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下午10时27分 1 第5章 荧光光谱分析 (fluorescence spectrum) 主讲：孙立权 内 容 第一节 荧光光谱法基本原理 第二节 荧光强度及影响因素 第三节 荧光分析仪器 第四节 荧光分析方法应用 第五节 化学发光 下午10时27分 2 §5-1 荧光光谱法基本原理 一、概述 二、荧光产生的机理 三、产生荧光的必要条件 四、荧光发射光谱与荧光激发光谱 下午10时27分 3 2018年3月3日星期六 4 化学发光法与光致发光法 M + 热 M + 荧光或磷光 E = E2 - E1 = h 能量提供方式：化学反应；光。 M + h → M * 基态 激发态 E1 （△E） E2 一、概述 2018年3月3日星期六 5 1852年，Stokes提出荧光(fluorescence)概念。 荧光光谱法：物质被电磁辐射激发，发射出波长更长的特征辐射——荧光； 定性分析基础：荧（磷）光激发光谱和发射光谱 定量测定。 荧光光谱法或荧光分析法。 2018年3月3日星期六 6 荧光 16世纪：在矿物和植物提取液中发现荧光; 1575年：Monardes—植物愈创木切片黄色水溶液—天兰色荧光； 1852年：Stokes阐明荧光发射机制（分光计观测奎宁和叶绿素的荧光，发现波长稍长于入射光的波长——认识到荧光为“重新发光”而不是漫射光； 1905年：Wood发现气体分子的共振荧光； 1923年：荧光X射线光谱； 1926年: Gaviola直接测定了荧光寿命； 1964年：原子荧光光谱分析的建立； 1965年：荧光分析在生物分析中广泛应用。 2018年3月3日星期六 7 荧光 磷光： 15世纪被发现（重晶石在强烈阳光下的发光） 1944年：Lewis提出磷光用于分析的可能性； 1957年：Keirs将磷光分析用于定量分析及多组份。 2018年3月3日星期六 8 荧光光谱法特点： 灵敏度高，检测限比吸收光谱法低2~4个数量级； 线性范围宽； 发光方式多，物理发光、化学发光、生物发光； 可分析参数多，荧光光谱、强度、效率、寿命等； 选择性比吸收光谱法好（能产生紫外—可见吸收的分子不一定发射荧光或磷光）——测定的物质更具有特性； 应用范围不如吸收光谱法广（有的分子不发荧光） 。 2018年3月3日星期六 9 1、分子的多重态（多线态） 单重态S：所有电子自旋都配对的分子的电子状态。抗磁性。 大多数有机物分子的基态是单重态。 当基态一对电子中的一个被激发到较高能级，其自旋方向不会立刻改变，分子仍处于单重态——符合光谱选律。 寿命：约10-8s。 二、荧光产生的机理 2018年3月3日星期六 10 1、分子的多重态 三重态（三线态）T：两个电子的自旋不配对且平行的状态。顺磁性。激发三重态能量较激发单重态低。 基态跃迁至第一激发三重态——禁阻跃迁跃迁几率小。 三重激发态寿命：约10-4 ~ 10s 。 “三线激发态”比“单线激发态”能量稍低 2018年3月3日星期六 11 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(0或1)； 平行自旋比成对自旋稳定(洪特规则)，三重态能级比相应单重态能级低； 大多数有机分子的基态处于单重态。 S0→T1 禁阻跃迁； 通过其他途径进入；进入的几率小。 2018年3月3日星期六 12 2、 分子的激发与去活化 分子能级比原子能级复杂得多； 每个分子中有一系列分离的电子能级； 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)：吸收特定频率的辐射；量子化；跃迁一次到位；——分子的激发。 多数分子上升至第一激发单重态这一过程约需10-15s。 2018年3月3日星期六 13 2、 分子的激发与去活化 去活化过程：处于激发态的分子不稳定，在较短的时间内可通过不同途径释放多余的能量（辐射或非辐射跃迁）回到基态； 激发态→基态：多种途径和方式； 辐射跃迁方式；无辐射跃迁方式。 2018年3月3日星期六 14 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； ☆振动驰豫 (Vibrational relaxation) ☆内部转换(Internal Conversion) ，内转移 ☆体系间跨越跃迁 ☆外转移 ☆荧光发射(Fluorescence) S2 2018年3月3日星期六 15 ☆振动弛豫：激发态分子由同一电子能级中的较高振动能级转至较低振动能级，而将多余的能量以热 的形式发出。其效率较高。 发生振动弛豫的时间为10-12s 数量级。 激发态分子的失活——