分子发光-荧光与磷光

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1、发光材料与器件基础西安邮电学院光电信息工程专业第七章有机发光基础ChapterTwelve分子荧光:Fluorescence分子磷光:Phosphorescence分子发光-----荧光、磷光§7.1分子发光的基本原理第一次记录荧光现象的是16世纪西班牙的内科医生和植物学家N.Monardes，1575年他提到在含有一种称为“LignumNephriticum”的木头切片的水溶液中，呈现了极为可爱的天蓝色。直到1852年，Stokes在考察奎宁和叶绿素的荧光时，用分光光度计观察到其荧光的波长比入射光的波长

2、稍微长些，才判断这种现象是这些物质在吸收光能后重新发射不同波长的光，而不是由光的漫射作用所引起的，从而导入了荧光是光发射的概念，他还由发荧光的矿石“萤石”推演而提出“荧光”这一术语。1867年，Goppelsroder进行了历史上首次的荧光分析工作，应用铝—桑色素配合物的荧光进行铝的测定。19世纪以前，荧光的观察是靠肉眼进行的，直到1928年，才由Jette和West提出了第一台荧光计。一.分子荧光与磷光的产生1.单重态与三重态2.分子的活化与去活化3.分子发光的类型按激发的模式分类：按分子激发态的类型分

3、类：光致发光化学发光/生物发光热致发光场致发光摩擦发光分子发光分子发光荧光磷光瞬时荧光迟滞荧光按光子能量分类：斯托克斯荧光(Stokes)：λex<λem反斯托克斯荧光(Antistokes)：λex>λem共振荧光(Resonance)：λex=λem荧光分子的活化与去活化S0S1T1S2紫外可见吸收光谱外转移紫外可见共振荧光光谱内转移荧光系间窜跃磷光反系间窜跃迟滞荧光振动弛豫２.无辐射跃迁的类型振动弛豫:Vr10-12sec外转移:无辐射跃迁回到基态内转移:S2~S1能级之间有重叠系间窜跃:S2~T1

4、能级之间有重叠反系间窜跃:由外部获取能量后T1~S2１.辐射跃迁的类型共振荧光：10-12sec荧光：10-8sec磷光：1~10-4sec迟滞荧光:102~10-4sec二.分子荧光(磷光)光谱1.荧光(磷光)激发光谱与发射光谱荧光(磷光)均为光致发光，在光辐射的作用下，荧光物质发射出不同波长的荧光。A.激发光谱固定em=620nm(MAX)ex=290nm(MAX)固定发射波长扫描激发波长荧光激发光谱与紫外-可见吸收光谱类似ex=290nm(MAX)固定em=620nm(MAX)固定ex=2

5、90nm(MAX)em=620nm(MAX)B.发射光谱(荧光光谱)固定激发波长扫描发射波长C.激发光谱与发射光谱的镜像关系S04321S14321发射光谱的形状与激发波长无关：分子的激发光谱可能含有几个激发带，但发射光谱只含一个发射带；即使分子被激发到高于S1的电子态，由于经过极快的内转换和振动弛豫降到S1电子态的最低振动、转动能级，然后以辐射形式释放能量回到基态。1→41→31→21→11→41→41→21→1D.磷光光谱与发射光谱相同条件下的磷光光谱激发光谱发射光谱2.三维荧光光谱IF∝f(λex

6、、λem)蒽的激发光谱固定发射波长、扫描激发波长IF∝f(λex、λem)蒽的发射光谱固定激发波长、扫描发射波长蒽的三维等高线光谱图蒽的三维等荧光强度光谱VB1和VB2的三维荧光光谱RLSDSTSATSADS散射片三维共振光散射光谱3.三维共振光散射光谱ADSATSTSRLSDS散射片三维共振光散射等高线光谱图共振光散射瑞利散射固定ex=270nm拉曼光二级共振光散射三级共振光散射荧光光谱有用区间三.分子荧光(磷光)强度与荧光物质浓度的关系1.荧光强度(磷光)与浓度的关系光吸收定律（Lambert–Be

7、erLaw）相应的吸光分数为：荧光强度（IF）与相应的吸光分数成正比：按照级数展开式：对于稀溶液，当bc<0.05（磷光bc<0.01）时：IF----荧光强度F-----荧光量子产率k--与仪器灵敏度有关的参数I0--入射光强度。IP----磷光强度P-----磷光量子产率b--吸收光程--摩尔吸光系数C--荧光物质浓度2.荧光(磷光)的平均寿命分子在激发态的平均时间或者说处于激发态的分子数目衰减到原来的1/2所经历的时间。对于处于S1(T1)电子态的荧光体来说，其平均寿命()可以左式表示：

8、3.荧光(磷光)的量子产率荧光量子产率的定义：kF、kp主要取决与荧光物质的分子结构；st系间窜跃效率。ki主要取决化学环境，同时也与荧光物质的分子结构有关。大多数的荧光物质的量子产率在0.1~1之间；例如：0.05mol/L的硫酸喹啉，F=0.55；荧光素F=1化合物F0.110.290.460.600.521.跃迁的类型二.荧光与有机化合物的结构对于有机荧光物质:π*→πn→π*εmax＜100平均寿命10-5~