上周授課內(nèi)容回顧第六章原子吸收光譜分析法第七章原子熒光光譜分析法2023/7/292023/7/292023/7/29今日學(xué)習(xí)內(nèi)容—分子電子光譜第八章紫外－可見吸收光譜分析法第九章分子熒光與磷光光譜分析法思考題－課堂自修－總結(jié)－考核2023/7/29第一節(jié)紫外-可見吸收光譜基本原理principlesofUV-VISspectrometry第二節(jié)紫外－可見光譜儀UV-VISspectrometer第三節(jié)紫外－可見吸收光譜的應(yīng)用applicationofUV-VISspectrometry第八章紫外－可見吸收光譜分析法UV-VIS

spectrometry2023/7/291.從分子的能量構(gòu)成形式與能級大小討論：

A.何為物質(zhì)的電子光譜？

B.為什么分子的電子光譜是帶狀光譜而原子的電子光譜一般是線狀光譜？

C.分子紫外－可見吸收光譜出現(xiàn)的根源與過程是什么？

D.常用紫外－可見吸收光譜儀的測試范圍？

2.紫外－可見光譜產(chǎn)生的基本原理：

A.化合物分子紫外－可見吸收產(chǎn)生的常見電子躍遷類型及其特點(diǎn)是什么？

B.過渡金屬配合物與稀土金屬離子產(chǎn)生紫外－可見吸收的原因及其特點(diǎn)分別是什么？

3.分子紫外－可見吸收光譜儀的類型及其儀器構(gòu)成如何？儀器各個(gè)部件的特點(diǎn)有哪些？

4.分子紫外－可見吸收光譜如何進(jìn)行物質(zhì)定性和定量分析？思考題2023/7/29一、

紫外吸收光譜的產(chǎn)生formationofUV-VIS二、有機(jī)物紫外吸收光譜UV-VISspectrometryoforganiccompounds三、金屬配合物的紫外吸收光譜UV-VISspectrometryofmetalcomplexometriccompounds第一節(jié)紫外-可見吸收光譜分析基本原理principlesofUV-VISspectrometry2023/7/29一、紫外吸收光譜的產(chǎn)生

formationofUV-VIS1.概述紫外－可見吸收光譜：分子價(jià)電子或外層電子能級躍遷。波長范圍：100-800nm.(1)遠(yuǎn)紫外光區(qū):

100-200nm(2)近紫外光區(qū):

200-400nm(3)可見光區(qū):400-800nm可用于結(jié)構(gòu)鑒定和物質(zhì)定性與定量分析。電子躍遷的同時(shí)，伴隨著振動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)能級的躍遷——帶狀光譜2023/7/292.物質(zhì)對光的選擇性吸收及吸收曲線M+熱M+熒光或磷光E=E2-

E1=h量子化－選擇性吸收用不同波長的單色光照射，測吸光度得到吸收曲線。最大吸收波長

maxM+

h

→M*基態(tài)激發(fā)態(tài)E1

（△E）E22023/7/29吸收曲線的討論：①同一種物質(zhì)對不同波長光的吸光度不同，吸光度最大處對應(yīng)的波長稱為最大吸收波長λmax。②不同濃度的同一種物質(zhì)，其吸收曲線形狀相似λmax不變，而對于不同物質(zhì)，它們的吸收曲線形狀和λmax則不同。③吸收曲線可以提供物質(zhì)的結(jié)構(gòu)信息，并作為物質(zhì)定性分析的依據(jù)之一。2023/7/29④不同濃度的同一種物質(zhì)，在某一定波長下吸光度A有差異，在λmax處吸光度A的差異最大，此特性可作作為物質(zhì)定量分析的依據(jù)。⑤在λmax處吸光度隨濃度變化的幅度最大，所以測定最靈敏，吸收曲線是定量分析中選擇入射光波長的重要依據(jù)。2023/7/293.電子躍遷與分子吸收光譜物質(zhì)分子內(nèi)部三種運(yùn)動(dòng)形式：

（1）電子相對于原子核的運(yùn)動(dòng)；（2）原子核在其平衡位置附近的相對振動(dòng)；（3）分子本身繞其重心的轉(zhuǎn)動(dòng)。分子具有三種不同能級：電子能級、振動(dòng)能級和轉(zhuǎn)動(dòng)能級三種能級都是量子化的，且各自具有相應(yīng)的能量。分子的內(nèi)能：電子能量Ee、振動(dòng)能量Ev、轉(zhuǎn)動(dòng)能量Er

即:E＝Ee+Ev+Er

ΔΕe>ΔΕv>ΔΕr2023/7/29能級躍遷電子能級間躍遷的同時(shí)，總伴隨有振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級間的躍遷。即電子光譜中總包含有振動(dòng)能級和轉(zhuǎn)動(dòng)能級間躍遷產(chǎn)生的若干譜線而呈現(xiàn)寬譜帶。2023/7/29分子吸收光譜的基本特點(diǎn)（1）

轉(zhuǎn)動(dòng)能級間的能量差ΔΕr：0.005～0.050eV，躍遷產(chǎn)生吸收光譜位于遠(yuǎn)紅外區(qū)——遠(yuǎn)紅外光譜或分子轉(zhuǎn)動(dòng)光譜（2）振動(dòng)能級的能量差ΔΕv約為：0.05～１eV，躍遷產(chǎn)生的吸收光譜位于紅外區(qū)——紅外光譜或分子振動(dòng)光譜（3）電子能級的能量差ΔΕe較大：1～20eV，躍遷產(chǎn)生的吸收光譜在紫外—可見光區(qū)——紫外—可見光譜或分子的電子光譜2023/7/29

（4）吸收光譜的波長分布是由產(chǎn)生譜帶的躍遷能級間的能量差所決定，反映了分子內(nèi)部能級分布狀況，是物質(zhì)定性的依據(jù)。（5）吸收譜帶的強(qiáng)度與分子偶極矩變化、躍遷幾率有關(guān)，也提供分子結(jié)構(gòu)的信息，通常將在最大吸收波長處測得的摩爾吸光系數(shù)εmax也作為定性的依據(jù)。不同物質(zhì)的λmax有時(shí)可能相同，但εmax不一定相同。

（6）吸收譜帶強(qiáng)度與該物質(zhì)分子吸收的光子數(shù)成正比，這是進(jìn)行光譜定量分析的依據(jù)。2023/7/29二、有機(jī)物吸收光譜與電子躍遷

ultravioletspectrometryoforganiccompounds1．紫外—可見吸收光譜

有機(jī)化合物的紫外—可見吸收光譜是三種電子躍遷的結(jié)果：σ電子、π電子、n電子。分子軌道理論：成鍵軌道—反鍵軌道。當(dāng)外層電子吸收紫外或可見輻射后，就從基態(tài)向激發(fā)態(tài)(反鍵軌道)躍遷。主要有四種躍遷所需能量ΔΕ大小順序?yàn)椋簄→π＊<π→π＊<n→σ＊<σ→σ＊

sp

*s*RKE,BnpECOHnpsH2023/7/292σ→σ＊躍遷

所需能量最大，吸收波長λ<200nm，σ電子只有吸收遠(yuǎn)紫外光的能量才能發(fā)生躍遷。一般飽和烷烴的分子吸收光譜出現(xiàn)在遠(yuǎn)紫外區(qū)。例：甲烷的λmax為125nm,乙烷λmax為135nm，只能被真空紫外分光光度計(jì)檢測到，通常作為溶劑使用。sp*s*RKE,BnpE2023/7/293n→σ＊躍遷所需能量較大。吸收波長為150～250nm，大部分在遠(yuǎn)紫外區(qū)，近紫外區(qū)仍不易觀察到。含非鍵電子的飽和烴衍生物(含N、O、S和鹵素等雜原子)均呈現(xiàn)n→σ*躍遷。2023/7/294

π→π＊躍遷所需能量較小，吸收波長處于遠(yuǎn)紫外區(qū)的近紫外端或近紫外區(qū)，εmax一般在104L·mol－1·cm－1以上，屬于強(qiáng)吸收。

（1）不飽和烴π→π*躍遷乙烯π→π*躍遷的λmax為162nm，εmax為:1×104L·mol-1·cm－1。K帶——共軛非封閉體系的p

→p*躍遷

C=C

發(fā)色基團(tuán)，但

→

*200nm。max=162nm助色基團(tuán)取代

（K帶)發(fā)生紅移。2023/7/29165nm217nm

?

?

?

(HOMOLVMO)

max

基-----是由非環(huán)或六環(huán)共軛二烯母體決定的基準(zhǔn)值；無環(huán)、非稠環(huán)二烯母體：

max=217nm共軛烯烴（不多于四個(gè)雙鍵）

*躍遷吸收峰位置可由伍德沃德——菲澤規(guī)則估算。

max=基+nii

（2）共軛烯烴中的→*2023/7/29異環(huán)（稠環(huán)）二烯母體：

max=214nm同環(huán)（非稠環(huán)或稠環(huán)）二烯母體：

max=253nmniI

:由雙鍵上取代基種類和個(gè)數(shù)決定的校正項(xiàng)

(1)每增加一個(gè)共軛雙鍵+30(2)環(huán)外雙鍵+5(3)雙鍵上取代基：?；?OCOR）0鹵素（-Cl，-Br）+5烷基（-R）+5烷氧基（-OR）+62023/7/29（3）羰基化合物共軛烯烴中的→*①Y=H,R

n→*

180-190nm

→

*

150-160nm

n→*

275-295nm②Y=

-NH2,-OH,-OR

等助色基團(tuán)K帶紅移，R帶蘭移；R帶max=205nm；10-100K

K

R

R

n

n

165nm

n

③不飽和醛酮K帶紅移：165250nmR

帶蘭移：290310nm

2023/7/29（4）芳香烴及其雜環(huán)化合物

苯：E1帶180184nm；

=47000E2帶200204nm=7000

苯環(huán)上三個(gè)共扼雙鍵的→*躍遷特征吸收帶；B帶230-270nm

=200

→

*與苯環(huán)振動(dòng)引起；含取代基時(shí)，B帶簡化，紅移。

max（nm）

max苯254200甲苯261300間二甲苯2633001，3，5-三甲苯266305六甲苯2723002023/7/29乙酰苯紫外光譜圖羰基雙鍵與苯環(huán)共扼：K帶強(qiáng)；苯的E2帶與K帶合并，紅移。取代基使B帶簡化。氧上的孤對電子：R帶，躍遷禁阻，弱。CCH3On→p*

;

R帶p

→p*

;

K帶2023/7/29苯環(huán)上助色基團(tuán)對吸收帶的影響2023/7/29苯環(huán)上發(fā)色基團(tuán)對吸收帶的影響2023/7/295.立體結(jié)構(gòu)和互變結(jié)構(gòu)的影響順反異構(gòu)：順式：λmax=280nm；εmax=10500反式：λmax=295.5nm；εmax=29000互變異構(gòu)：

酮式：λmax=204nm

烯醇式：λmax=243nm

2023/7/29立體結(jié)構(gòu)和互變結(jié)構(gòu)的影響2023/7/296.溶劑的影響非極性極性n

np

n<p

n

p

非極性極性n>pn

→

*躍遷：蘭移；；

→*躍遷：紅移；；

max(正己烷)max(氯仿)max(甲醇)max(水)230238237243n3293153093052023/7/291：乙醚2：水12250300苯酰丙酮

非極性→

極性n

→

*躍遷：蘭移；；

→*躍遷：紅移；；極性溶劑使精細(xì)結(jié)構(gòu)消失2023/7/297.生色團(tuán)與助色團(tuán)生色團(tuán)：

最有用的紫外—可見光譜是由π→π＊和n→π＊躍遷產(chǎn)生的。這兩種躍遷均要求有機(jī)物分子中含有不飽和基團(tuán)。這類含有π鍵的不飽和基團(tuán)稱為生色團(tuán)。簡單的生色團(tuán)由雙鍵或叁鍵體系組成，如乙烯基、羰基、亞硝基、偶氮基—N＝N—、乙炔基、腈基—C三N等。助色團(tuán)：

有一些含有n電子的基團(tuán)(如—OH、—OR、—NH２、—NHR、—X等)，它們本身沒有生色功能(不能吸收λ>200nm的光)，但當(dāng)它們與生色團(tuán)相連時(shí)，就會(huì)發(fā)生n—π共軛作用，增強(qiáng)生色團(tuán)的生色能力(吸收波長向長波方向移動(dòng)，且吸收強(qiáng)度增加)，這樣的基團(tuán)稱為助色團(tuán)。2023/7/29紅移與藍(lán)移

有機(jī)化合物的吸收譜帶常常因引入取代基或改變?nèi)軇┦棺畲笪詹ㄩLλmax和吸收強(qiáng)度發(fā)生變化:

λmax向長波方向移動(dòng)稱為紅移，向短波方向移動(dòng)稱為藍(lán)移(或紫移)。吸收強(qiáng)度即摩爾吸光系數(shù)ε增大或減小的現(xiàn)象分別稱為增色效應(yīng)或減色效應(yīng)，如圖所示。2023/7/29三、金屬配合物的紫外吸收光譜

ultravioletspectrometryofmetalcomplexometriccompounds

金屬配合物的紫外可見光譜產(chǎn)生機(jī)理主要有三種類型：1.配體微擾的金屬離子d-d電子躍遷和f-f電子躍遷

在配體的作用下過渡金屬離子的d軌道和鑭系、錒系的f軌道裂分，吸收輻射后，產(chǎn)生d一d、f一f躍遷；必須在配體的配位場作用下才可能產(chǎn)生也稱配位場躍遷；

摩爾吸收系數(shù)ε很小，對定量分析意義不大。2.金屬離子微擾的配位體內(nèi)電子躍遷

金屬離子的微擾，將引起配位體吸收波長和強(qiáng)度的變化。變化與成鍵性質(zhì)有關(guān)，若共價(jià)鍵和配位鍵結(jié)合，則變化非常明顯。2023/7/293.電荷轉(zhuǎn)移吸收光譜電荷轉(zhuǎn)移躍遷：輻射下，分子中原定域在金屬M(fèi)軌道上的電荷轉(zhuǎn)移到配位體L的軌道，或按相反方向轉(zhuǎn)移，所產(chǎn)生的吸收光譜稱為荷移光譜。Mn+—Lb-M(n-1)+—L(b-1)-h[Fe3+CNS-]2+h[Fe2+CNS]2+電子給予體電子接受體分子內(nèi)氧化還原反應(yīng)；>104Fe2+與鄰菲羅啉配合物的紫外吸收光譜屬于此。2023/7/29一、基本組成generalprocess二、分光光度計(jì)的類型typesofspectrometer

第二節(jié)

紫外—可見光譜儀UV-VISspectrometer2023/7/29儀器紫外-可見分光光度計(jì)2023/7/29一、基本組成

generalprocess光源單色器樣品室檢測器顯示1.光源

在整個(gè)紫外光區(qū)或可見光譜區(qū)可以發(fā)射連續(xù)光譜，具有足夠的輻射強(qiáng)度、較好的穩(wěn)定性、較長的使用壽命。

可見光區(qū)：鎢燈作為光源，其輻射波長范圍在320～2500nm。

紫外區(qū)：氫、氘燈。發(fā)射185～400nm的連續(xù)光譜。2023/7/292.單色器

將光源發(fā)射的復(fù)合光分解成單色光并可從中選出一任波長單色光的光學(xué)系統(tǒng)。①入射狹縫：光源的光由此進(jìn)入單色器；②準(zhǔn)光裝置：透鏡或返射鏡使入射光成為平行光束；③色散元件：將復(fù)合光分解成單色光；棱鏡或光柵；

④聚焦裝置：透鏡或凹面反射鏡，將分光后所得單色光聚焦至出射狹縫；⑤出射狹縫。2023/7/293.樣品室

樣品室放置各種類型的吸收池（比色皿）和相應(yīng)的池架附件。吸收池主要有石英池和玻璃池兩種。在紫外區(qū)須采用石英池，可見區(qū)一般用玻璃池。4.檢測器利用光電效應(yīng)將透過吸收池的光信號(hào)變成可測的電信號(hào)，常用的有光電池、光電管或光電倍增管。5.結(jié)果顯示記錄系統(tǒng)檢流計(jì)、數(shù)字顯示、微機(jī)進(jìn)行儀器自動(dòng)控制和結(jié)果處理2023/7/29二、分光光度計(jì)的類型

typesofspectrometer

1.單光束

簡單，價(jià)廉，適于在給定波長處測量吸光度或透光度，一般不能作全波段光譜掃描，要求光源和檢測器具有很高的穩(wěn)定性。2.雙光束

自動(dòng)記錄，快速全波段掃描?？上庠床环€(wěn)定、檢測器靈敏度變化等因素的影響，特別適合于結(jié)構(gòu)分析。儀器復(fù)雜，價(jià)格較高。2023/7/293.雙波長將不同波長的兩束單色光(λ1、λ2)快束交替通過同一吸收池而后到達(dá)檢測器。產(chǎn)生交流信號(hào)。無需參比池。△=1～2nm。兩波長同時(shí)掃描即可獲得導(dǎo)數(shù)光譜。2023/7/29光路圖2023/7/29一、

定性、定量分析qualitativeandquanti-tativeanalysis二、有機(jī)物結(jié)構(gòu)確定structuredeterminationoforganiccompounds第三節(jié)紫外－可見吸收光譜的應(yīng)用applicationsofUV-VIS2023/7/29一、定性、定量分析

qualitativeandquantitativeanalysis1.定性分析

max，max：化合物特性參數(shù)，可作為定性依據(jù)。有機(jī)化合物紫外吸收光譜：反映結(jié)構(gòu)中生色團(tuán)和助色團(tuán)的特性，不完全反映分子特性——結(jié)構(gòu)確定的輔助工具。計(jì)算吸收峰波長，確定共扼體系等。

甲苯與乙苯：譜圖基本相同。max，max都相同，可能是一個(gè)化合物。

標(biāo)準(zhǔn)譜圖庫：46000種化合物紫外光譜的標(biāo)準(zhǔn)譜圖

?Thesadtlerstandardspectra,Ultraviolet?

2023/7/292.定量分析

依據(jù)：朗伯-比耳定律

吸光度：A=bc

透光度：-lgT=bc

靈敏度高：

max：104～105L·mol-1·

cm-1（比紅外光譜大）測量誤差與吸光度讀數(shù)有關(guān)：A=0.434，讀數(shù)相對誤差最小。2023/7/29二、有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)輔助解析

structuredeterminationoforganiccompounds

1.可獲得的結(jié)構(gòu)信息（1）200-400nm無吸收峰。飽和化合物，單烯。（2）

270-350nm有吸收峰（ε=10-100）醛酮

n→π*躍遷產(chǎn)生的R

帶。（3）

250-300nm有中等強(qiáng)度的吸收峰（ε=200-2000），芳環(huán)的特征吸收（具有精細(xì)解構(gòu)的B帶）。（4）

200-250nm有強(qiáng)吸收峰（ε104），表明含有一個(gè)共軛體系（K）帶。共軛二烯：K帶（230nm）；不飽和醛酮：K帶230nm，R帶310-330nm260nm,300nm,330nm有強(qiáng)吸收峰，3,4,5個(gè)雙鍵的共軛體系。2023/7/292.光譜解析注意事項(xiàng)(1)確認(rèn)max，并算出㏒ε，初步估計(jì)屬于何種吸收帶；(2)觀察主要吸收帶的范圍，判斷屬于何種共軛體系；(3)乙酰化位移B帶：262nm(ε302)274nm(ε2040)261nm(ε300)(4)pH值的影響加NaOH紅移→酚類化合物，烯醇。加HCl蘭移→苯胺類化合物。2023/7/293.分子不飽和度的計(jì)算定義：不飽和度是指分子結(jié)構(gòu)中達(dá)到飽和所缺一價(jià)元素的“對”數(shù)。如：乙烯變成飽和烷烴需要兩個(gè)氫原子，不飽和度為1。

計(jì)算：若分子中僅含一，二，三，四價(jià)元素(H，O，N，C)，則可按下式進(jìn)行不飽和度的計(jì)算：

=（2+2n4+n3–n1）/2

n4，n3，n1

分別為分子中四價(jià)，三價(jià)，一價(jià)元素?cái)?shù)目。

作用：由分子的不飽和度可以推斷分子中含有雙鍵，三鍵，環(huán)，芳環(huán)的數(shù)目，驗(yàn)證譜圖解析的正確性。例：C9H8O2

=（2+29

–8）/2=62023/7/294.解析示例

有一化合物C10H16由紅外光譜證明有雙鍵和異丙基存在，其紫外光譜max=231nm（ε9000），此化合物加氫只能吸收2克分子H2，，確定其結(jié)構(gòu)。解：①計(jì)算不飽和度=3；兩個(gè)雙鍵；共軛？加一分子氫②max=231nm，

③可能的結(jié)構(gòu)

④計(jì)算

max

max：232273268268

max=非稠環(huán)二烯（a,b）+2×烷基取代+環(huán)外雙鍵=217+2×5+5=232（231）2023/7/29吸收波長計(jì)算2023/7/29立體結(jié)構(gòu)和互變結(jié)構(gòu)的確定順式：λmax=280nm；εmax=10500反式：λmax=295.5nm；εmax=29000共平面產(chǎn)生最大共軛效應(yīng)，εmax大互變異構(gòu)：

酮式：λmax=204nm；無共軛

烯醇式：λmax=243nm2023/7/29取代苯吸收波長計(jì)算2023/7/29第一節(jié)分子熒光和磷光molecularfluorescenceandphosphorescence第二節(jié)分子熒光和磷光分析法molecularfluorescenceandphosphorescenceanalysis第九章分子熒光與磷光光譜分析法molecularfluorescenceandphosphorescence

analysis

2023/7/291.分子熒光與磷光這兩種光致發(fā)光是如何產(chǎn)生的？其各自的發(fā)光特性如何？

2.分子熒光與磷光光譜產(chǎn)生的基本原理：

A.為什么剛性結(jié)構(gòu)的分子有利于熒光與磷光發(fā)射？

B.溫度變化對熒光與磷光發(fā)射量子效率的影響規(guī)律如何？為什么？

3.分子熒光與磷光光譜儀的儀器構(gòu)成如何？與紫外－可見吸收光譜儀相比，其特殊性有哪些？

4.分子熒光與磷光光譜如何進(jìn)行圖譜表達(dá)？

5.分子熒光與磷光光譜如何進(jìn)行物質(zhì)定性和定量分析？

思考題2023/7/29一、分子熒光與磷光產(chǎn)生過程luminescenceprocessofmolecularfluorescencephosphorescence二、激發(fā)光譜與熒光光譜excitationspectrumandfluore-scencespectrum三、熒光的產(chǎn)生與分子結(jié)構(gòu)關(guān)系

relationbetween

fluorescenceandmolecularstructure四、影響熒光強(qiáng)度的因素factorinfluenced

fluorescence第一節(jié)

分子熒光與磷光molecularfluorescenceandphosphorescence2023/7/29一、熒光與磷光的產(chǎn)生過程

luminescenceprocessofmolecularfluorescencephosphorescence1.分子能級與躍遷分子能級比原子能級復(fù)雜：在每個(gè)電子能級上，都存在振動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)能級。

基態(tài)(S0)→激發(fā)態(tài)(S1、S2、激發(fā)態(tài)振動(dòng)能級)：吸收特定頻率的輻射；量子化；躍遷一次到位。激發(fā)態(tài)→基態(tài)：多種途徑和方式(見能級圖)；速度最快、激發(fā)態(tài)壽命最短的途徑占優(yōu)勢。第一、第二、…電子激發(fā)單重態(tài)S1、S2…

；第一、第二、…電子激發(fā)三重態(tài)T1、T2…

；2023/7/292.電子激發(fā)態(tài)的多重度

電子激發(fā)態(tài)的多重度：M=2S+1

S為電子自旋量子數(shù)的代數(shù)和。平行自旋比成對自旋穩(wěn)定(洪特規(guī)則)，三重態(tài)能級比相應(yīng)單重態(tài)能級低。大多數(shù)有機(jī)分子的基態(tài)處于單重態(tài)。

S0→T1

禁阻躍遷；通過其他途徑進(jìn)入(見能級圖)；進(jìn)入的幾率小。

2023/7/292.激發(fā)態(tài)→基態(tài)的能量傳遞途徑

電子處于激發(fā)態(tài)是不穩(wěn)定狀態(tài)，返回基態(tài)時(shí)，通過輻射躍遷(發(fā)光)和無輻射躍遷等方式失去能量；傳遞途徑輻射躍遷熒光延遲熒光磷光內(nèi)轉(zhuǎn)移外轉(zhuǎn)移系間跨越振動(dòng)弛預(yù)無輻射躍遷

激發(fā)態(tài)停留時(shí)間短、返回速度快的途徑，發(fā)生的幾率大，發(fā)光強(qiáng)度相對大。熒光：10-7～10-9

s,第一激發(fā)單重態(tài)的最低振動(dòng)能級→基態(tài)磷光：10-4～10s；第一激發(fā)三重態(tài)的最低振動(dòng)能級→基態(tài)2023/7/29S2S1S0T1吸收發(fā)射熒光發(fā)射磷光系間跨越內(nèi)轉(zhuǎn)換振動(dòng)弛豫能量l2l1l

3

外轉(zhuǎn)換l

2T2內(nèi)轉(zhuǎn)換振動(dòng)弛豫2023/7/29非輻射能量傳遞過程

振動(dòng)弛豫：同一電子能級內(nèi)以熱能量交換形式由高振動(dòng)能級至低相鄰振動(dòng)能級間的躍遷。發(fā)生振動(dòng)弛豫的時(shí)間10-12

s。

內(nèi)轉(zhuǎn)換：同多重度電子能級中,等能級間的無輻射能級交換。

通過內(nèi)轉(zhuǎn)換和振動(dòng)弛豫，高激發(fā)單重態(tài)的電子躍回第一激發(fā)單重態(tài)的最低振動(dòng)能級。

外轉(zhuǎn)換：激發(fā)分子與溶劑或其他分子之間產(chǎn)生相互作用而轉(zhuǎn)移能量的非輻射躍遷。

外轉(zhuǎn)換使熒光或磷光減弱或“猝滅”。系間跨越：不同多重態(tài),有重疊的轉(zhuǎn)動(dòng)能級間的非輻射躍遷。

改變電子自旋，禁阻躍遷，通過自旋—軌道耦合進(jìn)行。2023/7/29輻射能量傳遞過程

熒光發(fā)射：電子由第一激發(fā)單重態(tài)的最低振動(dòng)能級→基態(tài)（多為S1→S0躍遷），發(fā)射波長為‘2的熒光；10-7～10-9

s。

由圖可見，發(fā)射熒光的能量比分子吸收的能量小，波長長；‘2>2>1；磷光發(fā)射：電子由第一激發(fā)三重態(tài)的最低振動(dòng)能級→基態(tài)（T1→S0躍遷）；電子由S0進(jìn)入T1的可能過程：（S0→T1禁阻躍遷）

S0→激發(fā)→振動(dòng)弛豫→內(nèi)轉(zhuǎn)移→系間跨越→振動(dòng)弛豫→T1發(fā)光速度很慢：10-4～100s。

光照停止后，可持續(xù)一段時(shí)間。2023/7/29二、激發(fā)光譜與熒光(磷光)光譜

excitationspectrumandfluore-scencespectrum1.熒光(磷光)的激發(fā)光譜曲線

固定測量波長(選最大發(fā)射波長),熒光(磷光)的發(fā)射強(qiáng)度與激發(fā)光波長的關(guān)系曲線（圖中曲線I）。激發(fā)光譜曲線的最高處，處于激發(fā)態(tài)的分子最多，熒光強(qiáng)度最大。2023/7/292.熒光（發(fā)射）光譜與磷光（發(fā)射）光譜固定激發(fā)光波長(選最大激發(fā)波長),熒光(或磷光)的發(fā)射強(qiáng)度與其光波長關(guān)系曲線(圖中曲線II或III)。2023/7/292023/7/293.激發(fā)光譜與發(fā)射光譜的關(guān)系

a.Stokes位移激發(fā)光譜與發(fā)射光譜之間的波長差值。發(fā)射光譜的波長比激發(fā)光譜的長，振動(dòng)弛豫消耗了能量。

b.發(fā)射光譜的形狀與激發(fā)波長無關(guān)電子躍遷到不同激發(fā)態(tài)能級，吸收不同波長的能量(如能級圖2,1)，產(chǎn)生不同吸收帶，但均回到第一激發(fā)單重態(tài)的最低振動(dòng)能級再躍遷回到基態(tài)，產(chǎn)生波長一定的熒光(如‘2)。

c.

鏡像規(guī)則通常熒光發(fā)射光譜與它的吸收光譜（與激發(fā)光譜形狀一樣）成鏡像對稱關(guān)系。2023/7/29鏡像規(guī)則的解釋

基態(tài)上的各振動(dòng)能級分布與第一激發(fā)態(tài)上的各振動(dòng)能級分布類似。基態(tài)上的零振動(dòng)能級與第一激發(fā)態(tài)的二振動(dòng)能級之間的躍遷幾率最大，相反躍遷也然。

2023/7/29200250300350400450500熒光激發(fā)光譜熒光發(fā)射光譜nm蒽的激發(fā)光譜和熒光光譜2023/7/29三、熒光的產(chǎn)生與分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系

relationbetweenfluorescenceandmolecularstructure1.分子產(chǎn)生熒光必須具備的條件（1）具有合適的結(jié)構(gòu)；（2）具有一定的熒光量子產(chǎn)率。熒光量子產(chǎn)率（）：熒光量子產(chǎn)率與激發(fā)態(tài)能量釋放各過程的速率常數(shù)有關(guān)，如外轉(zhuǎn)換過程速度快，不出現(xiàn)熒光發(fā)射。2023/7/292.化合物的結(jié)構(gòu)與熒光（1）躍遷類型：*→的熒光效率高，系間跨越過程的速率常數(shù)小，有利于熒光的產(chǎn)生；（2）共軛效應(yīng)：高共軛度有利于增加熒光效率并產(chǎn)生紅移；（3）剛性平面結(jié)構(gòu)：可降低分子振動(dòng)，減少與溶劑的相互作用，故具有很強(qiáng)的熒光。如熒光素和酚酞有相似結(jié)構(gòu)，熒光素有很強(qiáng)的熒光，酚酞卻沒有；（4）取代基效應(yīng)：芳環(huán)上有供電基，使熒光增強(qiáng)。2023/7/292023/7/29四、影響熒光強(qiáng)度的因素

relationbetweenfluorescenceandmolecularstructure

影響熒光強(qiáng)度的外部因素1.溶劑的影響除一般溶劑效應(yīng)外，溶劑的極性、氫鍵、配位鍵的形成都將使化合物的熒光發(fā)生變化。2.溫度的影響熒光強(qiáng)度對溫度變化敏感，溫度增加，外轉(zhuǎn)換去活的幾率增加。3.溶液pH

對酸堿化合物，溶液pH的影響較大，需要嚴(yán)格控制。2023/7/294.內(nèi)濾光作用和自吸現(xiàn)象

自吸現(xiàn)象：化合物的熒光發(fā)射光譜的短波長端與其吸收光譜的長波長端重疊，產(chǎn)生自吸收；如蒽化合物。內(nèi)濾光作用：溶液中含有能吸收激發(fā)光或熒光物質(zhì)發(fā)射的熒光，如色胺酸中的重鉻酸鉀。2023/7/295.溶液熒光的猝滅碰撞猝滅；氧的熄滅作用等。2023/7/29一、儀器與結(jié)構(gòu)流程instrumentandgeneral

process

二、熒光分析法和應(yīng)用fluorescenceanalysisandapplication三、磷光分析法的應(yīng)用phosphorescenceanalysisandapplication第二節(jié)

分子熒光與磷光分析法molecularfluorescenceandphosphorescenceanalysis

2023/7/29一、儀器結(jié)構(gòu)流程測量熒光的儀器主要由四個(gè)部分組成：激發(fā)光源、樣品池、雙單色器系統(tǒng)、檢測器。

特殊點(diǎn)：有兩個(gè)單色器，光源與檢測器通常成直角?；玖鞒倘鐖D：單色器：選擇激發(fā)光波長的第一單色器和選擇發(fā)射光(測量)波長的第二單色器光源：燈和高壓汞燈，染料激光器(可見與紫外區(qū))檢測器：光電倍增管2023/7/29儀

器

光

路

圖2023/7/29儀器框圖該型儀器可進(jìn)行熒光、磷光和發(fā)光分析2023/7/29同步掃描技術(shù)根據(jù)激發(fā)和發(fā)射單色器在掃描過程中彼此間所保持的關(guān)系，同步掃描可分為固定波長差()和固定能量差及可變波長三種。

同步掃描技術(shù)可簡化光譜，譜帶變窄，減少光譜重疊，提高分辨率；