第十一章 分子发光―荧光` 磷光和化学发光光谱法.pptVIP

第十一章 分子发光―荧光、 磷光和化学发光光谱法 Molecular fluorescence Molecular phosphorescence Chemiluminescence;简介;第一次记录荧光现象的是16世纪西班牙的内科医生和植物学家N.Monardes，他于1575年提到，在含有一种称为“Lignum Nephriticum”的木头切片的水溶液中，呈现可爱的蓝色。以后逐步有一些学者也观察和描述过荧光现象，但对其本质及含义的认识都没有明显的进展，直到1852年，对荧光分析法具有开拓性工作的Stokes在考察奎宁和叶绿素的荧光时，用分光计观察到其荧光的波长比入射光的波长稍为长些，而不是由光的漫反射引起的，从而导入荧光是光发射的概念，并提出了“荧光”这一术语，他还研究了荧光强度与荧光物质浓度之间的关系，并描述了在高浓度或某些外来物质有在时的荧光猝灭现象。可以说，他是第一个提出应用荧光作为分析手段的人。1867年，Goppelsrode应用铝一桑色素色素配位化合物的荧光测定铝，这是历史上首次进行的荧光分析工作。;磷光也是某些物质受紫外光照射后产生的光。1944年Lewis和Kasha提出了磷光与荧光的不同概念，指出磷光是分子从亚稳的激发三重态跃迁回基态所发射出的光，它有别于从激发单态跃迁回基态所发射的荧光。磷光分析法由于其有某些特点，几十年来的理论研究及应用也不断得到发展。 进入二十世纪以后，荧光现象被研究得更多了，在理论或实验技术上都得到极大的发展。特别是随着激光、计算机和电子学的新成就及技术的引入，大大推动了荧光分析法在理论上及实验技术的发展，出现了许多新的理论和新的方法。 在我国，二十世纪五十年代初期仅有极少数的分析工作者从事荧光分析方面的研究工作。到了七十年代以后，已逐步形成一支在这个研究领域中的工作队伍，研究内容已从经典的荧光分析方扩展到新近发展起来的新技术。;§11－1 分子荧光和磷光光谱法 1．产生机理 在一般温度下，大多数分子处在基态的最低振动能级。处于基态的分子吸收能量(电能、热能、化学能或光能等到)后天激发为激发态。激发态是很不稳定的，它得很快地释放出能量又重新跃迁回基态。若分子返回基态时以发射的电磁辐射(即光)??形式释放能量，就称为“发光”；如果物质的分子吸收了光能而被激发，跃迁回基态所发射的电磁辐射，称为荧光和磷光。现从分子结构理论来讨论荧光和磷光的产生机理。;分子荧光、磷光分光光度法，是一种发射光谱法。其分析过程是：用一定波长的光 (激发光)照射试样溶液，试样溶液中吸收光子的分子(激发态分子)，发射相同或较长波长的光(荧光)；若约经过10-6秒或更长的时间，发射更长波长的光(磷光)。 处于分子基态单重态的分子轨道上的电子是配对的，而且自旋相反；当其中的一个电子被激发，跃迁至第一激发态单重态，或更高激发单重态，电子自旋方向不变；通过内部转换回到第一激发态的最低振动能级，发射光子回基态，产生荧光。;处于分子基态单重态的分子轨道上的电子，激发时不能直接跃迁至第一激发三重态轨道上（不符合光谱选择定则），但处于单重激发态的轨道上的电子，可以通过体系跨越（系间窜跃），转移到三重态轨道上；在这个过程中，处于激发态的电子自旋发生变化，这个过程需要时间较长，故处于三重激发态的寿命为10－4~1s；当其由三重激发态的最低振动能级跃迁回基态时产生磷光。 单重态分子是抗磁性的；三重态分子是顺磁性的。 ;Date;Date;2．荧光光谱的特点：荧光光谱的形状与激发光的波长无关——因为荧光总是从第一激发态的最低振动能级发射的；荧光光谱的形状与激发光谱的形状十分相似，互为镜像（镜面对称）；一般说来，荧光的波长比激发光谱波长长。荧光大多数是π＊ -π跃迁产生的，几乎所有荧光体系都含有一个以上的芳香基团；此外作为荧光显色剂还含有两个成络基团。一般说来，大多数荧光物质都是含有π键或n电子的物质。;3．荧光强度;量子化效率;4．荧光、磷光与化学结构的关系 ①具有刚性结构和平面结构的π电子共轭体系，随π电子共轭度和分子平面度的增大，荧光量子化效率增大，荧光光谱向长波方向移动。ph(CH=CH)3ph, ph(CH=CH)2ph的荧光量子化效率分别为0.68和0.28。 ②荧光物质的刚性和共平面性的增加，减小了荧光物质与溶剂分子或其它溶质分子的相互作用，使外转移的能量减小，有利于荧光；芴与联二苯的荧光效率分别为1.0和0.2。 ③芳香化合物上的取代基会使该化合物的最大吸收波长和荧光峰改变，不同取代基的作用不同。 ④卤素取代随卤原子的序数增加，荧光下降，磷光增强。这是所谓的重原子效应。改变了自旋轨道的相互作用，增加了由单重激发态向三重激发态转变的速度。;5．影响光致发光的因素 （1）溶剂的影响 随着溶剂