荧光光谱的原理及应用课件

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1、荧光光谱的原理及应用2主要内容荧光光谱的基本原理1荧光光谱仪的原理、操作及数据处理2荧光光谱的应用3参考资料43荧光光谱的基本原理4荧光定义荧光是辐射跃迁的一种，是物质从激发态失活到多重性相同的低能状态时所释放的辐射。5构造原理：电子在原子或分子中排布所遵循的规则。基态和激发态能量最低原理泡利不相容原理洪特规则基态：当一个分子中的所有电子的排布都遵从构造原理时，此分子被称为处于基态。激发态：当一个分子中的电子排布不完全遵从构造原理时，此分子被称为处于激发态。6电子激发态的多重度：M=2S+1S为电子自旋量子数的代数和(0或1)；电子激发态的多重度根据洪特规则(平行自旋比成对自旋稳定)，大多

2、数有机分子的基态处于单重态；7分子能级比原子能级复杂；在每个电子能级上，都存在振动、转动能级；分子能级与跃迁激发：基态(S0)→激发态(S1、S2激发态振动能级)：吸收特定频率的辐射；量子化；跃迁一次到位；失活：激发态→基态：多种途径和方式(见能级图)；速度最快、激发态寿命最短的途径占优势；第一、第二、…电子激发单重态S1、S2…；第一、第二、…电子激发三重态T1、T2…；8雅布隆斯基分子能级图S2S1S0T1吸收发射荧光发射磷光系间窜越内转换振动弛豫能量l2l1l3外转换l2T2内转换振动弛豫9跃迁规则跃迁前后原子核的构型没有发生改变、跃迁过程中电子自旋没有改变、跃迁前后电子的轨道在空

3、间有较大的重叠和轨道的对映性发生了改变的跃迁是允许的；跃迁过程中电子自旋发生了改变、跃迁前后电子的轨道在空间不重叠或轨道的对映性未发生改变的跃迁是禁阻的。夫兰克-康登原理：在电子跃迁完成的瞬间，分子中原子核的构型是来不及改变的。10电子处于激发态是不稳定状态，容易返回基态，在这个过程中通过辐射跃迁(发光)和无辐射跃迁等方式失去能量，这个过程就称为失活。失活途径辐射跃迁荧光磷光内转换外转换系间窜越振动弛豫无辐射跃迁激发态停留时间短、返回速度快的途径，发生的几率大。失活的途径11振动弛豫：同一电子能级内以热能量交换形式由高振动能级至低相邻振动能级间的跃迁。发生振动弛豫的时间一般为10-12s。

4、无辐射跃迁失活的途径通过内转换和振动弛豫，高激发单重态的电子跃回第一激发单重态的最低振动能级。内转换：多重度相同的电子能级中等能级间的无辐射能级跃迁。12无辐射跃迁失活的途径系间窜越：不同多重态,有重叠的转动能级间的非辐射跃迁。改变电子自旋，禁阻跃迁，通过自旋—轨道耦合进行。外转换：激发分子与溶剂或其他分子之间产生相互作用而转移能量的非辐射跃迁；外转换使荧光或磷光减弱或“猝灭”。13荧光发射：电子由第一激发单重态的最低振动能级→基态（多为S1→S0跃迁），发射波长为’2的荧光；10-7～10-9s。辐射跃迁失活的途径磷光发射：电子由第一激发三重态的最低振动能级→基态（多为T1→S0跃迁）

5、；发射波长为3的磷光；10-4～100s。电子由S0进入T1的可能过程：（S0→T1禁阻跃迁）S0→激发→振动弛豫→内转换→系间窜越→振动弛豫→T1发光速度很慢，光照停止后，可持续一段时间。14激发谱固定发射波长(一般将其固定于发射波段中感兴趣的峰位)，扫描出的化合物的发射光强(荧光/磷光)与入射光波长的关系曲线。主要光谱参量发射谱固定激发波长(一般将其固定于激发波段中感兴趣的峰位),扫描出的化合物的发射光强(荧光/磷光)与入射光波长的关系曲线。吸收谱化合物的吸收光强与入射光波长的关系曲线。15主要光谱参量吸收谱反映出的是物质的基态能级与激发态能级之间所有的允许跃迁。通常状态下的物质的表

6、观颜色大部分时候取决于其吸收特性。激发谱则反映的是基态与所有与该荧光发射有关的能级之间的跃迁。其所呈现的关系比吸收谱要有选择性，但有时候又不如吸收谱来的直接。电子跃迁到不同激发态能级时，吸收不同波长的能量(如能级图2,1)，产生不同吸收带，但均回到第一激发单重态的最低振动能级再跃迁回到基态，产生波长一定的荧光(如’2)。因此，发射谱的形状与激发波长无关。16荧光光谱固定激发光波长物质发射的荧光强度与发射光波长关系曲线，如右图中曲线II。荧光本身则是由电子在两能级间不发生自旋反转的辐射跃迁过程中所产生的光。磷光光谱固定激发光波长物质发射的磷光强度与发射光波长关系曲线，如右图中曲线III

7、。磷光本身则是由电子在两能级间发生自旋反转的辐射跃迁过程中所产生的光。荧光光谱与磷光光谱17荧光寿命荧光寿命是荧光强度衰减为初始时的1/e所需要的时间，常用表示。如荧光强度的衰减符合指数衰减的规律:ItI0e-kt其中I0是激发时最大荧光强度，It是时间t时的荧光强度，k是衰减常数。假定在时间时测得的It为I0的1/e，则是我们定义的荧光寿命。18寿命是衰减常数k的倒数。事实上，在瞬间激发后的某个时间，荧光强度