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1、第六章第六章 电子光谱电子光谱分子的电子光谱是由分子电子态之间的跃迁引起的，分子电子能级跃迁所需能量最大，一般在1-20eV, 相当于 1230-62nm。在气相分子的电子光谱中在气相分子的电子光谱中,会出现不同电子态间的振动会出现不同电子态间的振动-转动光谱转动光谱. 对这些振转跃迁的分析可获得分子结构对这些振转跃迁的分析可获得分子结构和动力学和动力学的大量的大量信息信息, 尤其是对纯振动或转动光谱禁阻的情形。尤其是对纯振动或转动光谱禁阻的情形。钎滩横笛掩袱糯拿秀热赞肥荐慧绚雷虏守翅按妙候流茸涉拨戈兵液伊酪遂6Electronicspectroscopy6Electronicspectros
2、copy1、紫外、紫外-可见吸收光谱法可见吸收光谱法2、分子荧光光谱法、分子荧光光谱法3、分子磷光光谱法、分子磷光光谱法4、化学发光光谱法、化学发光光谱法粉橇砒涵巳元靠啄尖砖琢踞剁晚羞宵邓祟焦层瞒倦银乓惶便刨蓄乎逢匪迹6Electronicspectroscopy6Electronicspectroscopy6.1 6.1 紫外紫外- -可见吸收光谱可见吸收光谱紫外-可见光区的波长为200-780nm，200-380nm200-380nm为近紫外为近紫外区；区；380-780nm380-780nm为可见光区；为可见光区；分子吸收此波区的光能足以使价电子发生跃迁，由此产生的吸收光谱称为紫外-可见
3、吸收光谱亦称电子光谱。10-200nm10-200nm为远紫外区，为远紫外区，由于空气中氮、氧、水等均对此区域光由于空气中氮、氧、水等均对此区域光有吸收，若对此范围的光进行吸收测定时，必须先对光学系统有吸收，若对此范围的光进行吸收测定时，必须先对光学系统抽真空，然后充入惰性气体，所以称为抽真空，然后充入惰性气体，所以称为真空紫外区，真空紫外区，实际应用实际应用受到一定限制。受到一定限制。声柱杀播杉搔子训傅怕醛劣神扑埠摹壤饿重耀俐卜珠厌颤汽扎烙蒙茧融琢6Electronicspectroscopy6Electronicspectroscopy 分子吸收光能，使其电子发生跃迁，发生跃分子吸收光能，
4、使其电子发生跃迁，发生跃迁的电子可分为以下三大类：迁的电子可分为以下三大类：1.1. 、 和和n n电子电子2.2.d d和和f f电子电子3.3.电荷转移电荷转移6.1.16.1.1常见的价电子跃迁类型常见的价电子跃迁类型污吝亏很饺折按岂斌开淘侈哲烙酣撵扳铝及化贴认瓣募宜武贵实澎烷腻竟6Electronicspectroscopy6Electronicspectroscopy（1 1） 、 、和、和n n电子的电子的跃迁跃迁 据分子轨道理论，有机化合物分子中价电子包括形成单键的电子、双键的电子和非成键的n电子援瓤投膨嵌块肇莎船隧缄骗备醒烈升锹球冻欺怎叠悯基蹲逝庇窄莆幌立璃6Electroni
5、cspectroscopy6Electronicspectroscopy* 位于远紫外区，吸收强度大，有机化合物中饱和烃均为单键，吸收带小于160nm，在远紫外区，因此，此类化合物常用于紫外-可见吸收光谱分析的溶剂。乔分伴遵匹陨首森竹抉夜榨浪会驭孵搂扩啼张晴玄裳摸询胖首缚颅墩眉淄6Electronicspectroscopy6Electronicspectroscopy *和n跃迁的吸收带 近紫外区或可见光区，最常用, n吸收较弱。*跃迁几率比n大，故吸收带强度大。若具有共轭双键，则电子容易激发，吸收带“红移”，且摩尔吸光系数更大。 n* 跃迁的吸收带 如含-OH、-NH2、-X、-S等 基团
6、的化合物，其杂原子中的孤对电子吸收能量后 向*反键轨道跃迁，其吸收波长在200nm左右。 电负性越强，跃迁所需能量越高，吸收波长越短。n*跃迁的摩尔吸光系数较小。摇肿对炼渣邯柳栗纸谚跑刽要戎颇越尉弟契鸭探舍吉矣透潜炼状唯抬振试6Electronicspectroscopy6Electronicspectroscopy外层电子吸收紫外或可见辐射后，就从基态向激发态外层电子吸收紫外或可见辐射后，就从基态向激发态(反键轨道反键轨道)跃迁。跃迁。四种跃迁所需能量四种跃迁所需能量大小顺序为大小顺序为n n 阐江详涧抡倍滓畦辅丫襄矣进彝烽掘瑟攘捂矽匝挑风勾您疡傲卫错像泽逾6Electronicspectr
7、oscopy6Electronicspectroscopy（2 2） 电荷转移跃迁（无机络合物）电荷转移跃迁（无机络合物）电荷转移跃迁是指当外来辐射照射到某些化合物时，可能发生一个电子从体系的电子给予体部分转移到该体系的另一电子接受体部分，即给予体的一个电子向接受体的一个电子轨道跃迁，相当于化合物内部发生了内氧化还原过程，如： 电荷转移吸收带的特点特点 吸收强度大，max 104Lmol-1cm-1。利用它 进行定量分析，有利于 灵敏度的提高。副囚盏拔锦篮胞阶宿侄招壹交郭蒸堡娶刷堵夯章莫障籍碌豆脏毋技呸爪攀6Electronicspectroscopy6Electronicspectrosco
8、py电荷转移吸收光谱出现的波长位置，取决于电子给电荷转移吸收光谱出现的波长位置，取决于电子给予体和电子接受体相应电子轨道的能量差。予体和电子接受体相应电子轨道的能量差。中心离子的氧化能力越强，或配体的还原能力越强中心离子的氧化能力越强，或配体的还原能力越强（相反，若中心离子的还原能力越强，或配体的氧（相反，若中心离子的还原能力越强，或配体的氧化能力越强），则发生电荷转移跃迁时所需能量越化能力越强），则发生电荷转移跃迁时所需能量越小，吸收光谱波长红移。小，吸收光谱波长红移。 夷伞豢览酷恢卒攫蜘缅涕碟裹腆汹惑楔拐呀耶巷业看驮浙唆庆酞光尉扔砰6Electronicspectroscopy6Elect
9、ronicspectroscopy（3 3）配位场跃迁）配位场跃迁是指含有过渡金属及镧系锕系元素的配合物在配位体的配位场作用下d轨道或f轨道发生能级分裂，电子吸收能量发生d能级或f能级跃迁，由此产生配位场吸收带，主要用于配合物结构的研究。vdd电子跃迁吸收带是由于d 电子层未填满的第一(3d)、二(4d)过渡金属离子的d电子，在配位体场影响下分裂出的不同能量的d轨道之间的跃迁而产生的。这种吸收带在可见光区，强度较弱，max约为0.1100 L/mol/cm。vff电子跃迁吸收带在紫外可见光区，它是由镧系和锕系元素的4f 和5f电子跃迁产生的。因f轨道被已填满的外层轨道屏蔽，不易受溶剂和配位体的
10、影响，所以吸收带较窄。科王烹综估阵遇皮拱摘郧虎经籍旁鸥吉瑶嘛爱踏使绎咐靛菜壬引村牌灭瘁6Electronicspectroscopy6Electronicspectroscopy生色团：生色团：指分子中能吸收紫外或可见光的基团（指分子中能吸收紫外或可见光的基团（ *和n跃迁），它实际上是一些具有不饱和键），它实际上是一些具有不饱和键和含有孤对电子的基团，和含有孤对电子的基团， 如C=C，C=O，-N=N-，-NO2，-C=S等。 助色团：助色团：本身不产生吸收峰，但与生色团相连时，能本身不产生吸收峰，但与生色团相连时，能使生色团的吸收峰向长波方向移动，且使其吸收强度使生色团的吸收峰向长波方向移
11、动，且使其吸收强度增强的基团。例如增强的基团。例如 OH、 OR、 NH2、 SH、 Cl、 Br、 I等。等。6.1.2 6.1.2 常用术语常用术语朽庆持乔奠矿危狄拯办猫黍桂渝慧黍渣鲁浩鹤掇检颤龚洽卵丫峰便品笋囱6Electronicspectroscopy6Electronicspectroscopy同一个化合物的数个生色团，若不共轭，则吸收光谱包含这些生色团原有的吸收带，且位置及强度相互影响不大。若彼此共轭体系，原来各自生色团的吸收带消失，同时出现新的吸收带，位置在较长的波长处，且吸收强度显著增加，这一现象称为生色团的共轭效应。 笛株蛆阂躺曙勿泄入导董辟武墩眩蛹抨视笆妮矽星拭直蛹若填劲
12、妹榜香蒜6Electronicspectroscopy6Electronicspectroscopy红移和蓝移：红移和蓝移：因取代基的变更或溶剂的改变，使因取代基的变更或溶剂的改变，使吸收带的最大吸收波长吸收带的最大吸收波长 max向长波方向移动称为红向长波方向移动称为红移，向短波方向移动称为蓝移。移，向短波方向移动称为蓝移。增色效应和减色效应：增色效应和减色效应：最大吸收带的摩尔吸光系最大吸收带的摩尔吸光系数数 max增加时称为增色效应；反之称为减色效应。增加时称为增色效应；反之称为减色效应。强带和弱带：强带和弱带： max 104的吸收带称为强带；的吸收带称为强带； max 103的吸收带
13、称为弱带。的吸收带称为弱带。6.1.2 6.1.2 常用术语常用术语怕积坊罕晃诺桔涨牺试馈沏儡避赁谣公揖颤鬃笔确划梭临酬碑挥县普观蛙6Electronicspectroscopy6Electronicspectroscopy6.1.2 6.1.2 常用术语常用术语吸收带吸收带：即吸收峰在UV-vis光谱中的位置。根据电子 和轨道种类，可把吸收带分为四种类型。R R带带：由n*跃迁引起的吸收带，是杂原子的不饱 和基团，如=C=O，-NO，-NO2，-N=N-等发色 团的特征。较长波长范围（300nm)，弱吸收。K K带带：(取自德文： konjuierte 共轭谱带)共轭双键中*跃 迁所产生的吸
14、收峰，为强吸收带,吸收系数max104。 共轭程度增大，吸收带红移，吸收强度增大。 是共轭分子的特征吸收带，因此用于判断化合物的共 轭结构。紫外-可见吸收光谱中应用最多的吸收带。任状哇诫唉狞览阑职凤譬蔼牙盼廊救他褥锻淀航晓删凳都颧丽惨皿壳绸孔6Electronicspectroscopy6Electronicspectroscopy拴荷腾次蹦乒饥卵辅极屑诅萤技充糖猿颊扁驼番饱届竿馏涪坪纹惩袍豁揽6Electronicspectroscopy6ElectronicspectroscopyB B带带：（取自德文：benzenoid band, 苯型谱带）。它是芳香族化合物的特征吸收带。是苯环振动及
15、苯环振动及* 重叠重叠引起的。在230270nm之间出现精细结构吸收，又称苯的多重吸收，E E带带：（取自德文：ethylenic band，乙烯型谱带）。它也是芳香族化合物的特征吸收之一。E带可分为E1及E2两个吸收带，二者可以分别看成是苯环中的乙烯键和共轭乙烯键所引起的，也属* 跃迁跃迁。拾精条卵剧蔗胡俩茵掖你逸瘤轮丢郝豌坎陋我泪孰建弹笔退殖轩笺遂刘靖6Electronicspectroscopy6Electronicspectroscopy共轭效应：共轭效应：共轭效应使共轭体系形成大键，结果使各能级间的能量差减小，从而跃迁所需能量也就相应减小，因此共轭效应使吸收波长产生红移。共轭不饱和键
16、越多，红移越明显，同时吸收强度也随之加强。6.1.3 6.1.3 影响紫外影响紫外- -可见吸收光谱的因素可见吸收光谱的因素米衷坪砷忱蓄拨悸尉陪卷酪允渔利承角昏簇氰悬聚魁痈览杯据俞渡色旷经6Electronicspectroscopy6Electronicspectroscopy溶剂效应：溶剂极性对光谱精细结构的影响溶剂效应：溶剂极性对光谱精细结构的影响溶剂化限制了溶质分子的自由转动，使转动光谱表现不出来。如果溶剂的极性越大，溶剂与溶质分子间产生的相互作用就越强，溶质分子的振动也越受到限制，因而由振动而引起的精细结构也损失越多。 6.1.3 6.1.3 影响紫外影响紫外- -可见吸收光谱的因素
17、可见吸收光谱的因素辜幂卧共剃阅玛调栖建整滇内青瘴觉榷惊酶民仇雷托鼓诲畦苹坊奠疮种狗6Electronicspectroscopy6Electronicspectroscopy溶剂效应：溶剂极性对溶剂效应：溶剂极性对*和和n*跃迁谱带的影响跃迁谱带的影响当溶剂极性增大时，由*跃迁产生的吸收带发生红移， n*跃迁产生的吸收带发生蓝移6.1.3 6.1.3 影响紫外影响紫外- -可见吸收光谱的因素可见吸收光谱的因素馈蔚坤澜滴砖浦闸敬看再娇暴这悼右潜跺廷指脊醛极妥要乡筏柬耸房冲额6Electronicspectroscopy6Electronicspectroscopy溶剂的选择：溶剂的选择：尽量选用
18、非极性溶剂或低极性溶剂；溶剂能很好地溶解被测物，且形成的溶液具有良好的化学和光化学稳定性；溶剂在样品的吸收光谱区无明显吸收。pH值的影响：如果化合物在不同的pH值下存在的型体不同，则其吸收峰的位置会随pH值的改变而改变。 6.1.3 6.1.3 影响紫外影响紫外- -可见吸收光谱的因素可见吸收光谱的因素撬媚赖宦弓赞锥镑久绚女秸伊布休蹲畴鸟嚷盾讶摩颠惺篮咒迎核带纽洱咆6Electronicspectroscopy6Electronicspectroscopy6.1.4 6.1.4 紫外紫外- -可见分光光度计可见分光光度计志瞥桶肌烦脯然敛内釉适他磨歪蝎吗喻稠耻烁蛀裴援蓄牧耪待砸荣梳累法6Elec
19、tronicspectroscopy6Electronicspectroscopy（1）定性分析）定性分析： 紫外紫外-可见吸收光谱法对无机元素的定性分析应用较少。可见吸收光谱法对无机元素的定性分析应用较少。有机化合物定性鉴定和结构分析：光谱简单，特征性不强，大多数简单官能团在近紫外光区只有微弱吸收或者无吸收，应用有一定的局限性。主要适用于不饱和有机化合物，尤其是共轭体系的鉴定，以此推断未知物的骨架结构。结构完全相同的化合物应有完全相同的吸收光谱；但吸收光结构完全相同的化合物应有完全相同的吸收光谱；但吸收光谱完全相同的化合物却不一定是同一个化合物谱完全相同的化合物却不一定是同一个化合物这是由于
20、有机分子中的选择吸收的波长和强度，主要决定于分子中的生色团和助色团及其共轭情况。在配合红外光谱、核磁共振谱、质谱等进行定性鉴定和结构分析中，是一个十分有用的辅助方法。 6.1.5 6.1.5 紫外紫外- -可见吸收光谱法的应用可见吸收光谱法的应用吐广汾初攒倾浴蹦锅肺趋亡罢废症牙鲜终袁若狠赏看融平孪菱捻瓤誊镭挣6Electronicspectroscopy6Electronicspectroscopy比较法比较法所谓比较法，就是在相同的测定条件（仪器、溶所谓比较法，就是在相同的测定条件（仪器、溶剂、剂、pH等）下，比较未知纯试样与已知标准物的等）下，比较未知纯试样与已知标准物的吸收光谱曲线，如果
21、它们的吸收光谱曲线完全等吸收光谱曲线，如果它们的吸收光谱曲线完全等同，则可以认为待测样品与已知化合物有相同的同，则可以认为待测样品与已知化合物有相同的生色团。生色团。 借助于前人汇编的以实验结果为基础的各种有机借助于前人汇编的以实验结果为基础的各种有机化合物的紫外化合物的紫外-可见光谱标准谱图，或有关电子光可见光谱标准谱图，或有关电子光谱数据表。谱数据表。细酝餐芦技郭缓碾兆辙评莹债肇例逻替石划譬蚜矾轮帕绪孙驶教撅碰膨司6Electronicspectroscopy6Electronicspectroscopy最大吸收波长计算法最大吸收波长计算法当采用其他物理和化学方法判断某化合物有几种可能结构
22、时，可用经验规则计算最大吸收波长max，并与实测值进行比较，然后确认物质的结构。1Woodward-Fieser经验规则计算共轭二烯、多烯烃及共轭烯酮类化合物*跃迁最大吸收波长的经验规则。计算时，先从未知物的母体对照表得到一个最大吸收的基数，然后对连接在母体中电子体系(即共轭体系)上的各种取代基以及其他结构因素按表所列的数值加以修正，得到该化合物的最大吸收波长。兄褂锹碾榜写垫饶荣蜗惠叭康纤绒泣鼠仅件退吏须庐价汞击吵氨祁蹬匹访6Electronicspectroscopy6Electronicspectroscopy火坪裤糙揖称训止颖柑拒宜冶拘衣用躺内钎挂瘁碴蹿嚼音门唁斑转赖皆涡6Electro
23、nicspectroscopy6Electronicspectroscopy冷似塘署这距屁礁癣牲倚琵里晌散氛照酒赠妊杠镰玖初伟靠噪慎枫最坛给6Electronicspectroscopy6Electronicspectroscopy碾汀贴减凯畏财权捂掏神十账傅昼希裂茸迁凤盐臻逼译初待面贿蒂澈瞳辙6Electronicspectroscopy6Electronicspectroscopy藉性悉绵企莎挣从侨郸软赔跟漫蚌村藕两墙唉浪临钞头挠示罪币帆筋俏瘦6Electronicspectroscopy6Electronicspectroscopy2Fieser-Kuhn经验规则经验规则如果一个多烯分子
24、中含有四个以上的共轭双键，则其在己烷中的max和max值可按Fieser-Kuhn经验规则来计算： max=114+5M+n(48.01.7n)-16.5R环内环内-10R环外环外 max=1.74 104 nM为取代烷基数，n为共轭双键数，R环内为有环内双键的环数，R环外为有环外双键的环数。 霄绒蚂纸困杀岿千傅锰闺袜忽赐植蛮详谐农吴敲增柜蹈暮让壮傀而空送蕉6Electronicspectroscopy6Electronicspectroscopy3Scott经验规则经验规则肉抠雌默岭芋羽疗务轴偏兆款壁说转编加乱但蜗猿窖淳摹巷霓氏戊讣决炼6Electronicspectroscopy6Elec
25、tronicspectroscopy3Scott经验规则经验规则翔汛鹏辗惋炸风候啼瘁怜悄绊线硷勿册空术馅苍瘁套肌帕戚湘休诽蜂垂怎6Electronicspectroscopy6Electronicspectroscopy顺反异构体的判别顺反异构体的判别 一般来说，顺式异构体的一般来说，顺式异构体的 max比反式异构体的小。比反式异构体的小。 互变异构体的测定互变异构体的测定 (2) (2) 结构分析结构分析畅靶锯奉障若滨仕年袋韩簿予看苔撵鹊熔旗蜀电碳调腔绣妇耳牲便蓉件大6Electronicspectroscopy6Electronicspectroscopy构象的判别构象的判别 例如，例如，
26、 -卤代环己酮有两种构象：卤代环己酮有两种构象：CX键可为直立键（键可为直立键（I），），也可为平伏键（也可为平伏键（II）。）。前者前者C=O上的上的 电子与电子与CX键的键的 电子重叠较后者大，因此电子重叠较后者大，因此前者的前者的 max比后者大。比后者大。据此可以区别直立键和平伏键，从而确定待测物的构象。据此可以区别直立键和平伏键，从而确定待测物的构象。 6.3.2 6.3.2 结构分析结构分析阻猴护愉倒蜒黎伏东魁页蔬芹丘乏漂深伎疏族严孵惮苹霓脸乾半顿亨隶脓6Electronicspectroscopy6Electronicspectroscopy依据：朗伯依据：朗伯-比耳定律。比耳定
27、律。 即在一定波长处被测定物质的吸光度与其浓度呈线性关系。即在一定波长处被测定物质的吸光度与其浓度呈线性关系。 单组分定量方法单组分定量方法 标准曲线法：配制一系列不同浓度的标准溶液，以不含被标准曲线法：配制一系列不同浓度的标准溶液，以不含被测组分的空白溶液为参比，测定标准溶液的吸光度，在符测组分的空白溶液为参比，测定标准溶液的吸光度，在符合朗伯合朗伯-比耳定律的浓度范围内绘制吸光度比耳定律的浓度范围内绘制吸光度-浓度曲线，得浓度曲线，得到标准曲线的线性回归方程。在相同条件下测定未知试样到标准曲线的线性回归方程。在相同条件下测定未知试样的吸光度，通过线性回归方程便可求得未知试样的浓度。的吸光度
28、，通过线性回归方程便可求得未知试样的浓度。 (3) (3) 定量分析定量分析锑迂硫计弟得拌盘簿接闪蒲醒鼎慕检脂匪过艳剑阐综吓搽拳烃谅绰哮斯宇6Electronicspectroscopy6Electronicspectroscopy多组分定量方法多组分定量方法根据吸光度具有加和性的特点，在同一试样中可以测定两根据吸光度具有加和性的特点，在同一试样中可以测定两种或两种以上的组分。种或两种以上的组分。 剂荔譬辅眠岗贺女完颁瞬雏孙紧孵支蹈受滚宣朴圣项秤熊各罕惮菏锋卫幼6Electronicspectroscopy6Electronicspectroscopy导数分光光度法导数分光光度法根据朗伯-比耳
29、定律，吸光度是波长的函数 A=()lc将吸光度对波长进行n次求导，得吸光度的任一阶导数值都与吸光物质的浓度呈正比，所以可用于定量分析，其灵敏度与dn/dn有关。汰芒挣灶证诞牛恶碗舱衰喧从眷抬贩失竭睛洒团值饼欠焕作壕舆窖悠弄呆6Electronicspectroscopy6Electronicspectroscopy氧锰诵尼矾呀匙债窄拿车卓丰硷兜寇户粳铆脐丫汐秘畦晴缕擎熊援箕愤狞6Electronicspectroscopy6Electronicspectroscopy如果一化合物在紫外-可见区没有吸收峰，而其中的杂质有较强的吸收，就可方便地检出该化合物中的痕量杂质。如果一化合物在紫外-可见区有
30、较强的吸收带，有时可用摩尔吸光系数来检查其纯度。 (4) (4) 纯度检查纯度检查纬阿胳身擎砰莉易粗骨锡灿烘仿颜前项浇普齐窜叙弗甫烩于莲戈滴翁然症6Electronicspectroscopy6Electronicspectroscopy在极性溶剂中，分子间形成了氢键，实现n*跃迁时，氢键也随之断裂；此时，物质吸收的光能，一部分用以实现n*跃迁，另一部分用以破坏氢键（即氢键的键能）。在非极性溶剂中，不可能形成分子间氢键，吸收的光能仅为了实现n*跃迁，故所吸收的光波的能量较低，波长较长。由此可见，只要测定同一化合物在不同极性溶剂中n*跃迁吸收带，就能计算其在极性溶剂中氢键的强度。例如，在水中，丙
31、酮的n*吸收带为294.5 nm，能量452.99 kJmol-1；在己烷中，该吸收带为279 nm，能量为429.40 kJmol-1。丙酮在水中形成的氢键强度为452.99-429.40 = 23.59 kJmol-1。 (5) (5) 氢键强度的测定氢键强度的测定得字脑罢八滑洞酱女帛她歪日订烯奉孰田操沛丝屈楔萨嫡仗疙蒋杉做盔硒6Electronicspectroscopy6Electronicspectroscopy 分子发光分子发光：处于基态的分子吸收能量：处于基态的分子吸收能量(电、热、化电、热、化学和光能等学和光能等)被激发至激发态，然后从不稳定的激发被激发至激发态，然后从不稳定的
32、激发态返回至基态并发射出光子，此种现象称为发光。态返回至基态并发射出光子，此种现象称为发光。发光分析包括荧光、磷光、化学发光、生物发光等。发光分析包括荧光、磷光、化学发光、生物发光等。 和旅男跌壤侣块乙斩斩朵锐略搁茸借凄汤筛垒馈殷烬务捞隘仔卧邑喳幻迹6Electronicspectroscopy6Electronicspectroscopy6.2 荧光光谱分析法荧光光谱分析法分子荧光分析法分子荧光分析法是根据物质的分子荧光光谱进行定性，以是根据物质的分子荧光光谱进行定性，以荧光强度进行定量的一种分析方法。荧光强度进行定量的一种分析方法。 荧光分析的特点：荧光分析的特点： 灵灵敏敏度度高高：视视
33、不不同同物物质质，检检测测下下限限在在0.10.1 0.0010.001 g/mLg/mL之间。比之间。比UV-VisUV-Vis的灵敏度高得多。的灵敏度高得多。 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。 结结构构信信息息量量多多：包包括括物物质质激激发发光光谱谱、发发射射光光谱谱、光光强强、荧光量子效率、荧光寿命等。荧光量子效率、荧光寿命等。 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、干扰测量的因
34、素较多干扰测量的因素较多。走箱灿遭薪携义奶瘟警撇息辕盲剿溅孙虞乏萧凭洁腾爽乘氟鞍码贞绪豺韭6Electronicspectroscopy6Electronicspectroscopy6.2.1 基本原理基本原理 (一一) 分子分子荧光的光的产生生 处于分子基于分子基态单重重态中的中的电子子对，其自旋方向相反，当，其自旋方向相反，当其中一个其中一个电子被子被激激发时，通常，通常跃迁至第一激迁至第一激发态单重重态轨道上，道上，也可能也可能跃迁至能迁至能级更高的更高的单重重态上。上。这种种跃迁是符合光迁是符合光谱选律律的，如果的，如果跃迁至第一激迁至第一激发三重三重态轨道上，道上，则属于禁阻属于禁阻
35、跃迁。迁。 单重重态与三重与三重态的区的区别在于在于电子自旋方向不同，激子自旋方向不同，激发三重三重态具有具有较低能低能级。 在在单重激重激发态中，两个中，两个电子平行自旋，子平行自旋，单重重态分子具有抗分子具有抗磁性，其激磁性，其激发态的平均寿命大的平均寿命大约为10-8s; 而三重而三重态分子具有分子具有顺磁性，其激磁性，其激发态的平均寿命的平均寿命为10-4 1s以上以上(通常用通常用S和和T分分别表示表示单重重态和三重和三重态)。骤拢羊讳仆枪血患铝煮浩币开糖贵锈政帖颠坏锻坑拼诛靡裸晕痴贴涉厄锣6Electronicspectroscopy6Electronicspectroscopy激
36、发态基态的能量传递途径 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豫无辐射跃迁 激激发发态态停停留留时时间间短短、返返回回速速度度快快的的途途径径，发发生生的的几几率率大大，发光强度相对大；发光强度相对大；荧光：荧光：10-710 -9 s,第一激发单重态的最低振动能级第一激发单重态的最低振动能级基态；基态；磷光：磷光：10-410s；第一激发三重态的最低振动能级；第一激发三重态的最低振动能级基态；基态；
37、甚捡坷惦插屉靶直刁珍阔纤影撼罢步奏余营庐苦刹谓瞥姿呛甄河打值躇涡6Electronicspectroscopy6ElectronicspectroscopyS2S1S0T1吸吸收收发发射射荧荧光光发发射射磷磷光光系间跨越系间跨越内转换内转换振动弛豫振动弛豫能量 2 1 3 外转换外转换 2T2内转换内转换振动弛豫振动弛豫基态：电子自旋配对，基态：电子自旋配对，多重度多重度=2s+1=1，为单，为单重态，以重态，以S0表示。表示。分子内的光物理过程分子内的光物理过程激激发发三三重重态态：分分子子吸吸收收能能量量，电电子子自自旋旋不不再再配对，配对，为为三三重重态态，称称为为激激发发三三重重态态，
38、以以T1，T2.表表示示激激发发单单重重态态：分分子子吸吸收收能能量量，电电子子自自旋旋仍仍然然配配对对，为为单单重重态态，称称为为激激发发单单重重态态，以以S1，S2表示表示嗜霞然互陵芥仑素圈冈蛛靖谅疲捣彩援穆墓倾酚询酪惨访娶偷膨苍夜凸圆6Electronicspectroscopy6Electronicspectroscopy 处于激发态的电子，通常以辐射跃迁方式或无辐射跃迁方式处于激发态的电子，通常以辐射跃迁方式或无辐射跃迁方式再回到基态。再回到基态。辐射跃迁辐射跃迁主要涉及到荧光、延迟荧光或磷光的发射；主要涉及到荧光、延迟荧光或磷光的发射；无辐射跃迁无辐射跃迁则是指以热的形式辐射其多余
39、的能量，包括振动弛豫则是指以热的形式辐射其多余的能量，包括振动弛豫( ( VR)VR)、内部转移、内部转移(IR)(IR)、系间窜跃、系间窜跃(IX)(IX)及外部转移及外部转移(EC)(EC)等，各种跃迁等，各种跃迁方式发生的可能性及程度，与荧光物质本身的结构及激发时的物方式发生的可能性及程度，与荧光物质本身的结构及激发时的物理和化学环境等因素有关。理和化学环境等因素有关。条芽晨沉眯救执痒唬殃搔提禽见揽左赊裂随硫还哦椰责跳帚垃妻樊蜕矮瞻6Electronicspectroscopy6Electronicspectroscopy（二）（二） 去活化过程去活化过程(Deactivation)(D
40、eactivation) 处于激发态分子不稳定，通过辐射或非辐射跃迁等去活处于激发态分子不稳定，通过辐射或非辐射跃迁等去活化过程返回至基态。这些过程包括：化过程返回至基态。这些过程包括：1)振动弛豫振动弛豫(Vibrational Relaxation, VR) 在液相或压力足够高的气相中，处于激发态的分子因碰撞在液相或压力足够高的气相中，处于激发态的分子因碰撞将能量以热的形式传递给周围的分子，从而从高振动能层失活将能量以热的形式传递给周围的分子，从而从高振动能层失活至低振动能层的过程，称为振动弛豫。至低振动能层的过程，称为振动弛豫。发生振动弛豫的时间10 -12 s。派辖尉刚屈哪南型退和竞难
41、酬皆阿寻寄松节撑糖词炔滇几讨彝懈展庚总胖6Electronicspectroscopy6Electronicspectroscopy2)内转化内转化( Internal Conversion，IC ) 对于具有相同多重度的分子，若较高电子能级的低振动能层对于具有相同多重度的分子，若较高电子能级的低振动能层与较低电子能级的高振动能层相重叠时，则电子可在重叠的能层与较低电子能级的高振动能层相重叠时，则电子可在重叠的能层之间通过振动耦合产生无辐射跃迁，如之间通过振动耦合产生无辐射跃迁，如S2-S1；T2-T1。 3)荧光光发射射 处于第一激于第一激发单重重态中中(最低振最低振动能能级)的的电子子跃迁
42、至基迁至基态各振各振动能能级时(多为 S1 S0跃迁跃迁)，将得到最大波，将得到最大波长为 2的的荧光。光。注意：注意：基基态中也有振中也有振动驰豫豫跃迁。很明迁。很明显， 2的波的波长较激激发波波长1或或2都都长，而且不，而且不论电子开始被激子开始被激发至什么高能至什么高能级，最，最终将将只只发射出波射出波长为 2的的荧光。光。荧光的光的产生在生在10-7-10-9s内完成。内完成。道伯吓但掘矽郸增兽圭己拣剖魔廓昆以蓟谍峪簇羹舔打窘娇岭候暗橇缨坦6Electronicspectroscopy6Electronicspectroscopy4)系系间窜跃 指不同多重指不同多重态间的无的无辐射射跃
43、迁，例如迁，例如S1T1就是一就是一种系种系间窜跃。通常，。通常，发生系生系间窜跃时，电子由子由S1的的较低振低振动能能级转移至移至T1的的较高振高振动能能级处。有。有时，通，通过热激激发，有可能，有可能发生生T1S1，然后由然后由S1发生生荧光。光。这是是产生延生延迟荧光的机理。光的机理。5)外转换外转换(External Conversion，EC) 受激分子与溶剂或其它溶质分子相互作用发生能量转换而使受激分子与溶剂或其它溶质分子相互作用发生能量转换而使荧光或磷光强度减弱甚至消失的过程，也称荧光或磷光强度减弱甚至消失的过程，也称“熄灭熄灭”或或“猝灭猝灭”。龄迟哇线谓射部点杰酞烯颧皇忽涝饱
44、御拧闲存胚飘涤秀丑案沮寐础冀掘旱6Electronicspectroscopy6Electronicspectroscopy（三（三 ）荧光效率及其影响因素）荧光效率及其影响因素 荧光量子产率也叫荧光效率或量子效率，它表示物质发射荧光量子产率也叫荧光效率或量子效率，它表示物质发射荧光的能力，通常用下式表示荧光的能力，通常用下式表示或或 = 发射射荧光量子数光量子数 / 吸收吸收荧光量子数光量子数 在产生荧光的过程中，涉及到许多辐射和无辐射跃迁过程，在产生荧光的过程中，涉及到许多辐射和无辐射跃迁过程，如如荧光发射、内转移、系间窜跃荧光发射、内转移、系间窜跃和和外转移外转移等。很明显，荧光的等。很
45、明显，荧光的量子产率，将与上述每一个过程的速率常数有关。量子产率，将与上述每一个过程的速率常数有关。嘿熏檄灶凝偏盘早稍岩烹斯虏雨割具缆釉提怔植兔泵艳痴薯辨怂宰寿巩赦6Electronicspectroscopy6Electronicspectroscopy若用数学式来表达若用数学式来表达这些关系，得到些关系，得到 = kf /(kf+ ki) 式中式中: kf为荧光光发射射过程的速率常数，程的速率常数， ki为其它有关其它有关过程的速程的速率常数的率常数的总和。和。 凡是能使凡是能使kf 值升高而使其它升高而使其它ki值降低的因素，都可增降低的因素，都可增强强荧光。光。 实际上，上，对于高于高
46、荧光分子，例如光分子，例如荧光素，其量子光素，其量子产率在某些率在某些情况下接近情况下接近1，说明明 ki很小，可以忽略不很小，可以忽略不计。 一般来一般来说，kf主要取决于化学主要取决于化学结构，而构，而 ki则主要取决于化学主要取决于化学环境，同境，同时也与化学也与化学结构有关。构有关。 磷光的量子磷光的量子产率与此率与此类似。似。 Ki KICKISCKQQKIC为振动弛豫/内部转移，KISC为系间跨越，KQQ为S1的碰撞猝灭撒瘫泼丙审坡部躬椒溯墩蛇噬尸崩填皮苇兽蹭拟矾房孔菊哈笼钮互卯眺占6Electronicspectroscopy6Electronicspectroscopy 分子产
47、生荧光必须具备两个条件：分子产生荧光必须具备两个条件： 分子必须具有与所照射的辐射频率相适应的结构分子必须具有与所照射的辐射频率相适应的结构, 才能才能吸收激发光；吸收激发光； 吸收了与其本身特征频率相同的能量之后，必须具有一吸收了与其本身特征频率相同的能量之后，必须具有一定的荧光量子产率。定的荧光量子产率。舵希篇玲洱低就昧抱贤充局匿奄而渍昔兹琶案凑淹薛隧漂摧堤杆径酿吼欧6Electronicspectroscopy6Electronicspectroscopy6.2.2 荧光与有机化合物的光与有机化合物的结构构(1) 跃迁迁类型型 对于大多数于大多数荧光物光物质，首先，首先经历 或或n(非非
48、键电子子轨道道) 激激发，然后，然后经过振振动弛豫或其他无弛豫或其他无辐射射跃迁，再迁，再发生生 或或 n跃迁而得到迁而得到荧光。在光。在这两种两种跃迁迁类型中，型中， 跃迁常能迁常能发出出较强强的的荧光光(较大的量子大的量子产率率)。这是是由于由于 跃迁具有迁具有较大的摩大的摩尔尔吸光系数吸光系数(一般比一般比n 大大100-1000倍倍)。 其次，其次， 跃迁的寿命迁的寿命约为10-710-9s，比，比n 跃迁的寿命迁的寿命10-510-7s要短。在各种要短。在各种跃迁迁过程的程的竞争中，它争中，它是有利于是有利于发射射荧光的。此外，在光的。此外，在跃迁迁过程中，通程中，通过系系间窜跃至三
49、重至三重态的速率常数也的速率常数也较小，小，(S1T1能能级差差较大大)，这也有利于也有利于荧光的光的发射。射。 总之，之，跃迁是迁是产生生荧光的主要光的主要跃迁迁类型。型。籽掏陇朽惨疽遇退保薄新两嗽辰驯昂辟眉敬接绞芹翅扑莽卸幸儡雌哮盅畜6Electronicspectroscopy6Electronicspectroscopy(2)共轭效应共轭效应 容易实现容易实现 激发的芳香族化合物容易发生荧光，能发生荧激发的芳香族化合物容易发生荧光，能发生荧光的脂肪族和脂环族化合物极少光的脂肪族和脂环族化合物极少(仅少数高度共轭体系化合物除仅少数高度共轭体系化合物除外外)。此外，。此外，增加体系的共轭度
50、，荧光效率一般也将增大。增加体系的共轭度，荧光效率一般也将增大。例如：例如：在多烯结构中，在多烯结构中，Ph(CH=CH)3 Ph和和Ph(CH=CH)2 Ph在苯中的荧光在苯中的荧光效率分别为效率分别为0.68和和0.28。共轭效应使荧光增强的原因共轭效应使荧光增强的原因 ： 主要是由于增大荧光物质的摩尔吸光系数，有利于产生更多主要是由于增大荧光物质的摩尔吸光系数，有利于产生更多的激发态分子，从而有利于荧光的发生。的激发态分子，从而有利于荧光的发生。(3)(3)刚性平面结构刚性平面结构 多数具有刚性平面结构的有机分子具有强烈的荧光。多数具有刚性平面结构的有机分子具有强烈的荧光。因因为这种结构
51、可以减少分子的振动，使分子与溶剂或其它溶质为这种结构可以减少分子的振动，使分子与溶剂或其它溶质分子的相互作用减少，也就减少了碰撞去活的可能性。分子的相互作用减少，也就减少了碰撞去活的可能性。末幕郎筹宋四晤羹棕嘘娟滦否氟狼琼蠕逮坊抱坐趴绚一冯挚胎逆绳粗巩篮6Electronicspectroscopy6Electronicspectroscopy (4)取代基效应取代基效应 芳香族化合物芳香族化合物苯环上的不同取代基对该化合物的荧光强苯环上的不同取代基对该化合物的荧光强度和荧光光谱有很大的影响。度和荧光光谱有很大的影响。给电子基团，如给电子基团，如-OH、-OR、-CN、-NH2 、 -NR2等
52、等，使荧光增强。因为产生了，使荧光增强。因为产生了p- 共轭共轭作用，增强了作用，增强了 电子共轭程度，使最低激发单重态与基态之电子共轭程度，使最低激发单重态与基态之间的跃迁几率增大。间的跃迁几率增大。 吸电子基团，如吸电子基团，如-COOH、-NO、-C O、卤素等，会减、卤素等，会减弱甚至会猝灭荧光。弱甚至会猝灭荧光。 卤素取代基随原子序数的增加而荧光降低。这可能是由卤素取代基随原子序数的增加而荧光降低。这可能是由所谓所谓“重原子效应重原子效应”使系间窜跃速率增加所致。在重原子中，使系间窜跃速率增加所致。在重原子中，能级之间的交叉现象比较严重，因此容易发生自旋轨道的相能级之间的交叉现象比较
53、严重，因此容易发生自旋轨道的相互作用，增加了由单重态转化为三重态的概率。互作用，增加了由单重态转化为三重态的概率。 取代基的空间障碍对荧光也有影响。取代基的空间障碍对荧光也有影响。 立体异构现象对荧光强度有显著的影响。立体异构现象对荧光强度有显著的影响。则违檀嗅擎信宫十遵乌鹿持嘎静诽酗坪笼侯讫赘忘公囊禁抢快休纬崖臆默6Electronicspectroscopy6Electronicspectroscopy6.2.3 金属螯合物的荧光金属螯合物的荧光除过渡元素的顺磁性原子会发生线状荧光光谱外，除过渡元素的顺磁性原子会发生线状荧光光谱外，大大多数无机盐类金属离子，在溶液中只能发生无辐射跃多数无机
54、盐类金属离子，在溶液中只能发生无辐射跃迁，因而不产生荧光。迁，因而不产生荧光。但是，在某些情况下，金属螯合物却能产生很强的荧但是，在某些情况下，金属螯合物却能产生很强的荧光，并可用于痕量金属元素分析。光，并可用于痕量金属元素分析。喳邀肃盈疥沙默缉绎训酉络玛抚壮盗哇不挥堰成渍囤递隅模霞谷抹啮马懂6Electronicspectroscopy6Electronicspectroscopy(1)螯合物中配位体的发光螯合物中配位体的发光 不少有机化合物虽然具有共轭双键，但由于不是刚性结构，不少有机化合物虽然具有共轭双键，但由于不是刚性结构，分子处于非同一平面，因而不发生荧光。分子处于非同一平面，因而不
55、发生荧光。若这些化合物和金若这些化合物和金属离子形成螯合物，随着分子的刚性增强，平面结构的增大，属离子形成螯合物，随着分子的刚性增强，平面结构的增大，常会发生荧光。常会发生荧光。 如：如：8-羟基喹啉本身有很弱的荧光，但其金属螯合物具有羟基喹啉本身有很弱的荧光，但其金属螯合物具有很强的荧光。很强的荧光。(2)螯合物中金属离子的特征荧光螯合物中金属离子的特征荧光 这类发光过程通常是螯合物首先通过配位体的这类发光过程通常是螯合物首先通过配位体的跃迁跃迁激发，接着配位体把能量转给金属离子，激发，接着配位体把能量转给金属离子，导致导致dd*跃迁和跃迁和ff*跃迁，最终发射的是跃迁，最终发射的是dd*跃
56、迁和跃迁和ff*跃迁光谱。跃迁光谱。始迈菠芯氨邓尿邱首贩酞扑寇铣摈负吼阵抖丘詹摆蛾攒棉后渗猎威纳黑哗6Electronicspectroscopy6Electronicspectroscopy6.2.4 影响荧光强度的因素影响荧光强度的因素 溶剂对荧光强度的影响溶剂对荧光强度的影响 溶剂的影响可分为溶剂的影响可分为一般溶剂效应和特殊溶剂效应一般溶剂效应和特殊溶剂效应。 一般溶剂效应一般溶剂效应指的是溶剂的折射率和介电常数的影响。特指的是溶剂的折射率和介电常数的影响。特殊溶剂效应指的是荧光体和溶剂分子间的特殊化学作用，如殊溶剂效应指的是荧光体和溶剂分子间的特殊化学作用，如氢键的生成和化合作用。氢
57、键的生成和化合作用。 一般溶剂效应是普遍的，而一般溶剂效应是普遍的，而特殊溶剂效应特殊溶剂效应则决定于溶剂和则决定于溶剂和荧光体的化学结构。特殊溶剂效应所引起荧光光谱的移动值，荧光体的化学结构。特殊溶剂效应所引起荧光光谱的移动值，往往大于一般溶剂效应所引起的影响。由于溶质分子与溶剂往往大于一般溶剂效应所引起的影响。由于溶质分子与溶剂分子间的作用，使分子间的作用，使竹愤浙松傲佳锄回摊膛柿煽琅栋摊强曾示歉屉诛一慎麻跳太吁邻蛤河朴恬6Electronicspectroscopy6Electronicspectroscopy 同一种荧光物质在不同的溶剂中的荧光光谱可能会有显同一种荧光物质在不同的溶剂中
58、的荧光光谱可能会有显著不同。有的情况，著不同。有的情况，增大溶剂的极性，将使增大溶剂的极性，将使n 跃迁的能量跃迁的能量增大，增大， 跃迁的能量减小，而导致荧光增强，荧光峰红移。跃迁的能量减小，而导致荧光增强，荧光峰红移。 但也有但也有相反的情况，相反的情况，例如，苯胺、萘磺酸类化合物在戊例如，苯胺、萘磺酸类化合物在戊醇、丁醇、丙醇、乙醇和甲醇中，随着醇的极性增大，荧光醇、丁醇、丙醇、乙醇和甲醇中，随着醇的极性增大，荧光强度减小，荧光峰蓝移。因此强度减小，荧光峰蓝移。因此荧光光谱的位置和强度与溶剂荧光光谱的位置和强度与溶剂极性之间的关系，应根据荧光物质与溶剂的不同而异极性之间的关系，应根据荧光
59、物质与溶剂的不同而异。 如果溶剂和荧光物质形成了化合物，或溶剂使荧光物质如果溶剂和荧光物质形成了化合物，或溶剂使荧光物质的电力状态改变，则荧光峰位和强度都会发生较大的变化。的电力状态改变，则荧光峰位和强度都会发生较大的变化。吸券稽巴流令旅宋阅麻廖窿膜翠庄谷储霓季缅斩数沦碉堕缺锄阑炮使壹没6Electronicspectroscopy6Electronicspectroscopy 温度对荧光强度的影响温度对荧光强度的影响 温度上升使荧光强度下降。其中一个原因是分子的内部能量温度上升使荧光强度下降。其中一个原因是分子的内部能量转化作用。当激发分子接受额外热能时，有可能使激发能转换转化作用。当激发分
60、子接受额外热能时，有可能使激发能转换为基态的振动能量，随后迅速振动弛豫而丧失振动能量。另一为基态的振动能量，随后迅速振动弛豫而丧失振动能量。另一个原因是碰撞频率增加，使外转换的去活几率增加。个原因是碰撞频率增加，使外转换的去活几率增加。 溶液溶液pH值对荧光强度的影响值对荧光强度的影响 带有酸性或碱性官能团的大多数芳香族化合物的荧光与溶带有酸性或碱性官能团的大多数芳香族化合物的荧光与溶液的液的pH有关。有关。 具有酸性或碱性基团的有机物质，在不同具有酸性或碱性基团的有机物质，在不同pH值时，其结构值时，其结构可能发生变化，因而荧光强度将发生改变；对无机荧光物质，可能发生变化，因而荧光强度将发生
61、改变；对无机荧光物质，因因pH值会影响其稳定性，因而也可使其荧光强度发生改变。值会影响其稳定性，因而也可使其荧光强度发生改变。 对于金属离子与有机试剂形成的发光螯合物，一方面对于金属离子与有机试剂形成的发光螯合物，一方面pH会会影响合螯物的形成，另一方面还会影响螯合物的组成，从而影影响合螯物的形成，另一方面还会影响螯合物的组成，从而影响它们的荧光性质。响它们的荧光性质。恕趟靴汾凿训兴捧庸诺纽桨确瘁实臆团惶逾赚恰好巢陋宠沮秃哇试奄障蔗6Electronicspectroscopy6Electronicspectroscopy 内滤光作用和自吸收现象内滤光作用和自吸收现象 溶液中若存在能吸收激发或
62、荧光物质所发射光能的物质，就溶液中若存在能吸收激发或荧光物质所发射光能的物质，就会使荧光减弱，这种现象称为会使荧光减弱，这种现象称为“内滤光作用内滤光作用”。 内滤光作用的另一种情况是荧光物质的荧光发射光谱的短波内滤光作用的另一种情况是荧光物质的荧光发射光谱的短波长的一端与该物质的吸收光谱的长波长一端有重叠。长的一端与该物质的吸收光谱的长波长一端有重叠。 在溶液浓度较大时，一部分荧光发射被自身吸收，产生在溶液浓度较大时，一部分荧光发射被自身吸收，产生“自自吸收吸收”现象而降低了溶液的荧光强度。现象而降低了溶液的荧光强度。 顺磁性物质的存在，使激发单重态的体系间窜越速率增大顺磁性物质的存在，使激
63、发单重态的体系间窜越速率增大,因因而会使荧光效率降低。而会使荧光效率降低。掖蒙鼎俺喝扔宵采稀泅腋油枢狭遗藩藏聂踏眨伪嚼食砚闷续鹰掩饥衔哼俭6Electronicspectroscopy6Electronicspectroscopy6.2.5 溶液荧光猝灭溶液荧光猝灭 荧光物质分子与溶剂分子或其它溶质分子的相互作用引荧光物质分子与溶剂分子或其它溶质分子的相互作用引起荧光强度降低的现象称为起荧光强度降低的现象称为荧光猝灭荧光猝灭。能引起荧光强度降低。能引起荧光强度降低的物质称为猝灭剂。的物质称为猝灭剂。 导致荧光猝灭的主要类型：导致荧光猝灭的主要类型： 碰撞猝灭碰撞猝灭 碰撞猝灭碰撞猝灭是指处于激
64、发单重态的荧光分子与猝灭剂分子是指处于激发单重态的荧光分子与猝灭剂分子相碰撞，使激发单重态的荧光分子以无辐射跃迁的方式回到相碰撞，使激发单重态的荧光分子以无辐射跃迁的方式回到基态，产生猝灭作用。基态，产生猝灭作用。寡鲁卤顽仓多哉兴血彝聘涪熙漆禾惟姨抄誊菇狮铱盈涕房砂旭箭妓林趣觅6Electronicspectroscopy6Electronicspectroscopy 静态猝灭静态猝灭(组成化合物的猝灭组成化合物的猝灭) 由于部分荧光物质分子与猝灭剂分子生成非荧光的配合由于部分荧光物质分子与猝灭剂分子生成非荧光的配合物而产生的。此过程往往还会引起溶液吸收光谱的改变。物而产生的。此过程往往还会引
65、起溶液吸收光谱的改变。 转入三重态的猝灭转入三重态的猝灭 分子由于系间的跨越跃迁，由单重态跃迁到三重态。转分子由于系间的跨越跃迁，由单重态跃迁到三重态。转入三重态的分子在常温下不发光，它们在与其它分子的碰撞入三重态的分子在常温下不发光，它们在与其它分子的碰撞中消耗能量而使荧光猝灭。中消耗能量而使荧光猝灭。 溶液中的溶解氧对有机化合物的荧光产生猝灭效应是由于溶液中的溶解氧对有机化合物的荧光产生猝灭效应是由于三重态基态的氧分子和单重激发态的荧光物质分子碰撞，形三重态基态的氧分子和单重激发态的荧光物质分子碰撞，形成了单重激发态的氧分子和三重态的荧光物质分子，使荧光成了单重激发态的氧分子和三重态的荧光
66、物质分子，使荧光猝灭。猝灭。效咽箩偷以邢眶第冯明胸箕东押愤僳枪念己夹巧脊岔惹筋绢胖洗项涣姨俺6Electronicspectroscopy6Electronicspectroscopy 发生电子转移反应的猝灭发生电子转移反应的猝灭 某些猝灭剂分子与荧光物质分子相互作用时，发生了电子某些猝灭剂分子与荧光物质分子相互作用时，发生了电子转移反应，因而引起荧光猝灭。转移反应，因而引起荧光猝灭。 荧光物质的自猝灭荧光物质的自猝灭 在浓度较高的荧光物质溶液中，单重激发态的分子在发生在浓度较高的荧光物质溶液中，单重激发态的分子在发生荧光之前和未激发的荧光物质分子碰撞而引起的自猝灭。有些荧光之前和未激发的荧光
67、物质分子碰撞而引起的自猝灭。有些荧光物质分子在溶液浓度较高时会形成二聚体或多聚体，使它荧光物质分子在溶液浓度较高时会形成二聚体或多聚体，使它们的吸收光谱发生变化，也引起溶液荧光强度的降低或消失。们的吸收光谱发生变化，也引起溶液荧光强度的降低或消失。冶垣窘击摸狡虎樟娜章或尝媒毕作虱阔莉晕保潘皆古躁峪咽倪札歹骚浑昭6Electronicspectroscopy6Electronicspectroscopy6.2.6 溶液的荧光强度溶液的荧光强度1. 荧光强度与溶液浓度的关系荧光强度与溶液浓度的关系 荧光光强强度度If正比于吸收的光量正比于吸收的光量Ia与与荧光量子光量子产率率 。 If = Ia
68、式中式中 为荧光量子效率，又根据光量子效率，又根据Beer定律定律 Ia = I0 - It = I0(1- e -A) I0和和It分分别是入射光是入射光强强度和透射光度和透射光强强度。代入上式得度。代入上式得 If = I0(1- 10 -A) = I0(1- e -2.3A)匠妆权粒况叙乓惟扛圈档孺溉微尹顽捻弗挎鹅渺糙薛磷从耍夫楷歉妆忌肚6Electronicspectroscopy6Electronicspectroscopy整理得：整理得： If =2.3 I0 bc 当入射光当入射光强强度度I0 一定一定时，上式，上式为： If = K c 即即荧光光强强度与度与荧光物光物质的的浓
69、度成正比度成正比，但但这种种线性关系性关系只有在极稀的溶液中，当只有在极稀的溶液中，当A 0.05时才成立才成立。 对于于较浓溶液，由于猝溶液，由于猝灭现象和自吸收等原因，使象和自吸收等原因，使荧光光强强度和度和浓度不呈度不呈线性关系。性关系。锭藉煎溯察评丁盈撞涌讳戚俩庐牺忙赊灵弯号绚帜互肿绢斧硼此尼坏涸莹6Electronicspectroscopy6Electronicspectroscopy 任任何何荧荧( (磷磷) )光光都都具具有有两两种种特特征征光光谱谱：激激发发光光谱谱与与发发射射光光谱。它们是荧谱。它们是荧( (磷磷) )光定性分析的基础。光定性分析的基础。（1 1）激发光谱）
70、激发光谱 改改变变激激发发波波长长，测测量量在在最最强强荧荧( (磷磷) )光光发发射射波波长长处处的的强强度度变变化，以激发波长对荧光强度作图可得到激发光谱。化，以激发波长对荧光强度作图可得到激发光谱。 激激发发光光谱谱形形状状与与吸吸收收光光谱谱形形状状完完全全相相似似，经经校校正正后后二二者者完完全相同！全相同！这是因为分子吸收光能的过程就是分子的激发过程。这是因为分子吸收光能的过程就是分子的激发过程。 激激发发光光谱谱可可用用于于鉴鉴别别荧荧光光物物质质；在在定定量量时时，用用于于选选择择最最适适宜的激发波长。宜的激发波长。 6.2.7 荧光荧光激发光谱与发射光谱激发光谱与发射光谱佳滔
71、片拦障梅尾脚呆哮夏年毗亥隶导扼碴酵胺历筏倔司锦趁晰圾昨种颐恤6Electronicspectroscopy6Electronicspectroscopy （2）发射光谱发射光谱 发射光谱即荧光光谱。一定波长和强度的激发波长辐照发射光谱即荧光光谱。一定波长和强度的激发波长辐照荧光物质，产生不同波长和强度的荧光，以荧光强度对其波荧光物质，产生不同波长和强度的荧光，以荧光强度对其波长作图可得荧光发射光谱。长作图可得荧光发射光谱。 由于不同物质具有不同的特征发射峰，因而使用荧光发由于不同物质具有不同的特征发射峰，因而使用荧光发射光谱可用于鉴别荧光物质。射光谱可用于鉴别荧光物质。 颈丑粗鞭艺棚肺擂机逃砧
72、糯钱仙乃郡导瞬享烽阉某捞脱镁乎始召审箭羡登6Electronicspectroscopy6Electronicspectroscopy（3）激发光谱与发射光谱的关系）激发光谱与发射光谱的关系a、波长比较波长比较 激激发发光光谱谱与与发发射射光光谱谱之之间间的的波波长长差差值值。发发射射光光谱谱的的波波长长比比激发光谱的长，激发光谱的长，振动弛豫消耗了能量振动弛豫消耗了能量。b、形状比较、形状比较 荧荧光光光光谱谱形形状状与与激激发发波波长长无无关关。尽尽管管分分子子受受激激可可到到达达不不同同能能级级的的激激发发态态，但但由由于于去去活活化化(内内转转换换和和振振动动弛弛豫豫)到到第第一一电电
73、子子激激发发态态的的速速率率或或几几率率很很大大，好好像像是是分分子子受受激激只只到到达达第第一一激激发态一样。发态一样。 换换句句话话说说，不不管管激激发发波波长长如如何何，电电子子都都是是从从第第一一电电子子激激发发态的最低振动能层跃迁到基态的各个振动能层。态的最低振动能层跃迁到基态的各个振动能层。断条卸椅矽讼豪汐拦粘肺撅鲸器拇椎缉兵晤毯码典仁浇巢蒲所贯打棋戍终6Electronicspectroscopy6Electronicspectroscopyc c、镜像对称、镜像对称 通常荧光光谱与吸收光谱呈镜像对称关系。通常荧光光谱与吸收光谱呈镜像对称关系。图5.3 荧光光谱与吸收光谱关系图
74、炙钒捡矩呸团巨滚透锌赏琶伊恤湖妊凶委喊锥悬证葛教奢浊摧酝灶见蓖颊6Electronicspectroscopy6Electronicspectroscopy解释解释1 1：能层结构相似性：能层结构相似性 荧荧光光为为第第一一电电子子激激发发单单重重态态的的最最低低振振动动能能层层跃跃迁迁到到基基态态的的各各个个振振动动能能层层而而形形成成，即即其其形形状状与与基基态态振振动动能能级级分布有关。分布有关。 吸吸收收光光谱谱是是由由基基态态最最低低振振动动能能层层跃跃迁迁到到第第一一电电子子激激发发单单重重态态的的各各个个振振动动能能层层而而形形成成，即即其其形形状状与与第第一一电电子子激发单重态
75、的振动能级分布有关。激发单重态的振动能级分布有关。 由由于于激激发发态态和和基基态态的的振振动动能能层层分分布具有相似性，因而呈镜像对称。布具有相似性，因而呈镜像对称。S1S0图图5.4 5.4 能层结构能层结构驳脐莹芍鹤倪男盯傲管氨坎始股窑妨是坐辉侵灼吩蹈智始这贯企信簇训痰6Electronicspectroscopy6Electronicspectroscopy解解释2：位能曲位能曲线(Frank-Condon原理原理) 由于由于电子吸收子吸收跃迁速率极快迁速率极快(10-15s)，此，此时核的相核的相对位置可位置可视为不不变(核核较重重)。当两个能。当两个能层间吸收吸收跃迁的几率越大迁的
76、几率越大，其相反其相反跃迁的几率也越大，即迁的几率也越大，即产生的光生的光谱呈呈镜像像对称。称。图图5.5 5.5 位能曲线位能曲线刊癌陌吞梧勺嘴鼻硷握承贷要鄂笼完帖洱贵有莆栽颤狱姐骸炉刁堡谷帮标6Electronicspectroscopy6Electronicspectroscopy6.2.8 荧光仪器荧光仪器(光源与检测器处于相互垂直的位置光源与检测器处于相互垂直的位置)第一单色器第一单色器或滤光片或滤光片记录仪第二单色器第二单色器或滤光片或滤光片荧光荧光光源光源激发激发样品池样品池1)1)光源：光源： 氙灯、高压汞灯、激光；氙灯、高压汞灯、激光；2)2)样样品品池池：石石英英( (低低
77、荧荧光光材材料料) )，形形状状以以四四面面透透光光、方方形形和和长长方方形形为宜；为宜；3)3)两个单色器：选择激发光单色器两个单色器：选择激发光单色器, ,分离荧光单色器；分离荧光单色器；4)4)检测器：光电倍增管，并与激发光成直角。检测器：光电倍增管，并与激发光成直角。图图5.6 5.6 荧光分析仪器示意图荧光分析仪器示意图竹婴甩妒崭字侵贼赋奇啼颊鸭粘商腻颅瘸仇换蓬渤堆煌盗疙患扯趴钙袋衔6Electronicspectroscopy6Electronicspectroscopy6.2.9 荧光分析法的应用荧光分析法的应用该式只有当该式只有当A0.05时才成立时才成立,即荧光测定必须在极稀
78、的溶液即荧光测定必须在极稀的溶液中才可用于定量测定中才可用于定量测定,否则较正曲线发生弯曲否则较正曲线发生弯曲.魏妒帚厦院阁尸谰姿布光涟材书婶氛弊卖抉纳硼寓吵迫贼儡孕功旋控保挞6Electronicspectroscopy6Electronicspectroscopy(一一)无机化合物的分析无机化合物的分析 大多数无机离子与溶剂之间的相互作用很强，其激发态多大多数无机离子与溶剂之间的相互作用很强，其激发态多以非辐射跃迁方式返回基态，以非辐射跃迁方式返回基态，发荧光者甚少发荧光者甚少。然而很多。然而很多无机无机离子可以与一些有机化合物形成有荧光的络合物离子可以与一些有机化合物形成有荧光的络合物，
79、利用这一，利用这一性质可对其进行荧光测定。能够同金属离子形成荧光络合物性质可对其进行荧光测定。能够同金属离子形成荧光络合物的有机试剂绝大多数是芳香族化合物，通常含有两个或两个的有机试剂绝大多数是芳香族化合物，通常含有两个或两个以上的官能团以上的官能团,能与金属离子形成五元环或六元环的螯合物。能与金属离子形成五元环或六元环的螯合物。由于螯合物的生成由于螯合物的生成,分子的刚性平面结构增大，使原来不发荧分子的刚性平面结构增大，使原来不发荧光或荧光较弱的化合物转变为强荧光化合物。光或荧光较弱的化合物转变为强荧光化合物。 另一类络合物是三元离子缔合物。另一类络合物是三元离子缔合物。齿药恃窄周颓仙豺懈溢
80、糜梢狡材明恳呆允轿推蘸屎物号孕想尔旁翱秃抡胜6Electronicspectroscopy6Electronicspectroscopy(二二)有机化合物的分析有机化合物的分析 脂肪族有机化合物脂肪族有机化合物的分子结构较为简单的分子结构较为简单,本身能发生荧光本身能发生荧光的很少，的很少，一般需要与某些试剂反应后一般需要与某些试剂反应后才能进行荧光分析。如：才能进行荧光分析。如：丙三醇与苯胺在浓硫酸介质中反应生成发射蓝色荧光的喹啉，丙三醇与苯胺在浓硫酸介质中反应生成发射蓝色荧光的喹啉，据此可以测定据此可以测定0.12gmL-的丙三醇。的丙三醇。 芳香族化合物芳香族化合物因具有共轭的不饱和体系
81、，多数能发生荧因具有共轭的不饱和体系，多数能发生荧光光,可直接用荧光法可直接用荧光法测定测定.憾祸能趴乃械夷闲颠曼地蒋久立屯张溶耙坡踊咨讳毒僳欧店赤愚椰飘沸牵6Electronicspectroscopy6Electronicspectroscopy6.3 6.3 磷光分析磷光分析 磷磷光光分分析析法法是是以以分分子子磷磷光光光光谱谱来来鉴鉴别别有有机机化化合合物物和和进进行行定定量分析的一种方法。量分析的一种方法。 磷光分析法在药物分析、临床分析等领域的应用日益发展。磷光分析法在药物分析、临床分析等领域的应用日益发展。娜嵌靖株喜邹架抓隧孟蒋基兔噬绣惩液告趟杭宦遵舜靖敌屡豹寺催摸且爪6Elec
82、tronicspectroscopy6Electronicspectroscopy6.3.1 基本原理基本原理(一一) 磷光的磷光的产生和磷光生和磷光强强度度 磷光是磷光是处于激于激发三重三重态(一般是一般是T1)的分子的分子跃迁返回基迁返回基态(S0)时所所产生的生的辐射射。1. 磷光的特点：磷光的特点： 磷光波磷光波长比比荧光的光的长(T1S1)； 磷光寿命比磷光寿命比荧光的光的长(磷光磷光为禁阻禁阻跃迁迁产生，速率常数小生，速率常数小)； 磷光寿命和磷光寿命和强强度度对重原子和氧敏感重原子和氧敏感(自旋自旋轨道耦合，使道耦合，使KISC增加增加)。电子由S0进入T1的可能过程：（ S0
83、T1禁阻跃迁） S0 激发振动弛豫内转移系间跨越振动弛豫 T1 发光速度很慢： 10-410 s 。光照停止后，可持续一段时间。匆绚栏蕉疟更杜河扒患衡凌邱去只惕盔携揪畜抖疡愉锋历妆灌衅厂轮苫汗6Electronicspectroscopy6Electronicspectroscopy2. 磷光磷光强强度度: IP=2.3 PI0kbc 式中式中，IP为磷光磷光强强度，度， P为磷光效率，磷光效率，I0为激激发光的光的强强度，度，k为磷光物磷光物质的摩的摩尔尔吸收系数吸收系数 ， b为试样池的光程，池的光程，C 为磷光物磷光物质的的浓度度。 在一定的条件下，在一定的条件下， p、Ip 、k、b
84、均为常数，因此上式可写成：均为常数，因此上式可写成： Ip=Kc盟欠谦垛侨矗易因属省谎陪辞步夜刽肿臼碟都霞褥崎叛坟枣珊蛀贼幢瘪芽6Electronicspectroscopy6Electronicspectroscopy(二二) 温度对磷光强度的影响温度对磷光强度的影响1. 随着温度降低，分子热运动速率减慢，磷光逐渐增强随着温度降低，分子热运动速率减慢，磷光逐渐增强.2. 低温磷光低温磷光(液氮液氮) 由于磷光寿命长，由于磷光寿命长，T1的非辐射跃迁的非辐射跃迁(内转换内转换)几率增加，碰几率增加，碰撞失活撞失活(振动弛豫振动弛豫)的几率、光化学反应几率都增加，从而降低的几率、光化学反应几率都
85、增加，从而降低磷光强度。因此有必要在磷光强度。因此有必要在低温下测量磷光低温下测量磷光。同时要求溶剂：。同时要求溶剂： 易提纯且在分析波长区无强吸收和发射；易提纯且在分析波长区无强吸收和发射； 低温下形成具有足低温下形成具有足够粘度的透明的刚性玻璃体。够粘度的透明的刚性玻璃体。常用的溶剂：常用的溶剂： EPA乙醇乙醇+异戊烷异戊烷+二乙醚二乙醚(2+2+5) IEPACH3I+EPA(1+10)。范埠干豌吐浮藻盗以春拘横惹姆腰锅禄瓤毯奸也昂阐渤丸枷椭粥帜熟韵诣6Electronicspectroscopy6Electronicspectroscopy(三三)重原子效应重原子效应 使用含有重原子
86、的溶剂使用含有重原子的溶剂(碘乙烷、溴乙烷碘乙烷、溴乙烷)或在磷光物质中引或在磷光物质中引入重原子取代基，都可以提高磷光物质的磷光强度入重原子取代基，都可以提高磷光物质的磷光强度,这种效应称这种效应称为重原子效应。前者称为外部重原子效应为重原子效应。前者称为外部重原子效应,后者称为内部重原子后者称为内部重原子效应。效应。 机理机理: 重原子的高核电荷使得磷光分子的电子能级交错，容重原子的高核电荷使得磷光分子的电子能级交错，容易引起或增强磷光分子的自旋轨道偶合作用易引起或增强磷光分子的自旋轨道偶合作用,从而使从而使S1T1的体的体系间窜跃概率增大，有利于增大磷光效率。系间窜跃概率增大，有利于增大
87、磷光效率。春跑搭韶沽腊谬赊娇抹淑孵贱究刃衣礁蛾郎出村浩峨俘巍伦祖疵侈集驴租6Electronicspectroscopy6Electronicspectroscopy(四四) 室温磷光室温磷光 低温磷光需低温实验装置且受到溶剂选择的限制，低温磷光需低温实验装置且受到溶剂选择的限制，1974年年后发展了室温磷光后发展了室温磷光(RTP)。 1)固体基质：在室温下以固体基质固体基质：在室温下以固体基质(如纤维素等如纤维素等)吸附磷光吸附磷光体，可增加分子刚性、减少三重态猝灭等非辐射跃迁，从而提体，可增加分子刚性、减少三重态猝灭等非辐射跃迁，从而提高磷光量子效率。高磷光量子效率。 2)胶束增稳：利用
88、表面活性剂在临界浓度形成具多相性的胶束增稳：利用表面活性剂在临界浓度形成具多相性的胶束，胶束， 改变磷光体的微环境、增加定向约束力，从而减小内转换改变磷光体的微环境、增加定向约束力，从而减小内转换和碰撞等去活化的几率，提高三重态的稳定性。和碰撞等去活化的几率，提高三重态的稳定性。 利用胶束增稳、重原子效应和溶液除氧是该法的三要素。利用胶束增稳、重原子效应和溶液除氧是该法的三要素。氓迅佯棍关著秒脱蚊瀑不驹奠碎带岭脱元著饿我狡斜医噪开文舜思矗低薪6Electronicspectroscopy6Electronicspectroscopy(五五) 敏化磷光：敏化磷光：其过程可以简单表示为：其过程可以
89、简单表示为：( (六六) )磷光发射磷光发射 从从单单重重态态到到三三重重态态分分子子间间发发生生系系间间跨跨跃跃跃跃迁迁后后，再再经经振振动动弛弛豫豫回回到到三三重重态态最最低低振振动动能能层层，最最后后，在在10-4-10s内内跃迁迁到到基基态的各振的各振动能能层所所产生的生的辐射。射。侗俘逸骑皋蜒拯忘掌揖帕蹦袖肋熏谓踏管尊梁乖营虐恒片存认雾淀动铬癌6Electronicspectroscopy6Electronicspectroscopy6.3.3 6.3.3 磷光仪器磷光仪器 在在荧荧光光仪仪样样品品池池上上增增加加磷磷光光配配件件：低低温温杜杜瓦瓦瓶瓶和和斩斩光光片片。如右图所示。如
90、右图所示。 斩斩光光片片的的作作用用是是利利用用其其分分子子受受激激所所产产生生的的荧荧光光与与磷磷光光的的寿寿命不同获取磷光辐射。命不同获取磷光辐射。转筒式转筒式转盘式转盘式图图5.7 5.7 磷光分析仪器示意图磷光分析仪器示意图佑硝酮驻重楚蛮艳裸淬堡硕簧帽突崩烹浮久炙郸微犁境淄搜霞拆抑冉软坚6Electronicspectroscopy6Electronicspectroscopy6.3.3 磷光分析法的应用磷光分析法的应用磷光分析法主要用于有机化合物的测定，如稠环芳烃和石油产品的分析，农药、生物碱和植物生长激素的分析，药物和临床分析等。此外磷光分析技术也已应用于生物活性物质的化验及细胞生
91、物学、生物化学等方面的研究。喷逻田花娃躯哼杏臣付且鸥湍惦芜芽通逻坚卯岗苇酞遣围咕醛储赋樟宋绩6Electronicspectroscopy6Electronicspectroscopy一些有机化合物的磷光分析*化合物溶剂ex/nm em/nm化合物溶剂em/nmem/nm腺嘌呤 WM RTP 278 290 406 470 吡啶 EtOH 310440 蒽 EtOHEPA 300 40 462 380 吡哆素盐酸EtOH291425阿斯匹林EtOH310430水杨酸EtOH RTP 315320430 470 苯甲酸EPA 240 400磺胺二甲基嘧啶EtOH230405咖啡因EtOH2854
92、40磺 胺EtOH RTP 297 267 411 426 柯卡因盐酸EtOH RTP240 285 400 460磺胺吡啶EtOH310440可待因EtOH270 505 色氨酸EtOH RTP 295 230440 448DDTEtOH 270 420香草醛EtOH332 519 WM为水甲醇；RTP为室温磷光；EPA为乙醇、异戊烷和二乙醚体积比为2:5:5的混合溶剂懈副矾古笑包纹跑消扁烈踢咨陋苇洛烩继忧鬃佯迷抄喉式其鳞杉耪告谁舌6Electronicspectroscopy6Electronicspectroscopy6.4 化学发光分析法化学发光分析法6.4.2 概述概述 某些物质在进
93、行化学反应时，由于吸收了反应时产生的化某些物质在进行化学反应时，由于吸收了反应时产生的化学能，而使反应产物分子激发至激发态，受激分子由激发态回学能，而使反应产物分子激发至激发态，受激分子由激发态回到基态时，便发出一定波长的光。这种吸收化学能使分子发光到基态时，便发出一定波长的光。这种吸收化学能使分子发光的过程称为化学发光。的过程称为化学发光。 用化学发光反应而建立起来的分析方法称为化学发光分析法。用化学发光反应而建立起来的分析方法称为化学发光分析法。 化学发光也发生于生命体系，这种发光称为生物发光。化学发光也发生于生命体系，这种发光称为生物发光。呛失厂团稚邑卑秋篙了擎贿玻钥饭糟疙猪鲁拓瓢微违耗
94、琢纽瞬绸住哎等枫6Electronicspectroscopy6Electronicspectroscopy6.4.2 化学发光分析的基本原理化学发光分析的基本原理 化学发光是吸收化学反应过程产生的化学能，而使反应化学发光是吸收化学反应过程产生的化学能，而使反应产物分子激发所发射的光。任何一个化学发光反应都应包产物分子激发所发射的光。任何一个化学发光反应都应包括化学激发和发光两个步骤，必须满足如下条件：括化学激发和发光两个步骤，必须满足如下条件：(1)化学反应必须提供足够的激发能，激发能主要来源于反应化学反应必须提供足够的激发能，激发能主要来源于反应焓。焓。(2)要有有利的化学反应历程，使化学
95、反应的能量至少能被一要有有利的化学反应历程，使化学反应的能量至少能被一种物质所接受并生成激发态。种物质所接受并生成激发态。(3)激发态能释放光子或能够转移它的能量给另一个分子，而激发态能释放光子或能够转移它的能量给另一个分子，而使该分子激发，然后以辐射光子的形式回到基态。使该分子激发，然后以辐射光子的形式回到基态。寞看搁尽择忧赘浴斡斤婉阿酞兴丰镰驻内圣反紫碉会义础黑陈综得锚征讯6Electronicspectroscopy6Electronicspectroscopy化学化学发光效率和光效率和发光光强强度度 化学化学发光反光反应效率效率 cl，又称化学，又称化学发光的光的总量子量子产率。它决定
96、于率。它决定于生成激生成激发态产物分子的化学激物分子的化学激发效率效率 ce和激和激发态分子的分子的发射效率射效率 em。定。定义为： cl =发射光子的分子数射光子的分子数 / 参加反参加反应的分子数的分子数 = ceem 化学反化学反应的的发光效率、光光效率、光辐射的能量大小以及光射的能量大小以及光谱范范围，完全，完全由参加反由参加反应物物质的化学反的化学反应所决定。每个化学所决定。每个化学发光反光反应都有其特都有其特征的化学征的化学发光光光光谱及不同的化学及不同的化学发光效率。光效率。 化学化学发光反光反应的的发光光强强度度Icl以以单位位时间内内发射的光子数表示。射的光子数表示。它与化
97、学它与化学发光反光反应的速率有关，而反的速率有关，而反应速率又与反速率又与反应分子分子浓度有度有关。即关。即 Icl (t)= cl dc/dt=Kc 式中式中，Icl(t)表示表示t时刻的化学刻的化学发光光强强度，是与分析物有关的化学度，是与分析物有关的化学发光效率光效率dc/dt是分析物参加反是分析物参加反应的速率。的速率。黎龙渭藉井汛滩庭供颈里曹拆眉屁酣索酪忽猪试锅年怔墒荫妻凶天喻啸痘6Electronicspectroscopy6Electronicspectroscopy6.4.3 化学发光反应类型化学发光反应类型1、直接化学发光和间接化学发光、直接化学发光和间接化学发光 直接发光直
98、接发光是被测物作为反应物直接参加化学发光反应，生成是被测物作为反应物直接参加化学发光反应，生成电子激发态产物分子，此初始激发态能辐射光子。电子激发态产物分子，此初始激发态能辐射光子。 A + B C* + D C* C + h 式式中中A或或B是是被被测测物物，通通过过反反应应生生成成电电子子激激发发态态产产物物C*，当当C* 跃迁回基态时，辐射光子。跃迁回基态时，辐射光子。予碾纬侠涤尿乾椿右诗骨磨达兴哎摆钧茬函肥室踏爹渍粟盎喀餐禾所坷绩6Electronicspectroscopy6Electronicspectroscopy 间接发光间接发光是被测物是被测物A A或或B B，通过化学反应生
99、成初始激发，通过化学反应生成初始激发态产物态产物C* ， C* 不直接发光，而是将其能量转移给不直接发光，而是将其能量转移给F，使，使F跃迁回基态，产生发光。跃迁回基态，产生发光。 A + B C* + D C*+F F* + E F* F + h 式中式中C*为能量给予体，而为能量给予体，而F为能量接受体为能量接受体碰蜜猜扮酱裸送园训吻颁妇灾庙路部篙亩聊趴群詹攘详叛窗契察瞬滔也猾6Electronicspectroscopy6Electronicspectroscopy2. 气相化学发光和液相化学发光气相化学发光和液相化学发光 按按反反应应体体系系的的状状态态分分类类，如如化化学学发发光光反
100、反应应在在气气相相中中进进行行称称为为气气相相化化学学发发光光；在在液液相相或或固固相相中中进进行行称称为为液液相相或或固固相化学发光；在两个不同相中进行则称为异相化学发光。相化学发光；在两个不同相中进行则称为异相化学发光。(1)气相化学发光气相化学发光 主要有主要有O3、NO、S的化学发光反应，可用于监测空气中的的化学发光反应，可用于监测空气中的O3、NO、SO2、H2S、CO、NO2等。等。 臭氧与乙烯的化学发光反应；一氧化氮与臭氧的化学发光反臭氧与乙烯的化学发光反应；一氧化氮与臭氧的化学发光反应。应。 (2)液相化学发光液相化学发光 用于此类化学发光分析的发光物质有鲁米诺、光泽碱、洛用于
101、此类化学发光分析的发光物质有鲁米诺、光泽碱、洛粉碱等。例如，利用发光物质鲁米诺，可测定痕量的粉碱等。例如，利用发光物质鲁米诺，可测定痕量的H2O2以及以及Cu、Mn、Co、V、Fe、Cr、Ce等金属离子。等金属离子。淡盲轴趟耸乡息陶武胡吊谓倾藕剩氯钻碧诣旭陷卢淳班炉坍湛追坎鹿端线6Electronicspectroscopy6Electronicspectroscopy6.4.4 化学发光的测量装置化学发光的测量装置 化学发光分析法的测量仪器主要包括样品室、光检测器、化学发光分析法的测量仪器主要包括样品室、光检测器、放大器和信号输出装置。放大器和信号输出装置。 化学发光反应在样品室中进行，样品
102、和试剂混合的方式有化学发光反应在样品室中进行，样品和试剂混合的方式有不连续取样体系，加样是间歇的。将试剂先加到光电倍增管前不连续取样体系，加样是间歇的。将试剂先加到光电倍增管前面的反应池内，然后用进样器加入分析物。（分立取样式仪器）面的反应池内，然后用进样器加入分析物。（分立取样式仪器） 另一种方法是连续流动体系，反应试剂和分析物是定时在另一种方法是连续流动体系，反应试剂和分析物是定时在样品池中汇合反应，且在载流推动下向前移动，被检测的光信样品池中汇合反应，且在载流推动下向前移动，被检测的光信号只是整个发光动力学曲线的一部分，而以峰高进行定量测量。号只是整个发光动力学曲线的一部分，而以峰高进行
103、定量测量。（流动注射式仪器）（流动注射式仪器）帜嘻锥挞忧段鳞泛损闲伎绵谊尺恢肆异跺痞潭裸寡断需妆蔷始据莹床钉汤6Electronicspectroscopy6Electronicspectroscopy6.4.5 化学发光分析的应用化学发光分析的应用1. 广泛应用于大气中广泛应用于大气中O3、NO、NO2、H2O、SO2、CO等组分等组分的检测。的检测。2. 鲁米诺鲁米诺(3-氨基苯二甲酸肼氨基苯二甲酸肼)H2O2体系体系天绍峦疼嫡糙滁寐挚双茁酥列盐盅睬昨忻页谎满珐圭砌晴癸举嚼揣符榷受6Electronicspectroscopy6Electronicspectroscopy思考题思考题1.(
104、CH3)3N3能发生n跃迁，max=227nm (=900Lcm-1mol-1)，在酸中测定时，该峰会怎么变化？为什么？2.某化合物的max(己烷)=305nm，其中max(乙醇)=307nm，该吸收是由n还是跃迁引起的？ 原因？3.如何用紫外光谱判断下列异构体？4.某化合物分子式为C7H10O，红外光谱分析表示分子含有C=O,CH3, -CH2-及C=C,紫外光测定max(CH3OH)=257nm，试推断其结构。幂券董瞄悲嗓肛解争源环材峭弘熬苑辉蓉慈退固铣志狄臀贬剿礁欠轻鱼武6Electronicspectroscopy6Electronicspectroscopy5.解释名词：荧光、磷光、三重态、单重态、量子产率、振动弛豫。6.解释分子荧光光谱分析的原理。7.荧光激发光谱和发射光谱的区别。8.荧光与化合物结构的关系。9.解释分子磷光光谱分析的原理。10.解释化学发光分析的原理。思考题思考题浩娃足茄匪诸榴篮藉灿坏燥仿绑学圃台罩仆毗匝皿靡绣丫蒋傻沥悯萝外爽6Electronicspectroscopy6Electronicspectroscopy
