卫生化学：分子荧光分析法.pptx

molecularfluorescenceanalysis

A总业小A

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·荧光：物质分子吸收光后，从激发态的最低振动能级去激发

回到基态所发出的光。

·分类

(1)根据物质吸收激发光的波长不同：X射线荧光、

紫外-可见荧光和红外荧光。

(2)根据发射荧光的粒子不同：分子荧光和原子荧光

·荧光分析法：利用荧光物质的荧光谱线位置及其强度

进行物质定性和定量分析的方法。

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特点：

(1)灵敏度高

比紫外-可见分光光度法高2～4个数量级；

检测下限：10-7~10-°g/mL

(2)选择性强

荧光物质分子结构不同，其吸收激发光的波长和发射

荧光的波长均不同。

(3)试样量少

缺点：应用范围小。

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第一节基本原理

一、分子荧光的产生过程

1.分子能级与能级多重性

物质分子内部三种运动：电子能级，振动能级，转动能级。

每个电子能级含有若干振动能级。

大多数有机分子含有偶数个电子。室温时，分子中的电子成对的填充

在能量最低的各轨道中。

根据Pauli不相容原理，在给定轨道中的两个电子必须具有相反的自旋

方向，自旋量子数S分别为1/2和-1/2,总自旋量子数S=0。

电子能级的多重度M=2S+1,当S=0时，M=1,电子能级状态称为单重

态或单线态。

ms=+±m,=-2

大多数有机分子的基态为单重态

分子吸收能量后发生能级跃迁，当基

态一对电子中的一个被激发到较高能级，其自旋方向不会立刻改变，分子仍处于单重态。激发单重态。

如果电子跃迁过程中发生自旋方向改

变，即分子具有两个自旋平行不配对电

子，其总自旋量子数S=1,分子中电子

能级的多重度M=2S+1=3,此时分子所处的能级状态称为三重态或三线态。

处于分立的电子轨道的非成对电子，平行自旋比配对自旋更稳定，因此，三

重激发态的能级比相应的单重激发态的能级低。

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excited

singletstate

excited

tripletstate

ground

singletstate

常温下，大多数分子处于基态的最低振动能

级。

处于基态的分子吸收能量(电能、热能、化

学能、光能)后被激发至激发态。

激发态分子不稳定，通过辐射跃迁或无辐射

跃迁释放能量返回基态，这个过程称为去激发过程。

发射荧光是其去激发的其中一种途径。

2.荧光的产生

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3.激发态→基态的能量传递途径

传递途径

辐射跃迁无辐射跃迁

荧光磷光系间跨越内部转移外部转移振动弛豫

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1.振动驰豫

这一过程只能发生在同一电子能级内，即分子通过碰撞以热的形式

损失部分能量，从较高振动能级下降到该电子能级的最低振动能级上。由于这一部分能量以热的形式释放，而不是以光辐射形式发出，故振动驰豫属于无辐射跃迁。

2.内部转移

当两个电子能级非常接近时，激发态分子从较高电子能级降至较低的

电子能级，将多余的能量转变为热能。内部转换也属于无辐射跃迁。

3.荧光

较高激发态分子经无辐射跃迁降至第一电子激发单重态的最低振动能

级后，仍不稳定，停留较短时间后(约10-8s,称作荧光寿命),以光辐射形式放出能量，回到基态各振动能级，这时所发射的光称为荧光。

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需要注意的是：

(1)整个过程是在单线态之间进行的；

(2)产生荧光的过程极快，约在10-8秒左右内完成；

(3)荧光的产生是由第一电子激发态的最低振动能级开始，而与荧光分

子被激发至哪一个能级无关。

因此，荧光光谱的形状和激发光的波长无关。

4.系间跨跃

有些物质的激发态分子通过振动驰豫和内部转换下降到第一电子

激发态的最低振动能级后，有可能经过另一个无辐射跃迁转移至激发三重态，这一过程伴随着自旋方向的改变，称为系间跨跃。对于大多数物质，系间跨跃是禁阻的。如果分子中有重原子(如l、Br等)存在，电子自旋方向可以改变，系间跨跃就变得容易了。

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5.磷光

经系间跨跃的分子再通过振动驰豫降至第一激发三重态的最低振

动能级，停留一段时间(10-4～10s,称作磷光寿命),然后以光辐射

形式放出能量返回到基态各振动能级，这时发出的光称为磷光

(phosphorescence)。由于激发三重态能量比激发单重态最低振动

能级能量低，故磷光辐射的能量比荧光更小，即磷光的波长比荧光更

长。

6.外部转移

由于激发态分子与溶剂分子或其他溶质分子相互碰撞，到达第一电

子激发单重态的最低振动能级的电子以无辐射跃迁方式回到基态各

振动能级，这个过程成为外部转移