1、第二章第二章紫外紫外-可見(jiàn)光譜和熒光光譜可見(jiàn)光譜和熒光光譜2.1 2.1 紫外紫外- -可見(jiàn)光譜的基本原理可見(jiàn)光譜的基本原理13.6nm200nm380nm780nm 遠(yuǎn)紫外區(qū)遠(yuǎn)紫外區(qū)（真空紫外區(qū)）（真空紫外區(qū)）近紫外區(qū)近紫外區(qū)可見(jiàn)光區(qū)可見(jiàn)光區(qū)2.1.1 紫外紫外-可見(jiàn)（可見(jiàn)（UV-Vis）光譜）光譜 紫外光譜紫外光譜(Ultraviolet spectroscopy, UV)(Ultraviolet spectroscopy, UV)是是吸收光譜吸收光譜. . 通常說(shuō)的通常說(shuō)的紫外光譜的波長(zhǎng)范圍是紫外光譜的波長(zhǎng)范圍是200-380200-380 nm, nm, 常用的紫外光譜儀的測(cè)試范常用的

2、紫外光譜儀的測(cè)試范圍可擴(kuò)展到可見(jiàn)光區(qū)域圍可擴(kuò)展到可見(jiàn)光區(qū)域, , 包括包括400-780 400-780 nmnm的波長(zhǎng)區(qū)域的波長(zhǎng)區(qū)域. . 低于低于200 200 nmnm的吸收光譜屬真空紫外光譜的吸收光譜屬真空紫外光譜, , 要用專(zhuān)門(mén)的真空紫外光譜儀測(cè)試要用專(zhuān)門(mén)的真空紫外光譜儀測(cè)試. . 當(dāng)紫外光照射分子時(shí)，分子吸收光子能量后受激發(fā)而從一個(gè)當(dāng)紫外光照射分子時(shí)，分子吸收光子能量后受激發(fā)而從一個(gè)能級(jí)躍遷到另一個(gè)能級(jí)，由于分子的能量是量子化的，所以只能級(jí)躍遷到另一個(gè)能級(jí)，由于分子的能量是量子化的，所以只能吸收等于分子內(nèi)兩個(gè)能級(jí)差的光子。能吸收等于分子內(nèi)兩個(gè)能級(jí)差的光子。E= EE= E2 2 -

3、E -E1 1=h=hc/=h=hc/ （E E2 2 , E , E1 1 - -始態(tài)和終態(tài)的能量始態(tài)和終態(tài)的能量 h -h -普朗克常數(shù)普朗克常數(shù) - -頻率頻率 c c - -光速光速 - -波長(zhǎng)）波長(zhǎng)）紫外光的波長(zhǎng)以紫外光的波長(zhǎng)以300nm代入上式，求出紫外光的能量為：代入上式，求出紫外光的能量為： E =4（ev）分子的能量分子的能量電子能量電子能量 1-20 ev1-20 ev分子振動(dòng)能量分子振動(dòng)能量 0.05-1 ev0.05-1 ev轉(zhuǎn)動(dòng)能量轉(zhuǎn)動(dòng)能量 0.05-1 ev0.05-1 ev 形成較寬的譜帶形成較寬的譜帶2.1.2 2.1.2 紫外光譜圖的組成紫外光譜圖的組成 橫坐

4、標(biāo)表示吸收橫坐標(biāo)表示吸收光的光的波長(zhǎng)波長(zhǎng), ,用用nm nm 為為單位。單位。 縱坐標(biāo)表示吸收縱坐標(biāo)表示吸收光的光的吸收強(qiáng)度吸收強(qiáng)度，可，可以 用以 用 A (A ( 吸 光 度吸 光 度 ) , ) , T(T(透射比或透光率透射比或透光率或透過(guò)率或透過(guò)率),1-T(),1-T(吸收吸收率率) )、(吸收系數(shù)吸收系數(shù)) )中的任何一個(gè)來(lái)表中的任何一個(gè)來(lái)表示。示。 紫外光譜圖是由橫坐標(biāo)、縱坐標(biāo)和吸收曲線(xiàn)組成的。紫外光譜圖是由橫坐標(biāo)、縱坐標(biāo)和吸收曲線(xiàn)組成的。2.1.3 2.1.3 電子躍遷電子躍遷 有機(jī)物在紫外和可見(jiàn)光區(qū)域內(nèi)電子躍遷的方式一般有有機(jī)物在紫外和可見(jiàn)光區(qū)域內(nèi)電子躍遷的方式一般有: :

5、 *, n *, *, n* 飽和烴中的飽和烴中的C-CC-C鍵是鍵是鍵鍵. .產(chǎn)生產(chǎn)生* *躍遷所需能量大躍遷所需能量大, , 吸收波長(zhǎng)小于吸收波長(zhǎng)小于150 nm150 nm的光子的光子, , 即在真空紫外區(qū)有吸收即在真空紫外區(qū)有吸收. .1) *(2) n * 含含 O, N, S O, N, S 和鹵素等雜原子和鹵素等雜原子的飽和烴衍生物可發(fā)生的飽和烴衍生物可發(fā)生此此 類(lèi)類(lèi) 躍躍 遷遷 , , 所需能量也較大所需能量也較大, , 吸收波長(zhǎng)為吸收波長(zhǎng)為150-250 150-250 nm nm 的光子的光子. . C-OH C-OH 和和 C-Cl C-Cl 等基團(tuán)的等基團(tuán)的 吸收吸收

6、在真空紫外區(qū)域內(nèi)在真空紫外區(qū)域內(nèi). . C-Br, C-I C-Br, C-I 和和 C-NHC-NH2 2等基團(tuán)的吸收在紫外區(qū)域內(nèi)，其等基團(tuán)的吸收在紫外區(qū)域內(nèi)，其吸收峰的吸收系數(shù)吸收峰的吸收系數(shù)較低，一般較低，一般300.300.(3)(3)* * 不飽和烴不飽和烴, , 共軛烯烴和芳香烴類(lèi)共軛烯烴和芳香烴類(lèi)可發(fā)生此類(lèi)躍遷可發(fā)生此類(lèi)躍遷, , 吸收波長(zhǎng)大多在紫外區(qū)吸收波長(zhǎng)大多在紫外區(qū)( (其中孤立雙鍵的其中孤立雙鍵的maxmax小于小于200 nm), 200 nm), 吸收峰的吸收系數(shù)吸收峰的吸收系數(shù)很高很高. .(4)(4) nn* * 在分子中含有在分子中含有孤對(duì)電子的原子和孤對(duì)電子的

7、原子和鍵同時(shí)存在鍵同時(shí)存在時(shí)時(shí), , 會(huì)發(fā)生會(huì)發(fā)生nn* *躍遷躍遷, , 所需能量小所需能量小, , 吸收波長(zhǎng)吸收波長(zhǎng)200 200 nm, nm, 但吸收系數(shù)但吸收系數(shù)很小，一般為很小，一般為10-100. 10-100. 不同分子結(jié)構(gòu)具有不同電子躍遷方式不同分子結(jié)構(gòu)具有不同電子躍遷方式, , 有的基團(tuán)有的基團(tuán)可有幾種躍遷方式?？捎袔追N躍遷方式。在紫外光譜中主要研究的躍遷在紫外光譜中主要研究的躍遷是在紫外區(qū)域有吸收的是在紫外區(qū)域有吸收的* *和和nn* *兩種兩種。 除上述除上述4 4種電子躍遷方式外，在紫外和可見(jiàn)光區(qū)還種電子躍遷方式外，在紫外和可見(jiàn)光區(qū)還有兩種較持殊的躍遷方式，即眾有兩種

8、較持殊的躍遷方式，即眾d-d d-d 躍遷和電荷轉(zhuǎn)移躍遷和電荷轉(zhuǎn)移躍遷躍遷. .(5)(5) d-dd-d 躍遷躍遷 在過(guò)渡金屬絡(luò)合物溶液中容易產(chǎn)生這種躍遷在過(guò)渡金屬絡(luò)合物溶液中容易產(chǎn)生這種躍遷, , 其吸其吸收波長(zhǎng)一般在可見(jiàn)光區(qū)域收波長(zhǎng)一般在可見(jiàn)光區(qū)域, , 有機(jī)物和高分子的過(guò)渡金屬有機(jī)物和高分子的過(guò)渡金屬絡(luò)合物絡(luò)合物都會(huì)發(fā)生這種躍遷。都會(huì)發(fā)生這種躍遷。(6)(6) 電荷轉(zhuǎn)移躍遷電荷轉(zhuǎn)移躍遷 電荷轉(zhuǎn)移可以是離子間電荷轉(zhuǎn)移可以是離子間, , 離子與分子間離子與分子間, , 以及分子內(nèi)的轉(zhuǎn)移以及分子內(nèi)的轉(zhuǎn)移, , 條件條件是同時(shí)具備是同時(shí)具備電子給體電子給體(donor)(donor)和和電子受

9、體電子受體(acceptor).(acceptor).電荷轉(zhuǎn)移吸收電荷轉(zhuǎn)移吸收譜帶的強(qiáng)度大譜帶的強(qiáng)度大, , 吸收系數(shù)一般大于吸收系數(shù)一般大于10,000. 10,000. 這種躍遷在聚合物的研這種躍遷在聚合物的研究中相當(dāng)重要。究中相當(dāng)重要。 2.1.4 2.1.4 吸收帶的分類(lèi)：吸收帶的分類(lèi)：R R吸收帶吸收帶（n - n - * *躍遷）由酮基、躍遷）由酮基、- NO- NO2 2、- NO- NO、 - - N=NN=N等發(fā)色基團(tuán)引起。特點(diǎn)是波長(zhǎng)較長(zhǎng)，但吸收較弱。等發(fā)色基團(tuán)引起。特點(diǎn)是波長(zhǎng)較長(zhǎng)，但吸收較弱。測(cè)定這種吸收帶時(shí)需要濃溶液。測(cè)定這種吸收帶時(shí)需要濃溶液。K K吸收帶吸收帶（ -

10、- * *躍遷）由共軛烯烴和取代芳香化合物躍遷）由共軛烯烴和取代芳香化合物引起。特點(diǎn)是波長(zhǎng)較短但吸收較強(qiáng)（引起。特點(diǎn)是波長(zhǎng)較短但吸收較強(qiáng)（ 10000 10000）。）。 值較大的原因值較大的原因：1 1）電子躍遷后有較大的偶極矩變化；）電子躍遷后有較大的偶極矩變化； 2 2）電子在某個(gè)能級(jí)間躍遷幾率較大。）電子在某個(gè)能級(jí)間躍遷幾率較大。B B吸收帶吸收帶（苯環(huán)振動(dòng)加（苯環(huán)振動(dòng)加 - - * *躍遷）該吸收帶是芳環(huán)、躍遷）該吸收帶是芳環(huán)、芳雜環(huán)的特征譜帶，吸收強(qiáng)度中等（芳雜環(huán)的特征譜帶，吸收強(qiáng)度中等（=1000=1000）。特）。特點(diǎn)是在點(diǎn)是在230270nm230270nm，譜帶較寬且含多重

11、峰或精細(xì)結(jié)，譜帶較寬且含多重峰或精細(xì)結(jié)構(gòu)構(gòu), , 精細(xì)結(jié)構(gòu)是由于振動(dòng)次能級(jí)的影響，當(dāng)使用極性溶精細(xì)結(jié)構(gòu)是由于振動(dòng)次能級(jí)的影響，當(dāng)使用極性溶劑時(shí)，精細(xì)結(jié)構(gòu)常常看不到，只能看到一寬峰。劑時(shí)，精細(xì)結(jié)構(gòu)常常看不到，只能看到一寬峰。E E吸收帶吸收帶（ - - * *躍遷）與躍遷）與B B吸收帶一樣，是芳香族的吸收帶一樣，是芳香族的特征譜帶，吸收強(qiáng)度大（特征譜帶，吸收強(qiáng)度大（=200014000=200014000，吸收波，吸收波長(zhǎng)偏向紫外的低波長(zhǎng)部分，有的在遠(yuǎn)紫外區(qū)。如苯的長(zhǎng)偏向紫外的低波長(zhǎng)部分，有的在遠(yuǎn)紫外區(qū)。如苯的E2 E2 和和E1E1分別在分別在184nm 184nm （=47000=4700

12、0）和）和204nm 204nm (=7000(=7000），苯上有助色團(tuán)取代時(shí)，），苯上有助色團(tuán)取代時(shí)， E2E2移向近紫外移向近紫外區(qū)。區(qū)。2.1.5 2.1.5 各類(lèi)化合物的紫外吸收各類(lèi)化合物的紫外吸收 飽和有機(jī)化合物的紫外吸收飽和有機(jī)化合物的紫外吸收 只有部分飽和有機(jī)化合物只有部分飽和有機(jī)化合物（如（如C-BrC-Br、C-IC-I、C-NHC-NH2 2）的的n n* *躍躍遷有遷有紫外吸收紫外吸收。(2) (2) 不飽和脂肪族有機(jī)化合物的紫外吸收不飽和脂肪族有機(jī)化合物的紫外吸收 只有具有只有具有 - - 共軛和共軛和p-p- 共軛共軛的不飽和脂肪族有機(jī)化合物可以在的不飽和脂肪族有機(jī)

13、化合物可以在近紫外區(qū)近紫外區(qū)出現(xiàn)吸收。吸收是由出現(xiàn)吸收。吸收是由* *躍遷和躍遷和n n* *躍遷引起的。躍遷引起的。(3) (3) 芳香芳香族有機(jī)化合物的紫外吸收族有機(jī)化合物的紫外吸收 芳香芳香族有機(jī)化合物都具有環(huán)狀的族有機(jī)化合物都具有環(huán)狀的共軛體系，一般來(lái)講，它們都有共軛體系，一般來(lái)講，它們都有三個(gè)三個(gè)吸收帶。最重要的吸收帶。最重要的芳香芳香化合物苯的吸收帶為：化合物苯的吸收帶為： maxmax= 184 nm (= 184 nm ( = 47000), = 47000), maxmax= 204 nm (= 204 nm (69006900） maxmax= 255 nm (= 255

14、nm (230230） 2.1.6 2.1.6 影響紫外光譜的因素影響紫外光譜的因素(1) (1) 紫外吸收曲線(xiàn)的形狀及影響因素紫外吸收曲線(xiàn)的形狀及影響因素 紫外吸收帶通常是紫外吸收帶通常是寬帶寬帶。 影響吸收帶形狀的因素有：被測(cè)化合物的結(jié)構(gòu)、測(cè)定的狀態(tài)、測(cè)影響吸收帶形狀的因素有：被測(cè)化合物的結(jié)構(gòu)、測(cè)定的狀態(tài)、測(cè)定的溫度、溶劑的極性。定的溫度、溶劑的極性。(2) (2) 吸收強(qiáng)度及影響因素吸收強(qiáng)度及影響因素 能差因素：能差因素： 能差小，能差小，躍遷幾率大躍遷幾率大 空間位置空間位置因素因素: :處在相同的空間區(qū)域處在相同的空間區(qū)域躍遷幾率大躍遷幾率大(3) (3) 吸收位置及影響因素吸收位置

15、及影響因素 幾個(gè)基本概念幾個(gè)基本概念： 生色基生色基：能在某一段光波內(nèi)產(chǎn)生吸收的基團(tuán)，稱(chēng)為這一段波長(zhǎng)的生：能在某一段光波內(nèi)產(chǎn)生吸收的基團(tuán)，稱(chēng)為這一段波長(zhǎng)的生色團(tuán)或生色基。色團(tuán)或生色基。助色基助色基： 當(dāng)具有非鍵電子的原子或基團(tuán)連在雙鍵或共軛當(dāng)具有非鍵電子的原子或基團(tuán)連在雙鍵或共軛 體系上時(shí)，會(huì)形成非鍵電子與體系上時(shí)，會(huì)形成非鍵電子與 電子的共軛電子的共軛 （p- p- 共軛），從而使電子的活動(dòng)范圍增大，吸共軛），從而使電子的活動(dòng)范圍增大，吸 收向長(zhǎng)波方向位移，顏色加深，這種效應(yīng)收向長(zhǎng)波方向位移，顏色加深，這種效應(yīng)稱(chēng)為稱(chēng)為 助色效應(yīng)。能產(chǎn)生助色效應(yīng)的原子或原子團(tuán)稱(chēng)助色效應(yīng)。能產(chǎn)生助色效應(yīng)的原子或

16、原子團(tuán)稱(chēng) 為助色基。為助色基。紅移現(xiàn)象紅移現(xiàn)象：由于取代基或溶劑的影響使最大吸收峰向長(zhǎng)波：由于取代基或溶劑的影響使最大吸收峰向長(zhǎng)波 方向移動(dòng)的現(xiàn)象稱(chēng)為紅移現(xiàn)象。方向移動(dòng)的現(xiàn)象稱(chēng)為紅移現(xiàn)象。藍(lán)移現(xiàn)象藍(lán)移現(xiàn)象：由于取代基或溶劑的影響使最大吸收峰向短波：由于取代基或溶劑的影響使最大吸收峰向短波 方向移動(dòng)的現(xiàn)象稱(chēng)為藍(lán)移現(xiàn)象。方向移動(dòng)的現(xiàn)象稱(chēng)為藍(lán)移現(xiàn)象。增色效應(yīng)增色效應(yīng)：使：使 值增加的效應(yīng)稱(chēng)為值增加的效應(yīng)稱(chēng)為增色效應(yīng)。增色效應(yīng)。減色效應(yīng)減色效應(yīng)：使：使 值減少的效應(yīng)稱(chēng)為值減少的效應(yīng)稱(chēng)為減色效應(yīng)。減色效應(yīng)。 maxmax與化學(xué)結(jié)構(gòu)的關(guān)系與化學(xué)結(jié)構(gòu)的關(guān)系該公式為：該公式為： maxmax= = 母體二烯烴

17、（或母體二烯烴（或C=C-C=CC=C-C=C）+ + 環(huán)內(nèi)雙烯環(huán)內(nèi)雙烯 + + 環(huán)外雙鍵環(huán)外雙鍵 + + 延伸雙鍵延伸雙鍵+ + 共軛體系上取代烷基共軛體系上取代烷基 + + 共軛體系上取代的助色基共軛體系上取代的助色基. . 實(shí)例一實(shí)例一 maxmax= 217nm= 217nm（母體二烯烴）（母體二烯烴）+3+3 5 5nmnm（環(huán)外雙鍵）環(huán)外雙鍵） +30+30nmnm（延伸雙鍵）（延伸雙鍵）+5 +5 5 5nm(nm(共軛體系上取代烷基）共軛體系上取代烷基） = 287nm= 287nm應(yīng)用應(yīng)用伍德沃德和費(fèi)塞爾規(guī)則來(lái)估算化合物紫外吸收伍德沃德和費(fèi)塞爾規(guī)則來(lái)估算化合物紫外吸收 max

18、max的位置。的位置。2.1.7 2.1.7 定量分析定量分析朗伯朗伯- -比爾定律是紫外光譜定量分析的基礎(chǔ)比爾定律是紫外光譜定量分析的基礎(chǔ): :A=logIA=logI0 0/I= lc/I= lc （I I0 0、 I I 入射光和透射光強(qiáng)；入射光和透射光強(qiáng)； - - -摩爾消光系數(shù)摩爾消光系數(shù)；l l- -試樣的光試樣的光程長(zhǎng)；程長(zhǎng)；c c溶質(zhì)濃度）溶質(zhì)濃度）參數(shù)參數(shù)maxmax 和和maxmax 很重要：很重要：（1 1） maxmax 表示吸收的最大波長(zhǎng)，即表示吸收的最大波長(zhǎng)，即最大的吸收峰位置最大的吸收峰位置。（2 2） maxmax表示表示最大吸收的摩爾消光系數(shù)最大吸收的摩爾消光

19、系數(shù)。因?yàn)椤Ｒ驗(yàn)?與與A A成正比，成正比，譜圖可以用譜圖可以用為縱坐標(biāo)，因而為縱坐標(biāo)，因而也可以表示吸收峰的強(qiáng)度。一也可以表示吸收峰的強(qiáng)度。一般地，般地， 10 104 4 為強(qiáng)吸收（為強(qiáng)吸收（ 不超過(guò)不超過(guò)10105 5） = 10= 103 -3 -10104 4為中為中等吸收等吸收 10 103 3 為弱吸收，由于這種躍遷的幾率很小，稱(chēng)為禁為弱吸收，由于這種躍遷的幾率很小，稱(chēng)為禁戒躍遷。戒躍遷。4005006007008000.00.20.40.60.81.01.2 Absorbance/a.u. / nm(A)abcde2503003504004505005506006500.00.

20、20.40.60.81.01.2 Absorbance (a.u)Wavelength (nm) P1 P2 P3P. Shen, S. T. Tan, et al, Macromolecules, 2008, 41, 5716-5722-1.5-1.0-0.50.00.51.01.5-3-2-101234 Current density (mA/cm2)Voltage (v) dark illuminatedVoc= 0.89VIsc= 1.2mA/cm2FF= 0.38PCE= 0.45%(b)-1.5-1.0-0.50.00.51.01.5-101 Current density (mA

21、/cm2)Voltage (v) dark illuminatedVoc= 0.72VIsc= 0.43 mA/cm2FF= 0.29PCE= 0.09%(c)3504004505005506000.00.20.40.60.81.0 PZn PZn- oT PZn- T PZn- hTNormalized absorbanceWavelength (nm)0.00.10.20.30.40.50.60.702468101214Current / mA cm-2Voltage / V a, 5.14% b, 4.55% c, 4.25%Y. Liu,.,S. T. Tan, Chem. Commu

22、n. 2009, 2499300350400450500550020000400006000080000100000120000Molar Extinction Coefficient (1/M.cm)Wavelenth (nm) D1 D2 D3D3D1D2CH3H3COSCOOHCNOSCOOHCNNNCH3CH3CH3H3COSCOOHCNNNCH3CH3CH3H3CH. Chen, ., S. Tan, Journal of Physics Chemistry C , 2010, 114, 3280-3286鍍膜器件室鍍膜器件室光伏性能測(cè)試室光伏性能測(cè)試室2.2 2.2 熒光光譜熒光光

23、譜2.2.1熒光光譜法基本原理熒光光譜法基本原理 (1) 熒光熒光(Fluoresence)(Fluoresence)和和磷光磷光(Phosphoresence)(Phosphoresence) 熒光和磷光同屬發(fā)光光譜法，它們與分子吸收分光熒光和磷光同屬發(fā)光光譜法，它們與分子吸收分光光度法緊密相關(guān)。分子在吸收輻射能而被激發(fā)到較高電光度法緊密相關(guān)。分子在吸收輻射能而被激發(fā)到較高電子能級(jí)后，它們?yōu)榱朔祷鼗鶓B(tài)而釋放出能量。子能級(jí)后，它們?yōu)榱朔祷鼗鶓B(tài)而釋放出能量。熒光熒光是分是分子在吸收輻射之后立即子在吸收輻射之后立即( (在在1010-8-8 s s數(shù)量級(jí)數(shù)量級(jí)) )發(fā)射的光，而發(fā)射的光，而磷磷光光

24、則是在吸收能量后延遲釋放的光。兩者間的區(qū)別是；則是在吸收能量后延遲釋放的光。兩者間的區(qū)別是；熒光是由單態(tài)熒光是由單態(tài)單態(tài)的躍遷產(chǎn)生的，而磷光所涉及的是單態(tài)的躍遷產(chǎn)生的，而磷光所涉及的是三線(xiàn)態(tài)三線(xiàn)態(tài)單態(tài)躍遷。單態(tài)躍遷。 熒光光譜具有很高的靈敏度熒光光譜具有很高的靈敏度。樣品中含有。樣品中含有1100 1100 ppmppm生色團(tuán)即可產(chǎn)生足夠強(qiáng)的檢測(cè)信號(hào)。采用多種不同生色團(tuán)即可產(chǎn)生足夠強(qiáng)的檢測(cè)信號(hào)。采用多種不同的表征方法，使熒光發(fā)光方法具有多功能性，并可獲得的表征方法，使熒光發(fā)光方法具有多功能性，并可獲得分子水平的信息。分子水平的信息。 大多數(shù)有機(jī)分子的電子態(tài)可以歸納為兩大類(lèi)：大多數(shù)有機(jī)分子的電子

25、態(tài)可以歸納為兩大類(lèi)：?jiǎn)螁螒B(tài)態(tài)和和三重態(tài)三重態(tài)。處于單態(tài)時(shí)，分子內(nèi)所有電子的自旋是配。處于單態(tài)時(shí)，分子內(nèi)所有電子的自旋是配對(duì)的；處在三重態(tài)時(shí)，一組電子自旋是不成對(duì)的。對(duì)的；處在三重態(tài)時(shí)，一組電子自旋是不成對(duì)的。 分子在吸收適當(dāng)?shù)妮椛淠軙r(shí)，它從基態(tài)內(nèi)的一個(gè)振動(dòng)分子在吸收適當(dāng)?shù)妮椛淠軙r(shí)，它從基態(tài)內(nèi)的一個(gè)振動(dòng)能級(jí)上升到某一受激電子能級(jí)能級(jí)上升到某一受激電子能級(jí)( (通常是第一受激單態(tài)，通常是第一受激單態(tài)，S S1 1) )中的某一振動(dòng)能級(jí)。吸收步驟發(fā)生在中的某一振動(dòng)能級(jí)。吸收步驟發(fā)生在1010-15-15S S以?xún)?nèi)。在緊以?xún)?nèi)。在緊接吸收之后處于受激單態(tài)較高振動(dòng)能級(jí)中的分子，通過(guò)接吸收之后處于受激單態(tài)較

26、高振動(dòng)能級(jí)中的分子，通過(guò)碰撞而把過(guò)多的能量轉(zhuǎn)移給其它分子，以及將過(guò)多的能碰撞而把過(guò)多的能量轉(zhuǎn)移給其它分子，以及將過(guò)多的能量分配給受激分子內(nèi)振動(dòng)或旋轉(zhuǎn)的其它可能模式，從而量分配給受激分子內(nèi)振動(dòng)或旋轉(zhuǎn)的其它可能模式，從而很快回到受激態(tài)的最低振動(dòng)能級(jí)。很快回到受激態(tài)的最低振動(dòng)能級(jí)。 當(dāng)受激分子恢復(fù)到基態(tài)時(shí)，產(chǎn)生自發(fā)輻射，即當(dāng)受激分子恢復(fù)到基態(tài)時(shí)，產(chǎn)生自發(fā)輻射，即熒光熒光現(xiàn)象。這一輻射過(guò)程現(xiàn)象。這一輻射過(guò)程(S (S1 1-S -S0 0) ) 的壽命很短，約的壽命很短，約1010-8-8s s，所以，所以在許多分子里它能有效地與其它轉(zhuǎn)移激發(fā)能的過(guò)程相競(jìng)在許多分子里它能有效地與其它轉(zhuǎn)移激發(fā)能的過(guò)程相競(jìng)

27、爭(zhēng)。爭(zhēng)。 如果單態(tài)的勢(shì)能曲線(xiàn)和三重態(tài)的勢(shì)能曲線(xiàn)交叉，如果單態(tài)的勢(shì)能曲線(xiàn)和三重態(tài)的勢(shì)能曲線(xiàn)交叉，某些單態(tài)受激分子可以通過(guò)系統(tǒng)間的交叉而轉(zhuǎn)到最低三某些單態(tài)受激分子可以通過(guò)系統(tǒng)間的交叉而轉(zhuǎn)到最低三重態(tài)，再?gòu)倪@里回到基態(tài)的某一振動(dòng)級(jí)，便發(fā)射重態(tài)，再?gòu)倪@里回到基態(tài)的某一振動(dòng)級(jí)，便發(fā)射磷光磷光。磷光的發(fā)射必須改變自旋狀態(tài)，磷光的發(fā)射必須改變自旋狀態(tài)，因因此這一發(fā)射過(guò)程的速此這一發(fā)射過(guò)程的速度比熒光慢得多度比熒光慢得多，可達(dá)，可達(dá)1010-2-2100 s100 s。 熒光和磷光的發(fā)射波長(zhǎng)長(zhǎng)于激發(fā)波長(zhǎng)，除了熒光和磷光的發(fā)射波長(zhǎng)長(zhǎng)于激發(fā)波長(zhǎng)，除了X X射線(xiàn)熒射線(xiàn)熒光外，大多熒光法的工作波長(zhǎng)在光外，大多熒光法的

28、工作波長(zhǎng)在200800nm200800nm之間。之間。(2) (2) 激發(fā)激發(fā)(Excitation, Ex)(Excitation, Ex)光譜光譜 熒光物質(zhì)的激發(fā)光譜是指不同激發(fā)波長(zhǎng)的輻射引起物質(zhì)發(fā)射熒光物質(zhì)的激發(fā)光譜是指不同激發(fā)波長(zhǎng)的輻射引起物質(zhì)發(fā)射某一波長(zhǎng)熒光的相對(duì)效率。也就是，固定發(fā)射波長(zhǎng)，改變激發(fā)波某一波長(zhǎng)熒光的相對(duì)效率。也就是，固定發(fā)射波長(zhǎng)，改變激發(fā)波長(zhǎng)，所得的熒光強(qiáng)度與激發(fā)波長(zhǎng)的關(guān)系曲線(xiàn)為激發(fā)光譜。長(zhǎng)，所得的熒光強(qiáng)度與激發(fā)波長(zhǎng)的關(guān)系曲線(xiàn)為激發(fā)光譜。 理論上最大激發(fā)波長(zhǎng)與最大吸收波長(zhǎng)是一致的，由激發(fā)光諧理論上最大激發(fā)波長(zhǎng)與最大吸收波長(zhǎng)是一致的，由激發(fā)光諧可選擇最佳激發(fā)波長(zhǎng)?？蛇x擇

29、最佳激發(fā)波長(zhǎng)。(3) (3) 發(fā)射發(fā)射(Emission, Em)(Emission, Em)光譜光譜 使激發(fā)光的波長(zhǎng)和強(qiáng)度保持不變，讓熒光物質(zhì)所產(chǎn)生的熒光使激發(fā)光的波長(zhǎng)和強(qiáng)度保持不變，讓熒光物質(zhì)所產(chǎn)生的熒光通過(guò)發(fā)射單色器后照射到檢測(cè)器上，掃描發(fā)射單色器并檢測(cè)各種通過(guò)發(fā)射單色器后照射到檢測(cè)器上，掃描發(fā)射單色器并檢測(cè)各種波長(zhǎng)下相應(yīng)的熒光強(qiáng)度，然后記錄熒光強(qiáng)度對(duì)發(fā)射波長(zhǎng)波長(zhǎng)下相應(yīng)的熒光強(qiáng)度，然后記錄熒光強(qiáng)度對(duì)發(fā)射波長(zhǎng). .2.2.2 2.2.2 熒光光譜的測(cè)量熒光光譜的測(cè)量 熒光光譜儀由光源、熒光光譜儀由光源、單色器、記錄系統(tǒng)等單色器、記錄系統(tǒng)等組成。并具有兩個(gè)單組成。并具有兩個(gè)單色器，一個(gè)為色器

30、，一個(gè)為激發(fā)單激發(fā)單色器色器，另一個(gè)為，另一個(gè)為發(fā)射發(fā)射單色器單色器。下圖為這類(lèi)。下圖為這類(lèi)儀器光學(xué)系統(tǒng)示意圖。儀器光學(xué)系統(tǒng)示意圖。2.2.3 2.2.3 溶液的熒光強(qiáng)度與濃度的關(guān)系溶液的熒光強(qiáng)度與濃度的關(guān)系 (1) (1) 熒光的壽命熒光的壽命 熒光分子的平均壽命熒光分子的平均壽命( )( )定義：當(dāng)不存在進(jìn)一步的激發(fā)時(shí)，定義：當(dāng)不存在進(jìn)一步的激發(fā)時(shí)，處于激發(fā)態(tài)的分子數(shù)目衰減到初始值的處于激發(fā)態(tài)的分子數(shù)目衰減到初始值的1 1e e所經(jīng)歷的時(shí)間，用下所經(jīng)歷的時(shí)間，用下式表示式表示: : 式中，式中，k kf f為熒光發(fā)射的速率常數(shù)；為熒光發(fā)射的速率常數(shù)； 為各種非輻射去活化過(guò)程為各種非輻射去活

31、化過(guò)程的速率常數(shù)總和。熒光強(qiáng)度的衰變一般遵從如下速率方程式的速率常數(shù)總和。熒光強(qiáng)度的衰變一般遵從如下速率方程式: : 式中式中F F0 0 和和 F Ft t分別表示分別表示t=0t=0和和t=tt=t時(shí)的熒光強(qiáng)度。作時(shí)的熒光強(qiáng)度。作lnFlnFt t-t -t的關(guān)系曲線(xiàn)的關(guān)系曲線(xiàn), ,從該曲線(xiàn)的斜率可求出熒光壽命從該曲線(xiàn)的斜率可求出熒光壽命 . . 沒(méi)有非輻射去活化過(guò)程存在時(shí)的熒光壽命為內(nèi)在的壽命沒(méi)有非輻射去活化過(guò)程存在時(shí)的熒光壽命為內(nèi)在的壽命, ,用用 表示表示: : 一個(gè)近似的經(jīng)驗(yàn)規(guī)則是一個(gè)近似的經(jīng)驗(yàn)規(guī)則是: : 式中式中 為最大吸收波長(zhǎng)下的摩爾吸光系數(shù)。為最大吸收波長(zhǎng)下的摩爾吸光系數(shù)。

32、 Kf/(1f/10Kmax40/10max/lnln0tFFt( (二二) )熒光量子產(chǎn)率熒光量子產(chǎn)率 熒光量子產(chǎn)率的定義：熒光量子產(chǎn)率的定義：熒光物質(zhì)吸光后所發(fā)射的熒光的光子熒光物質(zhì)吸光后所發(fā)射的熒光的光子數(shù)與所吸收的激發(fā)光的光子數(shù)之比值數(shù)與所吸收的激發(fā)光的光子數(shù)之比值，即，即: : 現(xiàn)代最常用的測(cè)量方法是相對(duì)測(cè)量法得到現(xiàn)代最常用的測(cè)量方法是相對(duì)測(cè)量法得到相對(duì)熒光量子產(chǎn)率相對(duì)熒光量子產(chǎn)率。 在同一設(shè)備和激發(fā)光強(qiáng)度下測(cè)定已知量子產(chǎn)率標(biāo)準(zhǔn)溶液在同一設(shè)備和激發(fā)光強(qiáng)度下測(cè)定已知量子產(chǎn)率標(biāo)準(zhǔn)溶液( (以以s s腳注腳注) )，和另一未知量子產(chǎn)率溶液，和另一未知量子產(chǎn)率溶液( (以以x x腳注腳注)

33、)的校正熒光發(fā)射光譜的校正熒光發(fā)射光譜面積面積D D時(shí)，有以下的關(guān)系：時(shí)，有以下的關(guān)系：式中，式中，A A為吸光度；為吸光度；n n為溶液折射率；為溶液折射率；D D為校正熒光發(fā)射光譜積分面為校正熒光發(fā)射光譜積分面積。熒光化合物的熒光量子產(chǎn)率的數(shù)值常處于積。熒光化合物的熒光量子產(chǎn)率的數(shù)值常處于0.110.11之間。之間。 熒光量子產(chǎn)率與熒光壽命之間的關(guān)系為熒光量子產(chǎn)率與熒光壽命之間的關(guān)系為: :吸收的光量子數(shù)發(fā)射的光量子數(shù)fKfff/( fssxxssxfxDADAnn22)05. 0(A0/f2.2.4 2.2.4 熒光與分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系熒光與分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系 在熒光分析中，分析對(duì)象本身必須具有

34、熒光特性，或者使其在熒光分析中，分析對(duì)象本身必須具有熒光特性，或者使其與相應(yīng)的熒光試劑反應(yīng)生成具有熒光特征的物質(zhì)。與相應(yīng)的熒光試劑反應(yīng)生成具有熒光特征的物質(zhì)。分子的熒光性分子的熒光性主要取決于它自身的能量狀態(tài)，即該分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)主要取決于它自身的能量狀態(tài)，即該分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)。熒光強(qiáng)度。熒光強(qiáng)度與分于結(jié)構(gòu)關(guān)系一般具有如下普遍規(guī)律。與分于結(jié)構(gòu)關(guān)系一般具有如下普遍規(guī)律。 1. 1. 具有共軛具有共軛 鍵的化合物鍵的化合物 化合物共軛體系越大，能量越低，離域化合物共軛體系越大，能量越低，離域 電子越容易激發(fā)，熒電子越容易激發(fā)，熒光越易產(chǎn)生。大部分物質(zhì)具有芳環(huán)或雜環(huán)，芳環(huán)越大，其熒光峰光越易產(chǎn)生。大部分

35、物質(zhì)具有芳環(huán)或雜環(huán)，芳環(huán)越大，其熒光峰越移向長(zhǎng)波方向，熒光強(qiáng)度也越強(qiáng)。越移向長(zhǎng)波方向，熒光強(qiáng)度也越強(qiáng)。 2. 2. 具有剛性平面結(jié)構(gòu)的化合物具有剛性平面結(jié)構(gòu)的化合物 熒光效率高的熒光體，其分子多是平面構(gòu)型且具有一定的剛性，熒光效率高的熒光體，其分子多是平面構(gòu)型且具有一定的剛性，例如偶氮苯不發(fā)熒光雜氮菲會(huì)發(fā)熒光。例如偶氮苯不發(fā)熒光雜氮菲會(huì)發(fā)熒光。 有機(jī)配位劑與金屬離子組成配合構(gòu)成取代基之間形成氫鍵，加有機(jī)配位劑與金屬離子組成配合構(gòu)成取代基之間形成氫鍵，加強(qiáng)了分子的剛性，使熒光強(qiáng)度增強(qiáng)。強(qiáng)了分子的剛性，使熒光強(qiáng)度增強(qiáng)。 3 3取代基的影響取代基的影響 (1) (1) 給電子取代基給電子取代基 當(dāng)化

36、合物中含有當(dāng)化合物中含有-NH-NH 2 2、-NHR-NHR、-NR-NR2 2、-0H-0H、- -OROR、-CN-CN等給電子基團(tuán)時(shí)，這些基團(tuán)上的等給電子基團(tuán)時(shí)，這些基團(tuán)上的n n電子可通過(guò)電子可通過(guò)共軛效應(yīng)共軛效應(yīng)( (十十E)E)向芳環(huán)離域，使共軛體系中電子云密度增大，分子基態(tài)激向芳環(huán)離域，使共軛體系中電子云密度增大，分子基態(tài)激發(fā)能降低，故能增強(qiáng)分子的熒光。發(fā)能降低，故能增強(qiáng)分子的熒光。 (2) (2) 吸電子取代基吸電子取代基 當(dāng)化合物中含有當(dāng)化合物中含有-CO-CO-、-CHO-CHO、-COOH-COOH、 - -NONO2 2和重氮類(lèi)等基團(tuán)時(shí)，由于吸電子基的和重氮類(lèi)等基團(tuán)時(shí)

37、，由于吸電子基的誘導(dǎo)效應(yīng)誘導(dǎo)效應(yīng)(-I)(-I)，使共扼，使共扼體系中體系中n n電子云的密度降低，削弱了分子的熒光電子云的密度降低，削弱了分子的熒光. . (3) (3) 取代基的位置取代基的位置 鄰位及對(duì)位取代基對(duì)熒光影響較大，間位取代基鄰位及對(duì)位取代基對(duì)熒光影響較大，間位取代基影響不大，兩種性質(zhì)不同的取代基共存時(shí)，其中一個(gè)取代基起主影響不大，兩種性質(zhì)不同的取代基共存時(shí)，其中一個(gè)取代基起主導(dǎo)作用。導(dǎo)作用。(4)(4)重原子效應(yīng)重原子效應(yīng) 芳烴取代上鹵素芳烴取代上鹵素(Cl(Cl、BrBr和和I) I)等其他的重原子之后。等其他的重原子之后。分子內(nèi)的共軛效應(yīng)分子內(nèi)的共軛效應(yīng)( (十十E)E)

38、小于誘導(dǎo)效應(yīng)小于誘導(dǎo)效應(yīng)(-I)(-I)，使共軛體系的電子云，使共軛體系的電子云密度下降。分子熒光強(qiáng)度隨重原子的原子量增加而減弱，而磷光密度下降。分子熒光強(qiáng)度隨重原子的原子量增加而減弱，而磷光通常相應(yīng)地增強(qiáng)，這種效應(yīng)稱(chēng)為重原子效應(yīng)。因?yàn)橹卦拥拇嬖?，通常相?yīng)地增強(qiáng)，這種效應(yīng)稱(chēng)為重原子效應(yīng)。因?yàn)橹卦拥拇嬖冢沟脽晒怏w中電子自旋軌道偶合作用加強(qiáng)，使得熒光體中電子自旋軌道偶合作用加強(qiáng)，S1T1S1T1的系間交叉增的系間交叉增加，導(dǎo)致熒光強(qiáng)度減弱，磷光強(qiáng)度增強(qiáng)。加，導(dǎo)致熒光強(qiáng)度減弱，磷光強(qiáng)度增強(qiáng)。 4 4鈾和稀土元素的鹽類(lèi)鈾和稀土元素的鹽類(lèi) 參加吸光的是參加吸光的是4f4f和和5f5f內(nèi)層電子內(nèi)層電

39、子, , 與外部沒(méi)有能量交換與外部沒(méi)有能量交換, ,無(wú)無(wú)論固相還是液相論固相還是液相, 4f, 4f和和5f5f電子躍遷所特有的熒光電子躍遷所特有的熒光. .5 5配位化合物的熒光配位化合物的熒光 金屬離子與有機(jī)配位體形成配位化合物的發(fā)光能力與金屬離子與有機(jī)配位體形成配位化合物的發(fā)光能力與金屬離子以及有機(jī)配位體的結(jié)構(gòu)有很大關(guān)系。金屬離子以及有機(jī)配位體的結(jié)構(gòu)有很大關(guān)系。 (1)(1)二元配合物二元配合物 金屬離子主要有兩種類(lèi)型。第一類(lèi)金屬離金屬離子主要有兩種類(lèi)型。第一類(lèi)金屬離子的外電子層具有與惰性氣體相同的結(jié)構(gòu)，為子的外電子層具有與惰性氣體相同的結(jié)構(gòu)，為反磁性離反磁性離子子，這種金屬離子與含有芳

40、基的有機(jī)配位體形成配合物這種金屬離子與含有芳基的有機(jī)配位體形成配合物時(shí)一般會(huì)發(fā)較強(qiáng)的熒光時(shí)一般會(huì)發(fā)較強(qiáng)的熒光。配合物的熒光強(qiáng)度隨金屬離子。配合物的熒光強(qiáng)度隨金屬離子的原子量增加而減弱的原子量增加而減弱( (也稱(chēng)重原子效應(yīng)也稱(chēng)重原子效應(yīng)) )，吸收峰和發(fā)射，吸收峰和發(fā)射峰也相應(yīng)向長(zhǎng)波長(zhǎng)方向移動(dòng)。金屬離子相當(dāng)于一惰性原峰也相應(yīng)向長(zhǎng)波長(zhǎng)方向移動(dòng)。金屬離子相當(dāng)于一惰性原子，與有機(jī)配位體的不同部位形成一附加環(huán)，同時(shí)加強(qiáng)子，與有機(jī)配位體的不同部位形成一附加環(huán)，同時(shí)加強(qiáng)配位體的剛性平面結(jié)構(gòu)。這類(lèi)配合物由配位體配位體的剛性平面結(jié)構(gòu)。這類(lèi)配合物由配位體L L吸光和吸光和發(fā)光，稱(chēng)發(fā)光，稱(chēng)L L* *一一L L發(fā)光

41、。發(fā)光。 第二類(lèi)金屬離子具有惰性氣體的外層電子結(jié)構(gòu)，其第二類(lèi)金屬離子具有惰性氣體的外層電子結(jié)構(gòu)，其次外層含有未充滿(mǎn)電子的次外層含有未充滿(mǎn)電子的f f層，金屬離子會(huì)產(chǎn)生層，金屬離子會(huì)產(chǎn)生f f* *一一f f發(fā)發(fā)光躍遷。激發(fā)的有機(jī)配位體的能量可能轉(zhuǎn)移給金屬離子光躍遷。激發(fā)的有機(jī)配位體的能量可能轉(zhuǎn)移給金屬離子MM，產(chǎn)生金屬離子激發(fā)態(tài)，產(chǎn)生金屬離子激發(fā)態(tài)MM* *，由激發(fā)態(tài)金屬離子，由激發(fā)態(tài)金屬離子MM* *返返回基態(tài)，發(fā)出特征的線(xiàn)狀熒光，稱(chēng)回基態(tài)，發(fā)出特征的線(xiàn)狀熒光，稱(chēng)MM* *一一MM發(fā)光。發(fā)光。其熒其熒光強(qiáng)度比該金屬純無(wú)機(jī)離子的熒光強(qiáng)得多，金屬離子得光強(qiáng)度比該金屬純無(wú)機(jī)離子的熒光強(qiáng)得多，金屬離

42、子得到敏化到敏化，部分稀土元素屬于這類(lèi)。，部分稀土元素屬于這類(lèi)。(2) (2) 三元配合物三元配合物 三元配合物的發(fā)光行為與上述的二元配合物相似，即三元配合物的發(fā)光行為與上述的二元配合物相似，即可分為可分為L(zhǎng) L* *-L -L型發(fā)光和型發(fā)光和MM* *-M-M型發(fā)光。可是在某些情況下，型發(fā)光。可是在某些情況下，三元配合物可大大提高熒光分析法的靈敏度和選擇性。三元配合物可大大提高熒光分析法的靈敏度和選擇性。目前有很多元素采用三元配合物的熒光分折。目前有很多元素采用三元配合物的熒光分折。5 5、環(huán)境因素對(duì)熒光光強(qiáng)度的影響、環(huán)境因素對(duì)熒光光強(qiáng)度的影響 雖然分子的熒光性取決于分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)，但溶液中

43、環(huán)境因雖然分子的熒光性取決于分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)，但溶液中環(huán)境因素對(duì)分子熒光能產(chǎn)生強(qiáng)烈的影響。素對(duì)分子熒光能產(chǎn)生強(qiáng)烈的影響。(1) (1) 溶劑的影響溶劑的影響 有人認(rèn)為溶劑對(duì)于熒光強(qiáng)度的影響主要決定于溶劑的分子結(jié)有人認(rèn)為溶劑對(duì)于熒光強(qiáng)度的影響主要決定于溶劑的分子結(jié)構(gòu)，而不在于溶劑的極性。溶質(zhì)、溶劑分子問(wèn)的相互作用，即偶構(gòu)，而不在于溶劑的極性。溶質(zhì)、溶劑分子問(wèn)的相互作用，即偶極子向的靜電作用、氫鍵、電荷移動(dòng)等因素改變了熒光的量子產(chǎn)極子向的靜電作用、氫鍵、電荷移動(dòng)等因素改變了熒光的量子產(chǎn)率，要對(duì)溶劑的影響做出恰當(dāng)解釋是不容易的。率，要對(duì)溶劑的影響做出恰當(dāng)解釋是不容易的。(2) (2) 溫度的影響溫度的

44、影響 在一般情況下，隨著熒光物質(zhì)溫度的升高而熒光強(qiáng)度降低。在一般情況下，隨著熒光物質(zhì)溫度的升高而熒光強(qiáng)度降低。其原因在于高溫下分子碰撞失去能量以及易于發(fā)生內(nèi)部轉(zhuǎn)體和系其原因在于高溫下分子碰撞失去能量以及易于發(fā)生內(nèi)部轉(zhuǎn)體和系間交叉，可是也有例外。在熒光測(cè)定時(shí)需要使試樣保持恒溫。間交叉，可是也有例外。在熒光測(cè)定時(shí)需要使試樣保持恒溫。(3) (3) pHpH值值 一般情況下度具有很大影響一般情況下度具有很大影響, , 溶液的溶液的pHpH值對(duì)熒光性有機(jī)化合物值對(duì)熒光性有機(jī)化合物和熒光性螯合物的熒光光譜以及熒光強(qiáng)度進(jìn)行定量分析時(shí)必須選和熒光性螯合物的熒光光譜以及熒光強(qiáng)度進(jìn)行定量分析時(shí)必須選擇最佳擇最佳

45、pHpH范圍。范圍。6. 6. 溶液熒光猝滅溶液熒光猝滅 熒光猝滅熒光猝滅一般指任何可使某種給定熒光物質(zhì)的熒光強(qiáng)度下降一般指任何可使某種給定熒光物質(zhì)的熒光強(qiáng)度下降的作用。狹義地說(shuō)，的作用。狹義地說(shuō)，熒光猝滅指的是熒光物質(zhì)分于與溶劑分子或熒光猝滅指的是熒光物質(zhì)分于與溶劑分子或溶質(zhì)分子之間所發(fā)生的導(dǎo)致熒光強(qiáng)度下降的物理或化學(xué)作用過(guò)程溶質(zhì)分子之間所發(fā)生的導(dǎo)致熒光強(qiáng)度下降的物理或化學(xué)作用過(guò)程。與熒光物質(zhì)分子發(fā)生相互作用而引起熒光強(qiáng)度下降的物質(zhì)，稱(chēng)為與熒光物質(zhì)分子發(fā)生相互作用而引起熒光強(qiáng)度下降的物質(zhì)，稱(chēng)為熒光猝滅劑。熒光猝滅劑。 熒光猝滅過(guò)程分為兩種形式：熒光猝滅過(guò)程分為兩種形式： 第一種：基態(tài)熒光性分

46、子第一種：基態(tài)熒光性分子P P與猝滅性分子與猝滅性分子QQ之間生成配位化合物之間生成配位化合物PQPQ，從而使熒光物質(zhì)喪失熒光性。由這種機(jī)理引起的猝滅是靜態(tài)猝滅從而使熒光物質(zhì)喪失熒光性。由這種機(jī)理引起的猝滅是靜態(tài)猝滅: : 第二種：激發(fā)態(tài)熒光性分子第二種：激發(fā)態(tài)熒光性分子P P* *與猝滅性分子與猝滅性分子QQ碰撞而失去能量碰撞而失去能量, ,稱(chēng)為稱(chēng)為動(dòng)態(tài)粹滅：動(dòng)態(tài)粹滅：(1) (1) 濃度猝滅濃度猝滅 對(duì)于氣態(tài)或液態(tài)的純熒光物質(zhì)，其濃度達(dá)到某一程度之后熒光對(duì)于氣態(tài)或液態(tài)的純熒光物質(zhì)，其濃度達(dá)到某一程度之后熒光強(qiáng)度開(kāi)始降低，這種現(xiàn)象叫濃度猝滅。濃度猝滅有兩個(gè)原因強(qiáng)度開(kāi)始降低，這種現(xiàn)象叫濃度猝滅

47、。濃度猝滅有兩個(gè)原因: : 一一是由激發(fā)態(tài)分子與基態(tài)分子碰撞造成的動(dòng)態(tài)猝滅；另一原因是基是由激發(fā)態(tài)分子與基態(tài)分子碰撞造成的動(dòng)態(tài)猝滅；另一原因是基態(tài)分子締合造成的靜態(tài)猝滅。也有負(fù)的濃度猝滅現(xiàn)象。態(tài)分子締合造成的靜態(tài)猝滅。也有負(fù)的濃度猝滅現(xiàn)象。(2) (2) 氧分子猝滅氧分子猝滅 很多的熒光物質(zhì)，特別是芳香族碳?xì)浠衔锏臒晒鈺?huì)被氧猝滅。很多的熒光物質(zhì)，特別是芳香族碳?xì)浠衔锏臒晒鈺?huì)被氧猝滅。在溶液中氧分子的猝滅作用大小因熒光分子的結(jié)構(gòu)及溶劑介電常在溶液中氧分子的猝滅作用大小因熒光分子的結(jié)構(gòu)及溶劑介電常數(shù)而異。沒(méi)有取代基的芳香族化合物，氧分子的猝滅作用大；有數(shù)而異。沒(méi)有取代基的芳香族化合物，氧分子的

48、猝滅作用大；有取代基的芳香族及雜環(huán)化合物，氧分子猝滅作用小。有機(jī)溶劑中取代基的芳香族及雜環(huán)化合物，氧分子猝滅作用小。有機(jī)溶劑中猝滅作用大，水溶液中猝滅作用小。對(duì)氧分子猝滅作用的一種解猝滅作用大，水溶液中猝滅作用小。對(duì)氧分子猝滅作用的一種解釋為，釋為，三重態(tài)的氧分子和激發(fā)單重態(tài)的熒光分子碰撞形成了激發(fā)三重態(tài)的氧分子和激發(fā)單重態(tài)的熒光分子碰撞形成了激發(fā)單重態(tài)的氧分子和三重態(tài)的熒光分子單重態(tài)的氧分子和三重態(tài)的熒光分子。還有一種解釋為順磁性的。還有一種解釋為順磁性的氧分子增加了自旋軌道的相互作用，助長(zhǎng)了系間交叉氧分子增加了自旋軌道的相互作用，助長(zhǎng)了系間交叉(S (S1 1-T-T1 1,T,T1 1-

49、S -S0 0) )的速度。的速度。 (3) (3) 順磁性離子猝滅順磁性離子猝滅 順磁性金屬離子，特別是順磁性金屬離子，特別是3d3d軌道未充滿(mǎn)電子的過(guò)軌道未充滿(mǎn)電子的過(guò)渡金屬離子，如渡金屬離子，如Fe(III)Fe(III)，Ni(II)Ni(II)，Cr(III)Cr(III)，Cu(II)Cu(II)，Co(II)Co(II)等對(duì)熒光性分子顯示很大的猝滅作用。一般等對(duì)熒光性分子顯示很大的猝滅作用。一般解釋為：熒光性分子的解釋為：熒光性分子的電子與順磁性離子的軌道電子與順磁性離子的軌道相互作用形成特殊的能級(jí)，或者是由于順磁性離子相互作用形成特殊的能級(jí)，或者是由于順磁性離子的有色吸收將熒光

50、分子的能量轉(zhuǎn)化為熱能，增加了的有色吸收將熒光分子的能量轉(zhuǎn)化為熱能，增加了系統(tǒng)間交叉的速度。系統(tǒng)間交叉的速度。2.2.6 2.2.6 熒光光譜分析及其應(yīng)用熒光光譜分析及其應(yīng)用 1. 1.熒光定量分析熒光定量分析 進(jìn)行常規(guī)的進(jìn)行常規(guī)的熒光定量分析熒光定量分析時(shí)，時(shí)，熒光強(qiáng)度必須與測(cè)定熒光強(qiáng)度必須與測(cè)定成份的濃度成正比成份的濃度成正比，并具有良好的重現(xiàn)性，一般采用工，并具有良好的重現(xiàn)性，一般采用工作曲線(xiàn)法。首先用一穩(wěn)定的熒光物質(zhì)作曲線(xiàn)法。首先用一穩(wěn)定的熒光物質(zhì)( (熒光塑料板或某熒光塑料板或某種熒光基準(zhǔn)物質(zhì)如種熒光基準(zhǔn)物質(zhì)如硫酸奎寧硫酸奎寧的溶液的溶液) )，并設(shè)定儀器的工，并設(shè)定儀器的工作條件即校

51、正儀器讀數(shù)，使不同時(shí)間測(cè)得的工作曲線(xiàn)作條件即校正儀器讀數(shù)，使不同時(shí)間測(cè)得的工作曲線(xiàn)先后一致。然后測(cè)定已知濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液系列的熒光強(qiáng)先后一致。然后測(cè)定已知濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液系列的熒光強(qiáng)度，以熒光強(qiáng)度對(duì)標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度繪制工作曲線(xiàn)。最后由度，以熒光強(qiáng)度對(duì)標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度繪制工作曲線(xiàn)。最后由測(cè)得的試樣溶液的熒光強(qiáng)度對(duì)照測(cè)得的試樣溶液的熒光強(qiáng)度對(duì)照工作曲線(xiàn)工作曲線(xiàn)，求出分析物，求出分析物質(zhì)的濃度。定量分析中應(yīng)使用工作曲線(xiàn)的直線(xiàn)部分。質(zhì)的濃度。定量分析中應(yīng)使用工作曲線(xiàn)的直線(xiàn)部分。 熒光分析中，熒光強(qiáng)度必須真實(shí)地反映待測(cè)熒光物熒光分析中，熒光強(qiáng)度必須真實(shí)地反映待測(cè)熒光物質(zhì)的濃度，應(yīng)當(dāng)扣除溶劑和其他熒光雜質(zhì)的熒光強(qiáng)度，

52、質(zhì)的濃度，應(yīng)當(dāng)扣除溶劑和其他熒光雜質(zhì)的熒光強(qiáng)度，即扣除空白溶液的值。根據(jù)樣品實(shí)際情況，可根據(jù)溶劑即扣除空白溶液的值。根據(jù)樣品實(shí)際情況，可根據(jù)溶劑空白、試劑空白或僅猝滅了分析物質(zhì)熒光后的試樣溶液空白、試劑空白或僅猝滅了分析物質(zhì)熒光后的試樣溶液空白?？瞻?。2. 2. 熒光探針熒光探針 以熒光標(biāo)記物或熒光探針注入生物體內(nèi)以熒光標(biāo)記物或熒光探針注入生物體內(nèi), ,可以檢測(cè)生物體內(nèi)的可以檢測(cè)生物體內(nèi)的生物或化學(xué)反應(yīng)生物或化學(xué)反應(yīng). . 對(duì)熒光探針的要求是：對(duì)熒光探針的要求是：有高的熒光強(qiáng)度有高的熒光強(qiáng)度( (包包括激發(fā)的吸收和量子產(chǎn)率括激發(fā)的吸收和量子產(chǎn)率) )；熒光信號(hào)與背景應(yīng)有明顯的區(qū)別，熒光信號(hào)與背

53、景應(yīng)有明顯的區(qū)別，探針試劑的熒光發(fā)射波長(zhǎng)應(yīng)大于探針試劑的熒光發(fā)射波長(zhǎng)應(yīng)大于500nm500nm，StockesStockes位移應(yīng)大于位移應(yīng)大于50nm50nm；其與生物體的結(jié)合不能對(duì)生物體有不利的影響；其與生物體的結(jié)合不能對(duì)生物體有不利的影響；易易溶于水，溶于水，形成的結(jié)合物在貯存或測(cè)定時(shí)穩(wěn)定性好。形成的結(jié)合物在貯存或測(cè)定時(shí)穩(wěn)定性好。 作為熒光探針的鑭系離子螯合物，已使熒光免疫分析的熒光作為熒光探針的鑭系離子螯合物，已使熒光免疫分析的熒光探針由單純的有機(jī)分子標(biāo)記物發(fā)展到金屬離子螯合物，由于鑭探針由單純的有機(jī)分子標(biāo)記物發(fā)展到金屬離子螯合物，由于鑭系離子螯合物高強(qiáng)度的熒光發(fā)射及熒光壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)，

54、已建立系離子螯合物高強(qiáng)度的熒光發(fā)射及熒光壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)，已建立了了時(shí)間分辨熒光免疫分析法時(shí)間分辨熒光免疫分析法(FIA).(FIA). 在在FIAFIA中己廣泛應(yīng)用異硫氰酸熒光素及其衍生物、羅丹明類(lèi)中己廣泛應(yīng)用異硫氰酸熒光素及其衍生物、羅丹明類(lèi)衍生物等作為標(biāo)記物。另外一些生物大分子，如藻膽蛋白、卟衍生物等作為標(biāo)記物。另外一些生物大分子，如藻膽蛋白、卟啉類(lèi)和葉綠素等，由于其啉類(lèi)和葉綠素等，由于其stokesstokes位移大，有利于排除干擾，也作位移大，有利于排除干擾，也作為探針標(biāo)記物。一些有機(jī)熒光探針的結(jié)構(gòu)及分析用途見(jiàn)為探針標(biāo)記物。一些有機(jī)熒光探針的結(jié)構(gòu)及分析用途見(jiàn) 分析化分析化學(xué)手冊(cè)第三分冊(cè)學(xué)

55、手冊(cè)第三分冊(cè) 表表232232。400420440460480500520Intensity (a.u.) 464466464cbaWavelength (nm)Figure 9. Fluorescent optical microscopic image of electrospun PLLA fibers containing 50 wt% ZnSe quantum dots (200 magnification).Figure 10. Fluorescence emission spectra of (a) ZnSe quantum dots from CH2Cl2 solution,

56、(b) electrospun PLLA fibers containing 10 wt% ZnSe, (c) electrospun PS fibers containing 10 wt% ZnSe.S Schlecht, S T Tan, J H. Wendorff, Chemistry of Materials 2005,17(4), 8093504004505005506006500.000.040.080.120.160.20EMUV-VisIntensity a.u.AbsorbanceWavelength nm050100150200250300350 Figure 1 (a)

57、UV-Vis and fluorescence emission spectra and (b) Fluorescent optical microscopic image of electrospun PHEMA fibers containing 30 wt% Fe3O4 nanoparticles and 20 wt% albumin with dog-fluorescein isothiocyanate.(a)(b)S T Tan, J H. Wendorff, ChemPhysChem, 2005, 6, 14613. 3. 無(wú)機(jī)化合物的熒光分析無(wú)機(jī)化合物的熒光分析 無(wú)機(jī)化合物的直接

58、熒光測(cè)定，以鈾和稀土元素分析無(wú)機(jī)化合物的直接熒光測(cè)定，以鈾和稀土元素分析為主。絕大多數(shù)無(wú)機(jī)化合物都是與有機(jī)試劑發(fā)生反應(yīng)轉(zhuǎn)為主。絕大多數(shù)無(wú)機(jī)化合物都是與有機(jī)試劑發(fā)生反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)闊晒馕镔|(zhì)而后進(jìn)行測(cè)定變?yōu)闊晒馕镔|(zhì)而后進(jìn)行測(cè)定( (即即熒光呈現(xiàn)法熒光呈現(xiàn)法) )，利用的反，利用的反應(yīng)類(lèi)型有形成配合物、置換反應(yīng)、氧化還原反應(yīng)、催化應(yīng)類(lèi)型有形成配合物、置換反應(yīng)、氧化還原反應(yīng)、催化反應(yīng)和酶反應(yīng)等?；跓o(wú)機(jī)化合物對(duì)熒光試劑或熒光配反應(yīng)和酶反應(yīng)等?；跓o(wú)機(jī)化合物對(duì)熒光試劑或熒光配合物的熒光猝滅作用的方法合物的熒光猝滅作用的方法( (即即熒光猝滅法熒光猝滅法) )測(cè)定無(wú)機(jī)物，測(cè)定無(wú)機(jī)物，約占全部文獻(xiàn)的五分之一，其中

59、也不乏一些高靈敏度的約占全部文獻(xiàn)的五分之一，其中也不乏一些高靈敏度的方法，但其線(xiàn)性范圍和選擇性不如熒光呈現(xiàn)法。方法，但其線(xiàn)性范圍和選擇性不如熒光呈現(xiàn)法。 分析分析化學(xué)手冊(cè)第三分冊(cè)化學(xué)手冊(cè)第三分冊(cè) 表表235(235(共共3232頁(yè)頁(yè)) )匯總了近十幾年國(guó)匯總了近十幾年國(guó)內(nèi)外內(nèi)外各種無(wú)機(jī)離子或化合物的熒光分析方法各種無(wú)機(jī)離子或化合物的熒光分析方法。4. 4. 有機(jī)化合物的熒光分析有機(jī)化合物的熒光分析 熒光法可以分析痕量和超痕量的有機(jī)物。在各種環(huán)境樣熒光法可以分析痕量和超痕量的有機(jī)物。在各種環(huán)境樣品品大氣、水、土壤、動(dòng)植物材料、食品和飼料中，熒光法用來(lái)大氣、水、土壤、動(dòng)植物材料、食品和飼料中，熒光

60、法用來(lái)測(cè)定其雜質(zhì)，也還應(yīng)用于藥物、農(nóng)藥、毒素、胺類(lèi)、氨基酸以及測(cè)定其雜質(zhì)，也還應(yīng)用于藥物、農(nóng)藥、毒素、胺類(lèi)、氨基酸以及其他生物樣品的分析。其他生物樣品的分析。 一般的熒光分析法的選擇性不夠好，這是實(shí)際應(yīng)用熒光法的一般的熒光分析法的選擇性不夠好，這是實(shí)際應(yīng)用熒光法的主要障礙主要障礙。但熒光法與色譜法。但熒光法與色譜法 包括紙色譜、柱色譜、薄層色譜、包括紙色譜、柱色譜、薄層色譜、高效薄層色譜、液相色譜、離子交換色譜、高效液相色譜高效薄層色譜、液相色譜、離子交換色譜、高效液相色譜(HPLC)(HPLC)、氣固體色譜、氣液色譜等氣固體色譜、氣液色譜等 、萃取、電泳、沉淀、吸附等其他分、萃取、電泳、沉淀