分子发光分析法教学时数4学时教学要求1理解分子荧光和.PDFVIP

第 6 章 分子发光分析法 教学时数：4 学时 教学要求： 1. 理解分子荧光和分子磷光的基本原理； 2. 理解分子荧光激发光谱、发射光谱的含义； 3. 掌握分子荧光发射光谱的特性； 4. 了解荧光光谱仪的组成及各部分的作用； 5. 了解磷光分析法的特点和仪器； 6. 了解化学发光分析法的原理及应用 教学重点与难点： 1. 荧光分析法，荧光现象的基本原理、特点和分子的结构特征；荧光物的量子产率和荧 光猝灭现象，分子荧光发射光谱的特性； 2. 荧光分析的定量原理，荧光分光光度计的原理和结构； 3. 磷光分析法的特点和仪器； 4. 化学发光现象及其产生的基本条件，化学发光分析方法的特点。 室温下，大多数分子处于基态的最低振动能级，处于基态的分子吸收能量（光能、 化学能、电能或热能）后被激发为激发态，激发态不稳定，将很快衰变到基态，若返回 到基态时伴随着光子的辐射，这种现象称为“发光” 。分子发光包括荧光，磷光，化学发 光，生物发光等。 6-1 荧光分析法原理 一. 荧光产生的机理 每个分子中都具有一系列严格分立相隔的能级，称为电子能极，而每个电子能级中 又包含有一系列的振动能级和转动能级。分子中电子的运动状态除了电子所处的能级 外，还包含有电子的多重态，用 M=2S+1 表示，S 为各电子自旋量子数的代数和，其数 值为 0 或 1 。根据Pauli 不相容原理，分子中同一轨道所占据的两个电子必须具有相反 的自旋方向，即自旋配对。若分子中所有电子都是自旋配对的，则 S=0,M=1 该分子便 处于单重态(或叫单重线) ，用符号 S 表示。大多数有机化合物分子的基态都处于单重态。 基态分子吸收能量后，若电子在跃迁过程中，不发生自旋方向的变化，这时仍然是 M=1 ， 分子处于激发的单重态；如果电子在跃迁过程中伴随着自旋方向的变化，这时分子中便 具有两个自旋不配对的电子， 即 S=1,M=3，分子处于激发的三重态，用符号 T 表示。 图 14.1 为电子重态示意图。 处于分立轨道上的非成对电子，自旋平行要比自旋配对更稳定些(洪特规则) ，因此 在同一激发态中，三重态能级总是比单重态能级略低。图 14.2 为能级及跃迁示意图， 　　其中S 、S 和S 分别表示分子的基态。第一和第二电子激发的单重态；T 和T 则分 0 1 2 1 2 别表示分子的第一和第二电子激发的三重态。V=0 、1、2 、3、…表示基态和激发态的振 动能级。处于激发态的分子是很不稳定的，它可能通过辐射跃迁和非辐射跃迁和形式支 活化(去激发)释放出多余的能量而返回基态。 辐射跃迁主要涉及到荧光，延迟荧光或磷光的发射；无辐射跃迁是指以热的形式释 放多余的能量，包括振动弛豫、内部转移、系间跨越及外部转移等过程。图 14.2 表示分 子激发和去活化的能量传递过程: (1) 振动弛豫(Vibration relaxation，简写为VR)—— 当分子吸收光辐射(为图 14.2 中的 λ 、λ )后可能从基态的最低振动能级(v=0)跃迁到激发单重态S (如图中S 、S ) 的较高振 1 2 n 1 2 动能级上。然后，在液相或压力足够高的气相中，分子间的碰撞几率很大，分子可能收 过剩的振动能量以热的形式传递给周围环境，而自身从激发态的高振动能级跃迁至该电 子能级的最低振动能级上，这个过程称为振动弛豫。发生振动弛豫的时间为 10－12S数量 级。 (2) 内部转移(Internal conversion，简写为IC)——当高电子能级中的低振动能级与低电子 能级中的高振动能级发生重叠时，常发生电子从高电子能级以无辐射跃迁形式转移至低 电子能级。如图 14.2 中，S 和T 中的低振动能级与S 和T 中的高振动能级重叠，电子可 2 2 1 1 的通过振动能级的重叠从S 跃迁至S ，或从T 跃迁至T 。这个过程称为内部转移。内部 2 1 2 1 转移的时间为 10－11S～10－13S数量级。振动弛豫及内部转移的速率比由高激发态直接发 射光子的