第七章-分子发光-荧光与磷光ppt课件.ppt
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1、严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。第七章分子荧光分子荧光分子荧光分子荧光:FluorescenceFluorescence分子磷光分子磷光分子磷光分子磷光:PhosphorescencePhosphorescencemolecular luminescence analysis严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。7.1 分子发光的基本原理分子发光的基本原理vv第第第第一一一一次次次次记记记记录录录录荧荧荧荧光光光光现现现现象象象象的的的的是是
2、是是1616世世世世纪纪纪纪西西西西班班班班牙牙牙牙的的的的内内内内科科科科医医医医生生生生和和和和植植植植物物物物学学学学家家家家N.MonardesN.Monardes,15751575年年年年 他他他他 提提提提 到到到到 在在在在 含含含含 有有有有 一一一一 种种种种 称称称称 为为为为“Lignum Lignum NephriticumNephriticum”的的的的木木木木头头头头切切切切片片片片的的的的水水水水溶溶溶溶液液液液中中中中,呈呈呈呈现现现现了了了了极极极极为为为为可可可可爱爱爱爱的的的的天天天天蓝蓝蓝蓝色。色。色。色。vv直直直直到到到到18521852年年年年,S
3、tokesStokes在在在在考考考考察察察察奎奎奎奎宁宁宁宁和和和和叶叶叶叶绿绿绿绿素素素素的的的的荧荧荧荧光光光光时时时时,用用用用分分分分光光光光光光光光度度度度计计计计观观观观察察察察到到到到其其其其荧荧荧荧光光光光的的的的波波波波长长长长比比比比入入入入射射射射光光光光的的的的波波波波长长长长稍稍稍稍微微微微长长长长些些些些,才才才才判判判判断断断断这这这这种种种种现现现现象象象象是是是是这这这这些些些些物物物物质质质质在在在在吸吸吸吸收收收收光光光光能能能能后后后后重重重重新新新新发发发发射射射射不不不不同同同同波波波波长长长长的的的的光光光光,而而而而不不不不是是是是由由由由光光
4、光光的的的的漫漫漫漫射射射射作作作作用用用用所所所所引引引引起起起起的的的的,从从从从而而而而导导导导入入入入了了了了荧荧荧荧光光光光是是是是光光光光发发发发射射射射的的的的概概概概念念念念,他还由发荧光的矿石他还由发荧光的矿石他还由发荧光的矿石他还由发荧光的矿石“萤石萤石萤石萤石”推演而提出推演而提出推演而提出推演而提出“荧光荧光荧光荧光”这一术语。这一术语。这一术语。这一术语。vv18671867年年年年,GoppelsroderGoppelsroder进进进进行行行行了了了了历历历历史史史史上上上上首首首首次次次次的的的的荧荧荧荧光光光光分分分分析析析析工工工工作作作作,应应应应用铝用铝
5、用铝用铝桑色素配合物的荧光进行铝的测定。桑色素配合物的荧光进行铝的测定。桑色素配合物的荧光进行铝的测定。桑色素配合物的荧光进行铝的测定。vv1919世世世世纪纪纪纪以以以以前前前前,荧荧荧荧光光光光的的的的观观观观察察察察是是是是靠靠靠靠肉肉肉肉眼眼眼眼进进进进行行行行的的的的,直直直直到到到到19281928年年年年,才才才才由由由由JetteJette和和和和WestWest提出了第一台荧光计。提出了第一台荧光计。提出了第一台荧光计。提出了第一台荧光计。严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。一、荧光与磷光的产生过程l
6、uminescence process of molecular fluorescence phosphorescence 由分子结构理论,主要讨论荧光及磷光的产生机理。1.分子能级与跃迁分子能级与跃迁 分子能级比原子能级复杂;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;激发态基态:多种途径和方式(见能级图);速度最快、激发态寿命最短的途径占优势;第一、第二、电子激发单重态 S1、S2;第一、第二、电子激发三重态 T1、T2 ;严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇
7、报并处理各类违纪行为或突发事件。2.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;S0T1 禁阻跃迁;通过其他途径进入(见能级图);进入的几率小;严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。2.激发态基态的能量传递途径(分子的去激过程)电电子子处处于于激激发发态态是是不不稳稳定定状状态态,返返回回基基态态时时,通通过过辐辐射射跃迁跃迁(发光发光)和无辐射跃迁等方式失去能量;和无辐射跃迁
8、等方式失去能量;传递途径传递途径辐射跃迁荧光延迟荧光磷光内转移外转移系间跨越振动弛预无辐射跃迁 激发态停留时间短、返回速度快的途径,发生的几率大,发光强度相对大;荧光荧光:10-710-9 s,第一激发单重态单重态的最低振动能级基态;磷光磷光:10-410s;第一激发三重态三重态的最低振动能级基态;严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。S2S1S0T1吸吸收收发发射射荧荧光光发发射射磷磷光光系间跨越内转换振动弛豫能量 2 1 3 外转换 2T2内转换振动弛豫分子吸收和发射过程的Jablonski能级图严格执行突发事件上报
9、制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。非辐射能量传递过程振动弛豫振动弛豫:在凝聚相体系中,被激发到激发态(如S1和S2)的分子能通过与溶剂分子的碰撞迅速以热的形式把多余的振动能量传递给周围的分子,而自身返回该电子能级的最低振动能级,这个过程称为振动弛豫。发生振动弛豫的时间10-12 s。内转换内转换:当S2的较低振动能级与S1的较高振动能级的能量相当或重叠时,分子有可能从S2的振动能级以无辐射方式过渡到S1的能量相等的振动能级上。这个过程称为内转换。内转换发生的时间约为10-12 s。内转换过程同样也发生在激发态三重态的电子能级间。由于振动
10、弛豫和内转换过程极为迅速(10-12 s),因此,激发后的分子很快回到电子第一激发单重态S1的最低振动能级。所以高于第一激发态的荧光发射十分少见。严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。外外转转换换:激发分子与溶剂或其他分子之间产生相互作用而转移能量的非辐射跃迁;外转换过程是荧光或磷光的竞争过程,因此,该过程使荧光或磷光减弱或“猝灭”。系系间间跨跨越越:是不同多重态之间的一种无辐射跃迁。该过程是激发电子改变其自旋态,分子的多重性发生变化的结果。当两种能态的振动能级重叠时,这种跃迁的概率增大。如S1到T1跃迁就是系间跃迁的例
11、子,即单重态到三重态的跃迁。即较低单重态振动能级与较高的三重态振动能级重叠。这种跃迁是“禁阻”的。改变电子自旋,禁阻跃迁,通过自旋轨道耦合进行。严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。辐射能量传递过程 荧光发射:荧光发射:当分子处于第一激发单重态当分子处于第一激发单重态S1的最低能级时,分的最低能级时,分子返回基态的过程比振动弛豫和内转化过程慢得多。分子可子返回基态的过程比振动弛豫和内转化过程慢得多。分子可能通过发射光子跃迁回到基态能通过发射光子跃迁回到基态S0的各振动能级上,这个过程称的各振动能级上,这个过程称为荧光发射
12、。为荧光发射。电子由第一激发单重态的最低振动能级基态(多为 S1 S0跃迁),发射波长为 2的荧光;10-710-9 s。由图可见,发射荧光的能量比分子吸收的能量小,波长长;2 2 1;严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。磷光发射磷光发射:激发态分子经过系间跨跃达到激发三重态后,并经过迅速的振动弛豫达到第一激发三重态(T1)的最低振动能级上,从T1态分子经发射光子返回基态。此过程称为磷光发射。磷光发射是不同多重态之间的跃迁(即T1 S0),故属于“禁阻”跃迁。因此磷光的寿命比荧光要长很多,约为10-3到10s。所以,将
13、激发光从磷光样品移走后,还常可以观察到发光现象,而荧光发射却观察不到该现象。严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。一一一一.分子荧光与磷光的产生分子荧光与磷光的产生分子荧光与磷光的产生分子荧光与磷光的产生1.1.单重态与三重态单重态与三重态单重态与三重态单重态与三重态2.分子的活化与去活化3.3.分子发光的类型分子发光的类型分子发光的类型分子发光的类型按激发的模式分类:按激发的模式分类:按激发的模式分类:按激发的模式分类:按分子激发态的类型分类:按分子激发态的类型分类:按分子激发态的类型分类:按分子激发态的类型分类:光致
14、发光光致发光光致发光光致发光化学发光化学发光化学发光化学发光/生物发光生物发光生物发光生物发光热致发光热致发光热致发光热致发光场致发光场致发光场致发光场致发光摩擦发光摩擦发光摩擦发光摩擦发光 分子发光分子发光分子发光分子发光分子发光分子发光分子发光分子发光荧光荧光荧光荧光磷光磷光磷光磷光瞬时荧光瞬时荧光瞬时荧光瞬时荧光迟滞荧光迟滞荧光迟滞荧光迟滞荧光按光子能量分类:按光子能量分类:按光子能量分类:按光子能量分类:斯托克斯荧光斯托克斯荧光斯托克斯荧光斯托克斯荧光(Stokes)(Stokes):exex emem共振荧光共振荧光共振荧光共振荧光(Resonance)(Resonance):exe
15、x=emem 荧光荧光荧光荧光 严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。分子的活化与去活化S S0 0S S1 1T T1 1S S2 2紫紫紫紫外外外外可可可可见见见见吸吸吸吸收收收收光光光光谱谱谱谱外转移外转移外转移外转移紫紫紫紫外外外外可可可可见见见见共共共共振振振振荧荧荧荧光光光光光光光光谱谱谱谱内转移内转移内转移内转移荧光荧光荧光荧光系间系间系间系间窜跃窜跃窜跃窜跃磷磷磷磷光光光光反系间反系间反系间反系间窜跃窜跃窜跃窜跃迟迟迟迟滞滞滞滞荧荧荧荧光光光光振动弛豫振动弛豫振动弛豫振动弛豫.无辐射跃迁的类型无辐射跃迁的
16、类型无辐射跃迁的类型无辐射跃迁的类型振动弛豫振动弛豫振动弛豫振动弛豫:V Vr r 1010-12-12secsec外外外外 转转转转 移移移移:无辐射跃迁无辐射跃迁无辐射跃迁无辐射跃迁回到基态回到基态回到基态回到基态内内内内 转转转转 移移移移:S S2 2SS1 1能级能级能级能级之间有重叠之间有重叠之间有重叠之间有重叠系间窜跃系间窜跃系间窜跃系间窜跃:S S2 2TT1 1能级能级能级能级之间有重叠之间有重叠之间有重叠之间有重叠反系间窜跃反系间窜跃反系间窜跃反系间窜跃:由外部获由外部获由外部获由外部获取能量后取能量后取能量后取能量后 T T1 1 S S2 2.辐射跃迁的类型辐射跃迁的类
17、型辐射跃迁的类型辐射跃迁的类型共振荧光:共振荧光:共振荧光:共振荧光:1010-12-12 secsec荧荧荧荧 光:光:光:光:1010-8-8 secsec磷磷磷磷 光:光:光:光:110110-4-4 secsec迟滞荧光迟滞荧光迟滞荧光迟滞荧光:10102 21010-4-4 secsec严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。二二二二.分子荧光分子荧光分子荧光分子荧光(磷光磷光磷光磷光)光谱光谱光谱光谱1.1.荧光荧光荧光荧光(磷光磷光磷光磷光)激发光谱与发射光谱激发光谱与发射光谱激发光谱与发射光谱激发光谱与发射
18、光谱荧光荧光荧光荧光(磷光磷光磷光磷光)均为光致发光,在光辐射的作用下,荧光物均为光致发光,在光辐射的作用下,荧光物均为光致发光,在光辐射的作用下,荧光物均为光致发光,在光辐射的作用下,荧光物质发射出不同波长的荧光。质发射出不同波长的荧光。质发射出不同波长的荧光。质发射出不同波长的荧光。任何荧光分子都具有两种特征的光谱,即激发光谱和发射光谱。荧光(磷光):光致发光,照射光波长如何选择?严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。A.A.荧光激发光谱荧光激发光谱荧光激发光谱荧光激发光谱固定固定固定固定 emem=620nm(MA
19、X)=620nm(MAX)exex=290nm =290nm(MAX)(MAX)固定发射波长固定发射波长固定发射波长固定发射波长扫描激发波长扫描激发波长扫描激发波长扫描激发波长荧光激发光谱与荧光激发光谱与荧光激发光谱与荧光激发光谱与紫外紫外紫外紫外-可见吸收光可见吸收光可见吸收光可见吸收光谱类似谱类似谱类似谱类似 固定测量波长(选最大发射波长),化合物发射的荧光(磷光)强度与照射光波长的关系曲线。严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。B.B.发射光谱发射光谱发射光谱发射光谱(荧光光谱荧光光谱荧光光谱荧光光谱)固定激发光波
20、长(选最大激发波长),化合物发射的荧光(或磷光强度)与发射光波长关系曲线。严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。D.D.磷光光谱磷光光谱磷光光谱磷光光谱与发射光谱相同条件下的磷光光谱与发射光谱相同条件下的磷光光谱与发射光谱相同条件下的磷光光谱与发射光谱相同条件下的磷光光谱激发光谱激发光谱激发光谱激发光谱发射光谱发射光谱发射光谱发射光谱严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。200250300350400450500荧光激发光谱荧光激发光谱荧光发射光谱
21、荧光发射光谱nm蒽的激发光谱和荧光光谱蒽的激发光谱和荧光光谱严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。三、荧光光谱的特征激发光谱与发射光谱的关系1、Stokes位移 在溶液中,分子的荧光发射波长总是比其相应的吸收(或激发)光谱的波长长,荧光发射这种波长位移的现象称为Stokes位移。处于激发态的分子一方面由于振动弛豫等损失了部分能量,另一方面溶剂分子的弛豫作用使其能量进一步损失,因而产生了发射光谱波长的位移,这种位移表明在荧光激发和发射之间所产生的能量损失。严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发
22、现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。2.2.镜像对称规则镜像对称规则镜像对称规则镜像对称规则 exex=290nm =290nm(MAX)(MAX)固定固定固定固定 emem=620nm(MAX)=620nm(MAX)固定固定固定固定 exex=290nm=290nm(MAX)(MAX)emem=620nm 620nm(MAX)(MAX)S S0 04 43 32 21 1S S1 14 43 32 21 11 1 4 41 1 3 31 1 2 21 11 11 1 4 41 1 4 41 1 2 21 1 1 1 通常荧光发射光谱与它的吸收光谱(与激发光谱形状一样)成镜像对称关系。
23、严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。镜像规则的解释大多数吸收光谱的形状表明了分子的第一激发态的振动能级结构,而荧光发射光谱则表明了分子基态的振动能级结构一般情况下,分子的基态和第一激发单重态的振动能级结构相似,因此吸收光谱的形状与荧光发生光谱的形状呈镜像对称关系。严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。3、荧光发射光谱的形状与激发波长无关 一般地,用不同波长的激发光激发荧光分子,可以观察到形状相同的荧光发射光谱。荧光分子无论被激发到哪一个激发态,处
24、于激发态的分子经振动弛豫及内转换等过程最终回到第一激发态的最低振动能级。而分子的荧光发射总是从第一激发态的最低振动能级跃迁到基态的各振动能级上,所以荧光光谱的形状与激发波长无关。严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。S2S1S0T1吸吸收收发发射射荧荧光光发发射射磷磷光光系间跨越内转换振动弛豫能量 2 1 3 外转换 2T2内转换振动弛豫分子吸收和发射过程的Jablonski能级图2.2.2.2.三维荧光光谱三维荧光光谱三维荧光光谱三维荧光光谱I I F F f f f f(exex 、emem)蒽的激发光谱蒽的激发光谱
25、蒽的激发光谱蒽的激发光谱固定发射波长、扫描激发波长固定发射波长、扫描激发波长固定发射波长、扫描激发波长固定发射波长、扫描激发波长I I F F f f f f(exex 、emem)蒽的发射光谱蒽的发射光谱蒽的发射光谱蒽的发射光谱固定激发波长、扫描发射波长固定激发波长、扫描发射波长固定激发波长、扫描发射波长固定激发波长、扫描发射波长蒽的三维等高线光谱图蒽的三维等高线光谱图蒽的三维等高线光谱图蒽的三维等高线光谱图 蒽的三维等荧光强度光谱蒽的三维等荧光强度光谱蒽的三维等荧光强度光谱蒽的三维等荧光强度光谱严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪
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