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§8 分子发光 8.1 分子发光概述 8.2 荧光与磷光原理 8.3 荧光与磷光仪器 8.4 荧光与磷光特点和应用 8.5 化学发光 8.1 分子发光概述 发光基本原理：处于基态的分子吸收能量（电、热、化学和光能等）被激发至激发态，然后从不稳定的激发态返回至基态并发射出光子，此种现象称为发光 荧光和磷光：物质吸收光能后所产生的光辐射 一 荧光及磷光的产生 1 分子能级与跃迁 分子能级=电子能级(Ee)+振动能级(Ev)+转动能级(Er) 基态(S0)→激发态(S1、S2)：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；速度最快、激发态寿命最短的途径占优势 2 电子激发态的多重度 M=2s+1 3.激发态→基态的能量传递途径 (1)非辐射能量传递过程 （2）辐射能量传递过程 二 激发光谱与荧光光谱 1 激发光谱 固定荧（磷）光发射波长，改变激发波长，测量该发射波长处荧光强度的变化，以荧光强度对激发波长作图可得到激发光谱 激发光谱形状与吸收光谱形状完全相似，经校正后二者完全相同！这是因为分子吸收光能的过程就是分子的激发过程。激发光谱可用于鉴别荧光物质；在定量时，用于选择最适宜的激发波长 2.荧光光谱(或磷光光谱) 3.激发光谱与发射光谱的关系 三 荧光的产生与分子结构的关系 2.化合物的结构（内因）与荧光 （2）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 （3）刚性平面结构 可降低分子振动，减少与溶剂的相互碰撞作用，共轭分子共平面性增强，故具有很强的荧光 （4）取代基效应 ?? 1）给电子取代基：增强荧光（p-π共轭）如-OH、-OR、-NH2、-CN、NR2等 ???? 3 影响荧光强度外因 （1）溶剂效应：溶剂极性可增加或降低荧光强度（改变π—π*及n—π*跃迁的能量）；与溶剂发生氢键，化合或使之解离作用从而改变荧光物质结构来增加或降低荧光强度 （2）温度：温度增加，荧光强度下降（因为内、外转换增加、粘度或“刚性”降低），因此体系降低温度可增加荧光分析灵敏度 （3）pH值：具酸或碱性基团的有机物质，在不同pH值时，其结构可能发生变化，因而荧光强度将发生改变；对无机荧光物质，因pH值会影响其稳定性，因而也可使其荧光强度发生改变 （4）各种散射光：当激发光波长与荧光波长很靠近时，溶剂产生的散射光有可能与荧光光谱重叠产生干扰；改变激发波长后，散射光随激发波长的改变而改变 （5）激发光照射：样品在激发光照射下发生光分解(分子结构发生变化),引起荧光强度急剧降低 （6）荧光猝灭：荧光分子与溶剂分子或其它分子相互作用，引起荧光强度下降或消失的现象 四 定量分析 五 定性分析 任何荧（磷）光都具有两种特征光谱(物质结构）：激发光谱与发射光谱，它们是荧（磷）光定性分析的基础 方法：比较法 8.3 荧光和磷光仪器 一 荧光仪器结构流程 激发光源、样品池、双单色器系统、检测器 特殊点：双单色器，光源与检测器成直角 二 磷光仪器 2 低温磷光（液氮） 由于磷光寿命长，系间窜越和碰撞失活的几率都增加，从而降低磷光强度，因此有必要在低温下测量磷光 溶剂要求：易提纯且在分析波长区无强吸收和发射（背景低）；低温下形成具足够粘度的透明的刚性玻璃体 常用的溶剂：EPA——乙醇+异戊烷+二乙醚（2:2:5）；IEPA——CH3I+EPA（1:10） 3. 室温磷光 低温荧光需低温实验装置且受到溶剂选择的限制 1）固体基质：在室温下以固体基质（如纤维素等）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。利用胶束增稳、重原子效应和溶液除氧是该法的三要素 8.4 荧光与磷光特点和应用 一 荧光特点 灵敏度高：检测下限在1~100 ng/mL之间 选择性好：可同时用激发光谱和荧光光谱定性 ??结构信息量多：包括物质激发光谱、发射光谱、光强、荧光量子效率、荧光寿命等 ??应用不广泛：主要是因为能发荧光的物质不具普遍性、增强荧光的方法有限、外界环境对荧光量子效率影响大、干扰测量的因素较多 二 磷光的特点 磷光波长比荧光的长(T1S1)?? 磷光寿命比荧光的长(磷光为禁阻跃迁产生，速率常数小) 磷光寿命和强度对重原子和氧敏感 三 荧光分析法的应用 1 无机化合物的分析 与有机试剂配位后测量；可测量约60多种元素 铍、铝、硼、镓、硒、镁、稀土常采用荧光分析法