的荧光量子产率。荧光量子产率也叫荧光效率荧光量子产率也叫荧光效率或量子效率，它表
16、示物质发射荧光的能力，通常用下式表示或量子效率，它表示物质发射荧光的能力，通常用下式表示 荧光量子产率（荧光量子产率（）：）：在在产产生生荧荧光光的的过过程程中中，涉涉及及到到许许多多辐辐射射和和无无辐辐射射跃跃迁迁过过程程，如如荧荧光光发发射射、内内转转移移、系系间间跨跨跃跃和和外外转转移移等等。因因此此，荧荧光光的的量子产率，将与上述每一个过程的速率常数有关。量子产率，将与上述每一个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。如外转换过程速度快，不出现荧光发射。chapter5 分子磷光和荧光共80页，您现在浏览的是第16页!(2)共轭效应共轭效应 容易实现容易实现 激发激发
17、的芳香族化合物容易发生荧光，能发生的芳香族化合物容易发生荧光，能发生荧光的脂肪族和脂环族化合物极少荧光的脂肪族和脂环族化合物极少(仅少数高度共轭体系化合物除仅少数高度共轭体系化合物除外外)。此外，此外，增加体系的共轭度，荧光效率一般也将增大。增加体系的共轭度，荧光效率一般也将增大。例如：在多烯结构中，例如：在多烯结构中，Ph(CH=CH)3 Ph和和Ph(CH=CH)2 Ph在苯中在苯中的荧光效率分别为的荧光效率分别为0.68和和0.28。共轭效应使荧光增强的原因共轭效应使荧光增强的原因：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
18、激发态分子，从而有利于荧光的发生。的激发态分子，从而有利于荧光的发生。chapter5 分子磷光和荧光共80页，您现在浏览的是第17页!卤素取代基随原子序数的增加而荧光降低。这可能是由所卤素取代基随原子序数的增加而荧光降低。这可能是由所谓谓“重原子效应重原子效应”使系间窜跃速率增加所致使系间窜跃速率增加所致。在重原子中，。在重原子中，能级之间的交叉现象比较严重，因此容易发生自旋轨道的相能级之间的交叉现象比较严重，因此容易发生自旋轨道的相互作用，增加了由单重态转化为三重态的概率。互作用，增加了由单重态转化为三重态的概率。取代基的空间障碍对荧光也有影响。取代基的空间障碍对荧光也有影响。立体异构现象
19、对荧立体异构现象对荧光强度有显著的影响。光强度有显著的影响。5、金属螯合物的荧光、金属螯合物的荧光 除过渡元素的顺磁性原子会发生线状荧光光谱外，除过渡元素的顺磁性原子会发生线状荧光光谱外，大多大多数无机盐类金属离子，在溶液中只能发生无辐射跃迁，因而数无机盐类金属离子，在溶液中只能发生无辐射跃迁，因而不产生荧光。不产生荧光。但是，在某些情况下，金属螯合物却能产生很但是，在某些情况下，金属螯合物却能产生很强的荧光，并可用于痕量金属元素分析。强的荧光，并可用于痕量金属元素分析。chapter5 分子磷光和荧光共80页，您现在浏览的是第18页!chapter5 分子磷光和荧光共80页，您现在浏览的是第
20、19页!荧光物质在不同的溶剂中的荧光光谱可能会有显著不同。荧光物质在不同的溶剂中的荧光光谱可能会有显著不同。有的情况，有的情况，增大溶剂的极性，增大溶剂的极性，将使将使n 跃迁的能量增大，跃迁的能量增大，跃迁的能量减小，跃迁的能量减小，而导致荧光增强，荧光峰红移。而导致荧光增强，荧光峰红移。但也但也有相反的情况，有相反的情况，例如，苯胺、萘磺酸类化合物在戊醇、丁醇、例如，苯胺、萘磺酸类化合物在戊醇、丁醇、丙醇、乙醇和甲醇中，随着醇的极性增大，荧光强度减小，丙醇、乙醇和甲醇中，随着醇的极性增大，荧光强度减小，荧光峰蓝移。荧光峰蓝移。因此荧光光谱的位置和强度与溶剂极性之间的因此荧光光谱的位置和强度
21、与溶剂极性之间的关系，应根据荧光物质与溶剂的不同而异。关系，应根据荧光物质与溶剂的不同而异。如果溶剂和荧光物质形成了化合物，或溶剂使荧光物质如果溶剂和荧光物质形成了化合物，或溶剂使荧光物质的电性状态改变，则荧光峰位和强度都会发生较大的变化。的电性状态改变，则荧光峰位和强度都会发生较大的变化。chapter5 分子磷光和荧光共80页，您现在浏览的是第20页!对于金属离子与有机试剂形成的发光对于金属离子与有机试剂形成的发光螯螯合物，合物，一方面一方面pH会会影响合影响合螯螯物的形成，另一方面还会影响物的形成，另一方面还会影响螯螯合物的组成，从而影合物的组成，从而影响它们的荧光性质。响它们的荧光性质
22、。内滤光作用和自吸收现象内滤光作用和自吸收现象 溶液中若存在能吸收激发或荧光物质所发射光能的物质，溶液中若存在能吸收激发或荧光物质所发射光能的物质，就会使荧光减弱，就会使荧光减弱，这种现象称为这种现象称为“内滤光作用内滤光作用”。如色胺酸中如色胺酸中的重铬酸钾的重铬酸钾。如如荧光物质的荧光发射光谱的短波长的一端与该物质的吸荧光物质的荧光发射光谱的短波长的一端与该物质的吸收光谱的长波长一端有重叠收光谱的长波长一端有重叠，产生产生“自吸收自吸收”现象现象，而降低了而降低了溶液的荧光强度溶液的荧光强度，如蒽化合物如蒽化合物。chapter5 分子磷光和荧光共80页，您现在浏览的是第21页!静态猝灭静
23、态猝灭(组成化合物的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。物而产生的。此过程往往还会引起溶液吸收光谱的改变。此过程往往还会引起溶液吸收光谱的改变。转入三重态的猝灭转入三重态的猝灭 分子由于系间的跨越跃迁，由单重态跃迁到三重态。转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。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。溶液中的溶解氧对有机化合物的荧光产
24、生猝灭效应。是由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，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。光猝灭。chapter5 分子磷光和荧光共80页，您现在浏览的是第22页!一、一、仪器与结构流程仪器与结构流程instrument and general process 二、二、荧光分析法和应用荧光分析法和应用fluorescence analysis and application三、三、磷光分析法的应用磷光分析法的应用phosphorescence ana
25、lysis and application第二节 分子荧光与磷光分析法molecular luminescenceanalysis molecular fluorescence and phosphorescence analysis 第五章第五章分子发光分析法分子发光分析法chapter5 分子磷光和荧光共80页，您现在浏览的是第23页!仪仪器器光光路路图图chapter5 分子磷光和荧光共80页，您现在浏览的是第24页!同步扫描技术同步扫描技术 根根据据激激发发和和发发射射单单色色器器在在扫扫描描过过程程中中彼彼此此间间所所保保持持的的关关系系，同同步步扫扫描描可可分分为为固固定定波波长长
26、差差()和和固固定定能能量量差差及及可可变波长三种；变波长三种；同同步步扫扫描描技技术术可可简简化化光光谱谱，谱谱带带变变窄窄，减减少少光光谱谱重重叠叠，提提高高分分辨辨率率；如图。如图。合适的合适的可可减少光谱重叠；减少光谱重叠；酪酪氨氨酸酸和和色色氨氨酸酸的的荧荧光光激激发发光光谱谱相相似似，发发射射光光谱谱严严重重重重叠叠，但但60nm时时，只只显显示示色色氨氨酸酸的的特特征征光光谱，实现分别测定。谱，实现分别测定。chapter5 分子磷光和荧光共80页，您现在浏览的是第25页!黄酒的荧光光谱研究黄酒的荧光光谱研究获得激发波长与发射波长同时变化时的荧光强度信息获得激发波长与发射波长同时
27、变化时的荧光强度信息采用采用FLS920稳稳态荧光光谱仪态荧光光谱仪chapter5 分子磷光和荧光共80页，您现在浏览的是第26页!二、荧光分析方法与应用二、荧光分析方法与应用1.1.特点特点（1）灵敏度高）灵敏度高 比紫外比紫外-可见分光光度法高可见分光光度法高24个数量级；个数量级；检测下限：检测下限：0.10.1 g/cm-3 相对灵敏度：相对灵敏度：0.05mol/L 奎宁硫酸氢盐的硫酸溶液。奎宁硫酸氢盐的硫酸溶液。（2）选择性强）选择性强 可同时用激发光谱和荧光发射光谱定性。可同时用激发光谱和荧光发射光谱定性。（3）试样量少）试样量少 缺缺点点：主主要要是是因因为为能能发发荧荧光光
28、的的物物质质不不具具普普遍遍性性、增增强强荧荧光光的的方方法法有有限、外界环境对荧光量子效率影响大、干扰测量的因素较多限、外界环境对荧光量子效率影响大、干扰测量的因素较多。chapter5 分子磷光和荧光共80页，您现在浏览的是第27页!（2 2）定量方法）定量方法标准曲线法：标准曲线法：配配制制一一系系列列标标准准浓浓度度试试样样测测定定荧荧光光强强度度，绘绘制制标标准准曲曲线线，再再在在相相同同条条件件下下测测量量未未知知试试样样的的荧荧光光强强度度，在在标标准准曲曲线线上求出浓度；上求出浓度；比较法：比较法：在线性范围内，测定标样和试样的荧光强度，比较；在线性范围内，测定标样和试样的荧光
29、强度，比较；chapter5 分子磷光和荧光共80页，您现在浏览的是第28页!chapter5 分子磷光和荧光共80页，您现在浏览的是第29页!三、磷光分析法的应用三、磷光分析法的应用1.1.稠环芳烃分析稠环芳烃分析 采采取取固固体体表表面面室室温温磷磷光光分分析析法法快快速速灵灵敏敏测测定定稠稠环环芳芳烃烃和和杂环化合物（致癌物质）；见表杂环化合物（致癌物质）；见表2.2.农药、生物碱、植物生长激素的分析农药、生物碱、植物生长激素的分析 烟碱、降烟碱、新烟碱等分析烟碱、降烟碱、新烟碱等分析 检测限检测限0.01 g/cm-3 3.3.药物分析和临床分析药物分析和临床分析 见表见表chapte
30、r5 分子磷光和荧光共80页，您现在浏览的是第30页!chapter5 分子磷光和荧光共80页，您现在浏览的是第31页!一、基本原理一、基本原理 principle1.化学发光反应化学发光反应 在在化化学学反反应应过过程程中中，某某些些物物质质由由于于吸吸收收了了反反应应时时产产生生的的化化学学能能，而而使使反反应应产产物物分分子子激激发发至至激激发发态态，受受激激分分子子由由激激发发态态回回到基态时，便发出一定波长的光。到基态时，便发出一定波长的光。A +B =C +D*D*D+h（1）能够发光的化合物大多为有机化合物，芳香族化合物；能够发光的化合物大多为有机化合物，芳香族化合物；（2）化学
31、发光反应多为氧化还原反应，激发能与反应能相当）化学发光反应多为氧化还原反应，激发能与反应能相当 E=170300 kJ/mol；位于可见光区；位于可见光区；（3）发光持续时间较长，反应持续进行；发光持续时间较长，反应持续进行；化化学学发发光光反反应应存存在在于于生生物物体体(萤萤火火虫虫、海海洋洋发发光光生生物物)中中，称称生物发光生物发光(bioluminescence)。chapter5 分子磷光和荧光共80页，您现在浏览的是第32页!3.3.化学发光强度与化学发光分析的依据化学发光强度与化学发光分析的依据在化学发光分析中，被分析物相对于发光试剂小得多，在化学发光分析中，被分析物相对于发光
32、试剂小得多，对于对于一级动力学反应：一级动力学反应：dc/dt=Kc；K 为反应速率常数。为反应速率常数。定性依据：定性依据：（1 1）在一定条件下，峰值光在一定条件下，峰值光强度与被测物浓度成线性强度与被测物浓度成线性；（2）在一定条件下，在一定条件下，曲线下面积为发光总强度曲线下面积为发光总强度(S)，其其与被与被测物浓度成线性：测物浓度成线性：chapter5 分子磷光和荧光共80页，您现在浏览的是第33页!O3 O2+O（1000 C石英管中进行石英管中进行）NO +O NO2*NO2*NO2 +h 发射光谱范围：发射光谱范围：4001400 nm；灵敏度灵敏度1 ng/cm-3；氧原
33、子与氧原子与CO的发光反应：的发光反应：CO +O CO2*CO2*CO2 +h 发射光谱范围：发射光谱范围：300500 nm；灵敏度灵敏度1 ng/cm-3；氧原子与氧原子与NO的发光反应：的发光反应：chapter5 分子磷光和荧光共80页，您现在浏览的是第34页!b.硫化物硫化物 挥发性硫化物挥发性硫化物SO2、H2S、CH3SH、CH3SCH3等等在富在富氢火焰中燃烧，产生很强的化学发光（蓝色）：氢火焰中燃烧，产生很强的化学发光（蓝色）：SO2 +2H2 S +2H2O S +S 2S2*S2*S2 +h 发射光谱范围：发射光谱范围：350460 nm；最大发射波长：最大发射波长：3
34、94 nm；灵敏度：灵敏度：0.2 ng/cm-3；发射光强度与硫化物浓度的平方成正比。发射光强度与硫化物浓度的平方成正比。chapter5 分子磷光和荧光共80页，您现在浏览的是第35页!鲁米诺作为一种有效的化学发光试剂。鲁米诺作为一种有效的化学发光试剂。利用金属离子或过渡金属离子的不饱和配合物对鲁米诺发光体利用金属离子或过渡金属离子的不饱和配合物对鲁米诺发光体系有很强的催化作用，可以测定金属离子或有机配体。系有很强的催化作用，可以测定金属离子或有机配体。苯甲酸与苯甲酸与Cu(II)形成的不饱和配合物对鲁米诺形成的不饱和配合物对鲁米诺-H2O2体系的催化体系的催化作用，建立了测定苯甲酸的流动
35、注射分析方法。作用，建立了测定苯甲酸的流动注射分析方法。利用有机化合物或稀土离子对鲁米诺化学发光反应的抑制作用，利用有机化合物或稀土离子对鲁米诺化学发光反应的抑制作用，测定对化学发光反应具有猝灭作用的有机化合物或稀土。测定对化学发光反应具有猝灭作用的有机化合物或稀土。碱性条件下扑热息痛对鲁米诺碱性条件下扑热息痛对鲁米诺-铁氰化钾体系发光反应的强烈抑铁氰化钾体系发光反应的强烈抑制作用，可化学发光测定痕量扑热息痛。制作用，可化学发光测定痕量扑热息痛。通过偶合反应可以间接测定无机或有机化合物。通过偶合反应可以间接测定无机或有机化合物。chapter5 分子磷光和荧光共80页，您现在浏览的是第36页!
36、草酸二酯草酸二酯(能量提供体能量提供体)+高浓度双氧水高浓度双氧水+稠环芳烃稠环芳烃(能量接受体能量接受体)+金属离子金属离子+溶剂组成的反应体系，可发出很强的可见光，发溶剂组成的反应体系，可发出很强的可见光，发光效率高，使用不同的稠环芳烃，发射出不同颜色的光光效率高，使用不同的稠环芳烃，发射出不同颜色的光(冷光冷光源源)。chapter5 分子磷光和荧光共80页，您现在浏览的是第37页!生物发光分析应用生物发光分析应用 2 2 烟酰胺腺嘌呤二核苷酸烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH)在细菌中的黄素酶作用下，在细菌中的黄素酶作用下，在氧化型黄素单核苷酸在氧化型黄素单核苷酸(FMA)存在下，发生发光
37、反应存在下，发生发光反应：NADH+FMA+H+NAD+FMNH2NADH脱氢酶脱氢酶FMNH2+RCHO+O2 FMN+RCOOH+H2O+h黄素酶黄素酶最大发射波长最大发射波长495 nm；chapter5 分子磷光和荧光共80页，您现在浏览的是第38页!chapter5 分子磷光和荧光共80页，您现在浏览的是第39页!三、装置与技术三、装置与技术 instrument and technology 装置流程：装置流程：发光反应室发光反应室光检测器光检测器信号放大器信号放大器显示与记录显示与记录 发光反应可采用静态或流动注射的方式进行：发光反应可采用静态或流动注射的方式进行：静静态态方方式
38、式：用用注注射射器器分分别别将将试试剂剂加加入入到到反反应应器器中中混混合合，测最大光强度或总发光量；试样量小，重复性差；测最大光强度或总发光量；试样量小，重复性差；流流动动注注射射方方式式：用用蠕蠕动动泵泵分分别别将将试试剂剂连连续续送送入入混混合合器器，定时通过测量室，连续发光，测定光强度；试样量大；定时通过测量室，连续发光，测定光强度；试样量大；chapter5 分子磷光和荧光共80页，您现在浏览的是第40页!儿茶素与儿茶素与DNA分子间的相互作用机制研究分子间的相互作用机制研究儿茶素本身具有较强的内源性荧光，但随着加入儿茶素本身具有较强的内源性荧光，但随着加入DNA浓度的增大而有规律的
39、猝灭。这是由于儿茶素浓度的增大而有规律的猝灭。这是由于儿茶素嵌插进嵌插进DNA的双螺旋结构，产生电荷转移，进而改的双螺旋结构，产生电荷转移，进而改变了自身激发态的电子态，导致荧光降低。变了自身激发态的电子态，导致荧光降低。稀稀浓浓日立日立F4500荧光光度计荧光光度计chapter5 分子磷光和荧光共80页，您现在浏览的是第41页!电磁辐射范围：射线电磁辐射范围：射线-无线电波所有范围无线电波所有范围光分析法在研究物质组成、结构表征、表面分析等光分析法在研究物质组成、结构表征、表面分析等方面具有其他方法不可取代的地位方面具有其他方法不可取代的地位chapter5 分子磷光和荧光共80页，您现在
40、浏览的是第42页!三、光分析法分类三、光分析法分类1、光谱法、光谱法基于物质与辐射能作用时，分子发生能级跃迁而产生基于物质与辐射能作用时，分子发生能级跃迁而产生的发射、吸收或散射的波长强度进行分析的方法的发射、吸收或散射的波长强度进行分析的方法（1）原子光谱：常见三种）原子光谱：常见三种基于基于原子外层电子跃迁原子外层电子跃迁:原子吸收光谱（原子吸收光谱（AAS）、）、原子发射光谱（原子发射光谱（AES）、原）、原子荧光光谱（子荧光光谱（AFS）基于基于原子内层电子跃迁原子内层电子跃迁:X-射线荧光光谱（射线荧光光谱（XFS）基于基于原子核与射线作用原子核与射线作用:穆斯堡谱，穆斯堡谱，能量分
41、辨率可高达能量分辨率可高达10-13 chapter5 分子磷光和荧光共80页，您现在浏览的是第43页!光分析法光分析法光谱分析法光谱分析法非光谱分析法非光谱分析法原子光谱分析法原子光谱分析法分子光谱分析法分子光谱分析法原原子子吸吸收收光光谱谱原原子子发发射射光光谱谱原原子子荧荧光光光光谱谱X射射线线荧荧光光光光谱谱折折射射法法圆圆二二色色性性法法X射射线线衍衍射射法法干干涉涉法法旋旋光光法法紫紫外外光光谱谱法法红红外外光光谱谱法法分分子子荧荧光光光光谱谱法法分分子子磷磷光光光光谱谱法法核核磁磁共共振振波波谱谱法法chapter5 分子磷光和荧光共80页，您现在浏览的是第44页!3.原子荧光分
42、析法原子荧光分析法 气态原子吸收特征波长的辐射后，外层电子从基态或气态原子吸收特征波长的辐射后，外层电子从基态或低能态跃迁到高能态，在低能态跃迁到高能态，在10-8s后跃回基态或低能态时，后跃回基态或低能态时，发射出与吸收波长相同或不同的荧光辐射，在与光源成发射出与吸收波长相同或不同的荧光辐射，在与光源成90度的方向上，测定荧光强度进行定量分析的方法度的方向上，测定荧光强度进行定量分析的方法4.分子荧光分析法分子荧光分析法 某些物质被紫外光照射激发后，在回到基态的过程某些物质被紫外光照射激发后，在回到基态的过程中中发射出比原激发波长更长的荧光发射出比原激发波长更长的荧光，通过测量荧光强度，通过
43、测量荧光强度进行定量分析的方法进行定量分析的方法chapter5 分子磷光和荧光共80页，您现在浏览的是第45页!8.紫外吸收光谱分析法紫外吸收光谱分析法 利用溶液中分子吸收紫外和可见光产生跃迁所记录利用溶液中分子吸收紫外和可见光产生跃迁所记录的吸收光谱图，可进行化合物结构分析，根据最大吸收的吸收光谱图，可进行化合物结构分析，根据最大吸收波长强度变化可进行定量分析。波长强度变化可进行定量分析。9.红外吸收光谱分析法红外吸收光谱分析法 利用分子中基团吸收红外光产生的振动利用分子中基团吸收红外光产生的振动-转动吸收光转动吸收光谱进行定量和有机化合物结构分析的方法。谱进行定量和有机化合物结构分析的方
44、法。10.核磁共振波普分析法核磁共振波普分析法 在外磁场的作用下，核自旋磁矩与磁场相互作用而在外磁场的作用下，核自旋磁矩与磁场相互作用而裂分为能量不同的核磁能级，吸收射频辐射后产生能级裂分为能量不同的核磁能级，吸收射频辐射后产生能级跃迁，根据吸收光谱可进行有机化合物结构分析。跃迁，根据吸收光谱可进行有机化合物结构分析。chapter5 分子磷光和荧光共80页，您现在浏览的是第46页!一、荧光与磷光的产生过程一、荧光与磷光的产生过程luminescence process of molecular fluorescence phosphorescence1.分子能级与跃迁分子能级与跃迁 分子能级
45、比原子能级复杂；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；在每个电子能级上，都存在振动、转动能级；基基态态(S0)激激发发态态(S1、S2、激激发发态态振振动动能能级级)：吸吸收收特特定定频率的辐射；量子化；跃迁一次到位；频率的辐射；量子化；跃迁一次到位；激激发发态态基基态态：多多种种途途径径和和方方式式(见见能能级级图图)；速速度度最最快快、激发态寿命最短的途径占优势；激发态寿命最短的途径占优势；、第二、第二、电子激发单重态电子激发单重态 S1、S2；、第二、第二、电子激发三重态电子激发三重态 T1、T2 ；chapter5 分子磷光和荧光共80页，您现在浏览的是第47
46、页!2.2.激发态激发态基态的能量传递途径基态的能量传递途径 电电子子处处于于激激发发态态是是不不稳稳定定状状态态，返返回回基基态态时时，通通过过辐辐射射跃跃迁迁(发光发光)和无辐射跃迁（热）和无辐射跃迁（热）等方式失去能量；等方式失去能量；传递途径传递途径辐射跃迁辐射跃迁荧光荧光延迟荧光延迟荧光磷光磷光内转移内转移外转移外转移系间跨跃系间跨跃振动弛豫振动弛豫无辐射跃迁无辐射跃迁 激激发发态态停停留留时时间间短短、返返回回速速度度快快的的途途径径，发发生生的的几几率率大大，发光强度相对大；发光强度相对大；荧光荧光：10-710-9 s,激发激发单重态单重态的的最低振动能级最低振动能级基态；基态
47、；磷光磷光：10-410s；激发激发三重态三重态的的最低振动能级最低振动能级基态；基态；chapter5 分子磷光和荧光共80页，您现在浏览的是第48页!1)振动弛豫振动弛豫(Vibrational Relaxation,VR)在液相或压力足够高的气相中，处于激发态的分子在液相或压力足够高的气相中，处于激发态的分子因碰撞将能量以热的形式传递给周围的分子，从而从因碰撞将能量以热的形式传递给周围的分子，从而从高振动能层失活至低振动能层的过程，称为振动弛豫。高振动能层失活至低振动能层的过程，称为振动弛豫。2)内转化内转化(Internal Conversion，IC)对于具有相同多重度的分子，若较高
48、电子能级的低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，如迁，如S2-S1；T2-T1。非辐射能量传递过程非辐射能量传递过程chapter5 分子磷光和荧光共80页，您现在浏览的是第49页!辐射能量传递过程辐射能量传递过程荧光发射：荧光发射：电子由电子由激发单重态的最低振动能级激发单重态的最低振动能级基态基态（多为多为 S1 S0跃迁跃迁），），发射波长为发射波长为 2的荧光；的荧光；而且不论电子开始被而且不
49、论电子开始被激发至什么高能级，最终将只发射出波长为激发至什么高能级，最终将只发射出波长为 2的荧光的荧光。时间。时间 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；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：磷光发射：电子由电子由激发三重态的最低振动能级激发三重态的最低振动能级基态基态（T1 S0跃迁跃迁）；）；电子由电子由S0进入进入T1的可能过程（的可能过程（S0 T1）是禁阻跃迁，几率小。是禁阻跃迁，几率小。发光速度很慢：发光速度很慢：10-4100 s。光照停止后，可持续一段时间。光照停止后，可持续一段时间。所谓的所谓的在黑暗中
50、发光在黑暗中发光的材料通常都是磷光性材料，如夜明珠。的材料通常都是磷光性材料，如夜明珠。chapter5 分子磷光和荧光共80页，您现在浏览的是第50页!2.2.荧光光谱荧光光谱(或磷光光谱或磷光光谱)固定激发光波长和强度固定激发光波长和强度(选最选最大激发波长大激发波长),让物质发出的荧让物质发出的荧光通过单色器测定不同波长的光通过单色器测定不同波长的荧光强度。以荧光的波长荧光强度。以荧光的波长（）为横坐标，荧光强度）为横坐标，荧光强度（IF）为纵坐标作图，便得荧）为纵坐标作图，便得荧光光谱。光光谱。(图中曲线图中曲线II或或III)。荧光光谱中荧光强度最大处荧光光谱中荧光强度最大处所对应的