分子荧光光谱法课件.ppt
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1、 分子荧光光谱法分子荧光光谱法Molecular Fluorescence Spectroscopy 1ppt课件荧光荧光是指一种是指一种光致发光光致发光的冷发光现象。的冷发光现象。当某种常温物质经某种波长的入射光当某种常温物质经某种波长的入射光(通常是紫外线)照射,吸收光能后(通常是紫外线)照射,吸收光能后进入激发态,并且立即退激发并发出进入激发态,并且立即退激发并发出比入射光的的波长长的出射光(通常比入射光的的波长长的出射光(通常波长在可见光波段);而且一旦停止波长在可见光波段);而且一旦停止入射光,发光现象也随之立即消失。入射光,发光现象也随之立即消失。具有这种性质的出射光就被称之为荧具
2、有这种性质的出射光就被称之为荧光。光。2ppt课件光致发光光致发光 物体依赖外界光源进行照射,从而获得能量,产生激物体依赖外界光源进行照射,从而获得能量,产生激发导至发光的现象。它大致经过吸收、能量传递及光发射发导至发光的现象。它大致经过吸收、能量传递及光发射三个主要阶段,光的吸收及发射都发生于能级之间的跃迁,三个主要阶段,光的吸收及发射都发生于能级之间的跃迁,都经过激发态。而能量传递则是由于激发态的运动。紫外都经过激发态。而能量传递则是由于激发态的运动。紫外辐射、可见光及红外辐射均可引起光致发光。如辐射、可见光及红外辐射均可引起光致发光。如磷光磷光与与荧荧光光。光致发光最普遍的应用为日光灯。
3、它是灯管内气体光致发光最普遍的应用为日光灯。它是灯管内气体放电产生的紫外线激发管壁上的发光粉而发出可见光的。放电产生的紫外线激发管壁上的发光粉而发出可见光的。其效率约为白炽灯的其效率约为白炽灯的5倍。倍。3ppt课件磷光磷光是一种缓慢发光的光致冷发光现象。当某种是一种缓慢发光的光致冷发光现象。当某种常温物质经某种波长的入射光(通常是紫外线)照常温物质经某种波长的入射光(通常是紫外线)照射,吸收光能后进入激发态(具有和基态不同的自射,吸收光能后进入激发态(具有和基态不同的自旋多重度),然后缓慢地退激发并发出比入射光的旋多重度),然后缓慢地退激发并发出比入射光的的波长长的出射光,而且与荧光过程不同
4、,当入射的波长长的出射光,而且与荧光过程不同,当入射光停止后,发光现象持续存在。发出磷光的退激发光停止后,发光现象持续存在。发出磷光的退激发过程是被量子力学的跃迁选择规则禁戒的,因此这过程是被量子力学的跃迁选择规则禁戒的,因此这个过程很缓慢。个过程很缓慢。4ppt课件分子荧光光谱法的特点分子荧光光谱法的特点灵敏度高灵敏度高 荧光分析是由试样溶液所发生的荧光的强度来荧光分析是由试样溶液所发生的荧光的强度来测定试样溶液中荧光物质的含量。荧光分析的灵敏测定试样溶液中荧光物质的含量。荧光分析的灵敏度不仅与溶液的浓度有关,而且与紫外光照射强度度不仅与溶液的浓度有关,而且与紫外光照射强度及荧光分光光度计的
5、灵敏度有关因此荧光分析的及荧光分光光度计的灵敏度有关因此荧光分析的灵敏度高于一般的分光光度法最低检出限比分光灵敏度高于一般的分光光度法最低检出限比分光光度法低一个数量级以上,适合于痕量物质的检测。光度法低一个数量级以上,适合于痕量物质的检测。5ppt课件选择性好。选择性好。凡是会发生荧光的物质首先必须会吸收一定频率凡是会发生荧光的物质首先必须会吸收一定频率的光,但会吸收光的物质却不的光,但会吸收光的物质却不定会产生荧光。对于定会产生荧光。对于某一给定波长的激发光,产生荧光的物质发出的荧光某一给定波长的激发光,产生荧光的物质发出的荧光波长也不相同,只要控制荧光分光光度计中激发光和波长也不相同,只
6、要控制荧光分光光度计中激发光和荧光单色器的波长便可得到选择性良好的方法荧光单色器的波长便可得到选择性良好的方法能够引起荧光的化学物质较少,应用范围小。能够引起荧光的化学物质较少,应用范围小。大多数物质本身不会产生荧光,一些物质在加入大多数物质本身不会产生荧光,一些物质在加入某种试剂后能够产生荧光。某种试剂后能够产生荧光。6ppt课件分子荧光产生机理分子荧光产生机理 7ppt课件 荧光光谱是物质分子荧光光谱是物质分子吸收紫外光后产生的吸收紫外光后产生的分子分子发射光谱。发射光谱。2.2.跃迁类型跃迁类型 分子中原子的分子中原子的电子能电子能级跃迁,伴随振动能级的级跃迁,伴随振动能级的跃迁。跃迁。
7、1.1.光谱类型光谱类型8ppt课件3.3.分子的激发与失活分子的激发与失活(1 1)分子的激发)分子的激发n基态基态激发态激发态(S1、S2、激发态振动能级、激发态振动能级):吸收特定吸收特定频率的辐射,频率的辐射,跃迁一次到位跃迁一次到位。n激发态激发态基态:基态:多种途径和方式多种途径和方式,速度最快、激发态,速度最快、激发态寿命最短的占优势。寿命最短的占优势。9ppt课件n单重态:单重态:一个分子中所有电子自旋都配对的电一个分子中所有电子自旋都配对的电子状态。子状态。n三重态:三重态:有两个电子的自旋不配对而平行的状有两个电子的自旋不配对而平行的状态。态。激发三重态能量较激发单重态低。
8、激发三重态能量较激发单重态低。10ppt课件n大多数有机物分子含有偶数电子,这些电子成对且大多数有机物分子含有偶数电子,这些电子成对且自旋方向相反地存在于各个原子或分子轨道上。所自旋方向相反地存在于各个原子或分子轨道上。所以以大多数分子在基态时处于单重态大多数分子在基态时处于单重态。n当分子受光照射时,若光子能量恰好等于分子的某当分子受光照射时,若光子能量恰好等于分子的某两个能级的能量之差,则分子吸收光子并从基态跃两个能级的能量之差,则分子吸收光子并从基态跃迁到第一激发态或更高的激发态中的某个振动能级。迁到第一激发态或更高的激发态中的某个振动能级。但其自旋方向不会立刻改变,分子仍处于单重态。但
9、其自旋方向不会立刻改变,分子仍处于单重态。持续一段时间后,激发态电子的自旋持续一段时间后,激发态电子的自旋可能可能倒转,生倒转,生成三重态。成三重态。11ppt课件n单重态能级间的跃迁符合光谱选律,跃迁概率大。单重态能级间的跃迁符合光谱选律,跃迁概率大。分子通过吸收辐射而直接被激发到三重态的跃迁分子通过吸收辐射而直接被激发到三重态的跃迁是是禁阻禁阻的,概率很小。的,概率很小。12ppt课件(2 2)激发态分子的失活)激发态分子的失活:激发态分子不稳定,以辐射或无辐射激发态分子不稳定,以辐射或无辐射跃迁跃迁的的 方式回到基态。方式回到基态。(3 3)跃迁的方式:)跃迁的方式:13ppt课件n振动
10、弛豫:振动弛豫:由于分子间的碰撞,激发态分子由由于分子间的碰撞,激发态分子由同一电子能同一电子能级中级中的较高振动能级转至较低振动能级的过程,其的较高振动能级转至较低振动能级的过程,其效率较高。效率较高。激发态分子常常首先发生振动驰豫。激发态分子常常首先发生振动驰豫。n内转换:内转换:相同多重态的两个电子能级间,相同多重态的两个电子能级间,电子由高能级电子由高能级回到低能级的分子内过程。回到低能级的分子内过程。无辐射跃迁无辐射跃迁 14ppt课件n系间窜越:系间窜越:激发态分子的电子自旋发生倒转而使分子的激发态分子的电子自旋发生倒转而使分子的多多重态发生变化重态发生变化的过程。含有重原子的分子
11、中(如的过程。含有重原子的分子中(如I、Br等),系间窜跃最常见。等),系间窜跃最常见。n外转换:外转换:激发态分子激发态分子与溶剂或其他溶质相互作用与溶剂或其他溶质相互作用和能和能量转换而使荧光(或磷光)减弱甚至消失的过程。量转换而使荧光(或磷光)减弱甚至消失的过程。荧光强度的减弱或消失,称为荧光强度的减弱或消失,称为荧光熄灭或猝荧光熄灭或猝灭。灭。15ppt课件辐射跃迁辐射跃迁n荧光:荧光:受光激发的分子经振动驰豫、内转换、振动驰受光激发的分子经振动驰豫、内转换、振动驰豫到达豫到达第一电子激发单重态的最低振动能级第一电子激发单重态的最低振动能级,以辐,以辐射的形式失活回到基态,发出荧光。射
12、的形式失活回到基态,发出荧光。由于无辐射使分子吸收的能量有部分损失,因由于无辐射使分子吸收的能量有部分损失,因此荧光的能量比吸收的能量小,即此荧光的能量比吸收的能量小,即荧光波长一般比荧光波长一般比激发光波长长。激发光波长长。16ppt课件n磷光:磷光:若第一激发单重态的分子通过系间窜跃到达第若第一激发单重态的分子通过系间窜跃到达第一激发三重态,再通过振动驰豫转至该激发的最低一激发三重态,再通过振动驰豫转至该激发的最低振动能级,然后以辐射的形式回到基态,发出的光振动能级,然后以辐射的形式回到基态,发出的光线称为磷光。线称为磷光。由于激发三重态能量较激发单重态低,所以由于激发三重态能量较激发单重
13、态低,所以磷磷光的波长比荧光的波长稍长。光的波长比荧光的波长稍长。磷光仅在很低的温度或黏性介质中才能观测到。磷光仅在很低的温度或黏性介质中才能观测到。因此磷光很少应用于分析。因此磷光很少应用于分析。17ppt课件l l 2l l 1l l 3l l 2S1T1系间跨越系间跨越内转换内转换振动弛豫振动弛豫S2S0能能量量T2内转换内转换发发射射荧荧光光发发射射磷磷光光外转换外转换振动弛豫振动弛豫18ppt课件4.4.荧光产生的过程:荧光产生的过程:(1 1)处于基态最低振动能级的荧光物质分子受到紫外线的照)处于基态最低振动能级的荧光物质分子受到紫外线的照射,吸收了和它所具有的特征频率相一致的光线
14、,跃迁到第一射,吸收了和它所具有的特征频率相一致的光线,跃迁到第一电子激发态的各个振动能级;电子激发态的各个振动能级;(2 2)被激发到第一电子激发态的各个振动能级的分子通过)被激发到第一电子激发态的各个振动能级的分子通过无辐射跃迁降落到第一电子激发态的最低振动能级;无辐射跃迁降落到第一电子激发态的最低振动能级;(3 3)降落到第一电子激发态的最低振动能级的分子继续降)降落到第一电子激发态的最低振动能级的分子继续降落到基态的各个不同振动能级,同时发射出相应的光量子,这落到基态的各个不同振动能级,同时发射出相应的光量子,这就是荧光:就是荧光:(4 4)到达基态的各个不同振动能级的分子再通过无辐射
15、跃迁最)到达基态的各个不同振动能级的分子再通过无辐射跃迁最后回到基态的最低振动能级后回到基态的最低振动能级19ppt课件5.5.分子产生荧光必须具备的条件分子产生荧光必须具备的条件(1 1)具有合适的结构。只有少数具有某些结构特性)具有合适的结构。只有少数具有某些结构特性的体系才会产生荧光现象。的体系才会产生荧光现象。(2 2)具有一定的荧光量子产率。)具有一定的荧光量子产率。20ppt课件(1 1)荧光与结构的关系)荧光与结构的关系 n电子跃迁类型电子跃迁类型 *的荧光效率高,系间窜跃至三重态的的荧光效率高,系间窜跃至三重态的的速率常数较小,有利于荧光的产生。的速率常数较小,有利于荧光的产生
16、。n共轭效应共轭效应 含有含有*跃迁能级的跃迁能级的芳香族化合物芳香族化合物的荧光的荧光最常见且最强。具有最常见且最强。具有较大共轭体系较大共轭体系或或脂环羰基结构脂环羰基结构的脂肪族化合物也可能产生荧光。的脂肪族化合物也可能产生荧光。21ppt课件n取代基效应取代基效应:苯环上有吸电子基常常会妨碍荧:苯环上有吸电子基常常会妨碍荧光的产生;而给电子基会使荧光增强。光的产生;而给电子基会使荧光增强。化合物化合物 相对荧光强度相对荧光强度 荧光波长荧光波长/nm/nm C6H6(苯)(苯)10 10 270310 C6H5COOH C6H5NO230310390 C6H5CH3 C6H5OH C6
17、H5OCH3 C6H5NH2 C6H5CN1718202020270320285365285345310405280360 C6H5Cl C6H5BrC6H5I75027534529038022ppt课件n平面刚性结构效应平面刚性结构效应 可降低分子振动,减少与溶剂的相互作用,故可降低分子振动,减少与溶剂的相互作用,故具有很强的荧光。如荧光素和酚酞有相似结构,荧具有很强的荧光。如荧光素和酚酞有相似结构,荧光素有很强的荧光,酚酞却没有。光素有很强的荧光,酚酞却没有。23ppt课件(2 2)荧光量子产率荧光量子产率n物质分子发射荧光的能力用荧光量子产率(物质分子发射荧光的能力用荧光量子产率()表示
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