第三章荧光法PPT讲稿.ppt
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1、第三章荧光法第1页,共42页,编辑于2022年,星期二荧光分析法教学要求荧光分析法教学要求n掌握分子荧光、磷光的产生机理;掌握掌握分子荧光、磷光的产生机理;掌握激发光谱和发射光谱特征。激发光谱和发射光谱特征。n掌握荧光与分子结构的关系以及溶液对掌握荧光与分子结构的关系以及溶液对荧光强度影响的因素。荧光强度影响的因素。n了解荧光分析法的特点及定量测定方法。了解荧光分析法的特点及定量测定方法。n了解荧光分析仪器的结构。了解荧光分析仪器的结构。第2页,共42页,编辑于2022年,星期二概述概述 自然界存在这样一类物质,当这些物质的分子吸自然界存在这样一类物质,当这些物质的分子吸收能量后,能发射出荧光
2、,人们根据所发生荧光的特收能量后,能发射出荧光,人们根据所发生荧光的特性和强度,对物质进行定性或定量分析的方法,称为性和强度,对物质进行定性或定量分析的方法,称为荧光分析法(荧光分析法(fluorescence analysis)。)。第3页,共42页,编辑于2022年,星期二荧光分析的特点荧光分析的特点:n 灵灵敏敏度度高高:视视不不同同物物质质,检检测测下下限限在在0.10.001 g/mL之之间间。可可 见比见比UV-Vis的灵敏度高得多!的灵敏度高得多!n 选择性好选择性好: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。n 结结构构信信息息量量多多:包包括括物
3、物质质激激发发光光谱谱、发发射射光光谱谱、光光强强、荧荧光光量量子效率、荧光寿命等。子效率、荧光寿命等。n 应应用用不不广广泛泛:主主要要是是因因为为能能发发荧荧光光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限、外外界界环环境境对对荧荧光光量量子子效效率率影影响响大大、干干扰测量的因素较多扰测量的因素较多第4页,共42页,编辑于2022年,星期二基态单重态基态单重态激发单重态激发单重态激发三重态激发三重态激发态与基态中的电子自旋方向相反,称为激发单重态激发态与基态中的电子自旋方向相反,称为激发单重态 (S)抗磁性)抗磁性激发态与基态中的电子自旋方向相同,称为激发三重态
4、激发态与基态中的电子自旋方向相同,称为激发三重态 (T)顺磁性)顺磁性区别:电子自旋方向不同,激发三重态的能级稍低一些。区别:电子自旋方向不同,激发三重态的能级稍低一些。电子跃迁类型电子跃迁类型允许跃迁允许跃迁禁阻跃迁禁阻跃迁第5页,共42页,编辑于2022年,星期二分子的去激发分子的去激发无辐射跃迁无辐射跃迁辐射跃迁辐射跃迁荧光(荧光(F)磷光(磷光(P)振动弛豫振动弛豫内转移内转移外转移外转移体系间跨越体系间跨越分子的去激发分子的去激发第6页,共42页,编辑于2022年,星期二分子荧光和磷光分析分子荧光和磷光分析一、基本原理一、基本原理荧光和磷光的产生荧光和磷光的产生 处于分子基态单重态中
5、的电子对,其自旋方向相反,处于分子基态单重态中的电子对,其自旋方向相反,当其中一个电子被激发时,通常跃迁至第一激发态单重态当其中一个电子被激发时,通常跃迁至第一激发态单重态轨道上,也可能跃迁至能级更高的单重态上。如果跃迁至轨道上,也可能跃迁至能级更高的单重态上。如果跃迁至第一激发三重态轨道上,则属于禁阻跃迁。第一激发三重态轨道上,则属于禁阻跃迁。单重态与三单重态与三重态的区别重态的区别在于电子自旋方向在于电子自旋方向不同,激发三重态具有较不同,激发三重态具有较低能级。低能级。第7页,共42页,编辑于2022年,星期二第一节第一节 分子荧光和磷光分析分子荧光和磷光分析 在单重激发态中,两个电子平
6、行自旋,在单重激发态中,两个电子平行自旋,单重态分子具有抗磁性,其激发态的平均单重态分子具有抗磁性,其激发态的平均寿命大约为寿命大约为10-8s,而三重态分子具有顺磁,而三重态分子具有顺磁性,其激发态的平均寿命为性,其激发态的平均寿命为10-4 1s以上以上(通常用(通常用S和和T分别表示单重态和三重态)。分别表示单重态和三重态)。第8页,共42页,编辑于2022年,星期二分子荧光和磷光分析分子荧光和磷光分析 处于激发态的电子,通常以处于激发态的电子,通常以辐射跃迁方式辐射跃迁方式或或无辐射无辐射跃迁方式跃迁方式再回到基态。再回到基态。辐射跃迁主要涉及到荧光、延迟辐射跃迁主要涉及到荧光、延迟荧
7、光或磷光的发射荧光或磷光的发射;无辐射跃迁则是指以热的形式辐;无辐射跃迁则是指以热的形式辐射其多余的能量,包括振动弛豫(射其多余的能量,包括振动弛豫(VR)、内部转移)、内部转移(IR)、体系间跨跃()、体系间跨跃(IX)及外部转移()及外部转移(EC)等,各)等,各种跃迁方式发生的可能性及程度,与种跃迁方式发生的可能性及程度,与荧光物质本身荧光物质本身的结构的结构及及激发时的物理和化学环境等因素激发时的物理和化学环境等因素有关。有关。第9页,共42页,编辑于2022年,星期二分子荧光和磷光分析分子荧光和磷光分析 下面结合荧光和磷光的产生过程,进一步说明各下面结合荧光和磷光的产生过程,进一步说
8、明各种能量传递方式在其中所起的作用。种能量传递方式在其中所起的作用。设处于基态单重态中的电子吸收波长为设处于基态单重态中的电子吸收波长为1和和2的的辐射光之后,分别激发至第二单重态辐射光之后,分别激发至第二单重态S2及第一单重及第一单重态态S1。振动弛豫振动弛豫 它是指它是指 在同一电子能级在同一电子能级中,中,电子由高振动能级转电子由高振动能级转至低振动能级,而将多余的能量以热的形式发出至低振动能级,而将多余的能量以热的形式发出。发。发生振动弛豫的时间为生振动弛豫的时间为10-12s数量级数量级。第10页,共42页,编辑于2022年,星期二分子荧光和磷光分析分子荧光和磷光分析内转移内转移 当
9、当两个电子能级两个电子能级非常靠近以至其振动能级有非常靠近以至其振动能级有重重叠叠时,常发生电子由高能级以时,常发生电子由高能级以无辐射跃迁方式无辐射跃迁方式转移至低能级。转移至低能级。第11页,共42页,编辑于2022年,星期二分子荧光和磷光分析分子荧光和磷光分析荧光发射(荧光发射(F)处于第一激发单重态中的电子跃回至基态各振处于第一激发单重态中的电子跃回至基态各振动能级时,将得到最大波长为动能级时,将得到最大波长为3的荧光。注意:的荧光。注意:基基态中也有振动驰豫跃迁态中也有振动驰豫跃迁。很明显,。很明显,3的波长较激发的波长较激发波长波长1或或2都长,而且不论电子开始被激发至什都长,而且
10、不论电子开始被激发至什么高能级,最终将只发射出波长么高能级,最终将只发射出波长3为的荧光。荧为的荧光。荧光的产生在光的产生在10-7-10-9s内完成。内完成。第12页,共42页,编辑于2022年,星期二分子荧光和磷光分析分子荧光和磷光分析体系间跨跃体系间跨跃 指指不同多重态间不同多重态间的的无辐射跃迁无辐射跃迁,例如,例如S1T1就是一种体系间跨跃。通常,发生体系间跨就是一种体系间跨跃。通常,发生体系间跨跃时,电子由跃时,电子由S1的较低振动能级转移至的较低振动能级转移至T1的较的较高振动能级处。有时,通过热激发,有可能高振动能级处。有时,通过热激发,有可能发生发生T1S1,然后由,然后由S
11、1发生荧光。这是产生延迟发生荧光。这是产生延迟荧光的机理荧光的机理。第13页,共42页,编辑于2022年,星期二分子荧光和磷光分析分子荧光和磷光分析磷光发射磷光发射 电子由基态单重态激发至第一激发三重态的几电子由基态单重态激发至第一激发三重态的几率很小,因为这是禁阻跃迁。但是,由第一激发单率很小,因为这是禁阻跃迁。但是,由第一激发单重态的最低振动能级,有可能以体系间跨跃方式转重态的最低振动能级,有可能以体系间跨跃方式转至第一激发三重态,再经过振动驰豫,转至其最低至第一激发三重态,再经过振动驰豫,转至其最低振动能级,由此激发态跃回至基态时,便发射磷光,振动能级,由此激发态跃回至基态时,便发射磷光
12、,这个跃迁过程(这个跃迁过程(T1S0)也是自旋禁阻的,其发光)也是自旋禁阻的,其发光速率较慢,约为速率较慢,约为10-4-10s。因此,这种跃迁所发射的。因此,这种跃迁所发射的光,光,在光照停止后,仍可持续一段时间。在光照停止后,仍可持续一段时间。第14页,共42页,编辑于2022年,星期二分子荧光和磷光分析分子荧光和磷光分析外转移外转移 指激发分子与溶剂分子或其它溶质分子的相互作指激发分子与溶剂分子或其它溶质分子的相互作用及能量转移,使荧光或磷光强度减弱甚至消失。这用及能量转移,使荧光或磷光强度减弱甚至消失。这一现象称为一现象称为“熄灭熄灭”或或“猝灭猝灭”。荧光与磷光的根本区别荧光与磷光
13、的根本区别:荧光荧光是由激发是由激发单重态单重态最低振动能层至基态各振动能最低振动能层至基态各振动能层间跃迁产生的;而层间跃迁产生的;而磷光磷光是由是由激发三重态激发三重态的最低振动的最低振动能层至基态各振动能层间跃迁产生的。能层至基态各振动能层间跃迁产生的。第15页,共42页,编辑于2022年,星期二T1 v0 v3 v1 v4 v2 v0 v3 v1 v4 v2 v0 v3 v1 v4 v2 v0 v3 v1 v4 v2 S1 S2 S0 (b)(b)磷光磷光荧光荧光吸收吸收振动弛豫振动弛豫体系间跨越体系间跨越荧光与磷光产生示意图荧光与磷光产生示意图第16页,共42页,编辑于2022年,星
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