第一節基本原理目前一頁\總數五十三頁\編于十二點一、熒光、磷光產生的機理1、熒光、磷光的產生當物質分子吸收入射光子的能量之后，發生了價電子從較低的能級到較高能級的躍遷，這時分子被激發而處于激發態，稱為電子激發態分子。這一電子躍遷過程經歷的時間約為10-15s。躍遷所涉及的兩個能級間的能量差，等于所吸收光子的能量。紫外、可見光區的光子能量較高，足以引起價電子發生電子能級間的躍遷。目前二頁\總數五十三頁\編于十二點激發態分子不穩定，它可能通過輻射躍遷和非輻射躍遷的衰變過程而返回基態。輻射躍遷的衰變過程伴隨著光子的發射，即產生熒光或磷光。非輻射躍遷：振動弛豫（VR）內轉化（ic）系間竄越（isc）這些衰變過程導致激發能轉化為熱能傳遞給介質。目前三頁\總數五十三頁\編于十二點振動弛豫：分子將多余的振動能量傳遞給介質而衰變到同一電子能級的最低振動能級的過程。內轉化：相同多重態的兩個電子態間的非輻射躍遷過程。系間竄越：不同多重態的兩個電子態間的非輻射

躍遷過程。例如：S1 S0T2 T1

例如：S1 T1T1 S0

目前四頁\總數五十三頁\編于十二點S2S1S0T1吸收發射熒光發射磷光系間跨越內轉換振動弛豫能量l2l1l

3

外轉換l

2T2內轉換振動弛豫目前五頁\總數五十三頁\編于十二點假如分子被激發到S2以上的某個電子激發單重態的不同振動能級上，處于這種激發態的分子，很快（約10-12~10-14s）發生振動弛豫而衰減到該電子態的最低振動能級，然后又經過內轉化及振動弛豫而衰變到S1態的最低振動能級。接著，有以下幾種衰變到基態的途徑：S1 S0

輻射躍遷熒光S1S0內轉化S1

T1系間竄越

T1

S0輻射躍遷磷光

T1

S0系間竄越目前六頁\總數五十三頁\編于十二點內轉化速率很快（k為1011~1013s-1

），S2以上的激發單重態的壽命很短（10-1~10-13s），因而除極少數例外，通常在發生輻射躍遷之前便發生了非輻射躍遷而衰變到S1態。所以所觀察到的熒光壽命通常是來自S1態的最低振動能級的輻射躍遷。系間竄越是自旋禁阻的，因而其速率常數小得多（102~106s-1

）。目前七頁\總數五十三頁\編于十二點熒光是來自最低激發單重態的輻射躍遷過程所伴隨的發光現象。發光過程的速率常數大，激發態的壽命短。磷光是來自最低激發三重態的輻射躍遷過程所伴隨的發光現象，發光過程的速率常數小，激發態的壽命相對較長。目前八頁\總數五十三頁\編于十二點2、熒光、磷光的壽命和量子產率熒光壽命τf：熒光分子處于S1激發態的平均壽命：熒光發射過程的速率常數：各種分子的非輻射衰變過程的速率常

數的總和。典型的在10-8~10-10s目前九頁\總數五十三頁\編于十二點磷光壽命τp：磷光分子處于T1激發態的平均壽命。T1S0自旋禁阻的躍遷>>達到毫秒級：t=0熒光強度：t=t光強度熒光（或磷光）強度的衰變<<目前十頁\總數五十三頁\編于十二點熒光量子產率（f）定義為熒光物質吸光后所發射的熒光的光子數與所吸收的激發光的光子數之比值。熒光量子產率的大小取決于熒光發射與非輻射躍遷過程的競爭結果。<<1目前十一頁\總數五十三頁\編于十二點磷光量子產率（p）：磷光發射的速率常數：S1

T1系間竄越的量子產率：與磷光發射過程相競爭的從T1態發生的所有非輻射躍遷過程的速率常數的

總和。目前十二頁\總數五十三頁\編于十二點熒光（或磷光）量子產率的大小，主要決定于化合物的結構與性質，同時也與化合物所處環境因素有關。可用參比法進行測定。、、：待測物質的熒光量子產率、積分

熒光強度、吸光度、、：參比物質的熒光量子產率、積分

熒光強度、吸光度目前十三頁\總數五十三頁\編于十二點二、熒光、磷光與分子結構的關系分子中的電子是依序排列在能量由低到高的分子軌道上。πnσπ*σ*電子反鍵軌道鍵合軌道圖8-2.有機分子吸光所涉及的能層目前十四頁\總數五十三頁\編于十二點雖然很多物質能夠吸收紫外和可見光，然而只有一部分物質能發熒光或磷光，分子能否發熒光或磷光，在很大程度上決定于它們的分子結構。具有大的共軛雙鍵（π鍵）體系；具有剛性的平面構型；環上的取代基是給電子取代基團；其最低的電子激發單重態為（π，π*）型。目前十五頁\總數五十三頁\編于十二點1、共軛π鍵體系具有共軛雙鍵體系的分子，含有易被激發的非定域的π電子；共軛體系越大，非定域的π電子越容易被激發，且有更強的熒光。例如：萘、蒽、丁省等分子要比苯發射更強的熒光，且熒光峰隨苯環數的增多而向長波長方向移動。目前十六頁\總數五十三頁\編于十二點具有剛性平面構型的分子，其振動和轉動的自由度減小，從而增大了發光的效率2、剛性平面構型例如：熒光素、曙紅強熒光酚酞無熒光目前十七頁\總數五十三頁\編于十二點給電子取代基使熒光增強3、取代基的影響-NH2、-NHCH3、-N(CH3)2、-OH、-OCH3、-CN、-F例如：F苯胺>F苯其激發態常由環外的羥基或氨基上的n電子激發轉移到環上而產生的，它們的n電子的電子云幾乎與芳環上的π軌道平行，從而共享共軛π電子結構。目前十八頁\總數五十三頁\編于十二點吸電子取代基使熒光減弱醛基、羰基、羧基、硝基例如：苯熒光硝基苯無熒光

Cl、Br、I等重原子取代基，通常導致熒光減弱、磷光增強。雖也含有n電子，但n電子的電子云并不與芳環上的π電子云共平面，其n→π*的躍遷為禁阻躍遷，且S1

T1系間竄越的概率大，故而熒光減弱。目前十九頁\總數五十三頁\編于十二點

π→π*：自旋許可的躍遷

摩爾吸光系數大，

104

激發態壽命短S1

T1系間竄越概率較小

4、最低電子激發單重態的性質

n→π*：自旋禁阻的躍遷

摩爾吸光系數小，102

激發態壽命長S1

T1系間竄越的幾率大目前二十頁\總數五十三頁\編于十二點熒光：

π→π*

>n→π*磷光：n→π*

有利不含N、O、S等雜原子的芳香化合物：最低激發單重態S1（π、π*）

含N、O、S等雜原子的芳香化合物：最低激發單重態S1（n、π*）

目前二十一頁\總數五十三頁\編于十二點三、影響分子發光的環境因素1、溶劑的影響（1）溶劑極性的影響熒光體的偶極與溶劑分子的偶極之間存在著靜電作用，溶劑分子圍繞在熒光分子的周圍組成

了溶劑籠。許多共軛芳族化合物，激發時發生了ππ*躍遷，其激發態比基態具有更大的極性，隨著溶劑

極性的增大，激發態比基態能量下降得更多，結

果熒光光譜向長波長方向移動。目前二十二頁\總數五十三頁\編于十二點

熒光體的基態分子與溶劑分子形成氫鍵絡合物，熒光物質的吸收光譜、熒光光譜都受影響，熒光體的激發態分子與溶劑分子形成氫鍵絡合物，熒光光譜受影響。（2）熒光體與溶劑間的特殊化學作用（氫鍵）

n→π*躍遷、某些分子內電荷轉移躍遷

涉及非鍵的孤對電子

隨溶劑形成氫鍵能力增大

熒光光譜向短波方向移動目前二十三頁\總數五十三頁\編于十二點

某些芳族羰基化合物和氮雜環化合物非極性、疏質子溶劑中

激發單重態（n、π*）熒光弱或無

高極性的氫鍵溶劑中

激發單重態（π

、π*）熒光強例如:

異喹啉

在環己烷中

無熒光發磷光

在水中

發熒光目前二十四頁\總數五十三頁\編于十二點如果熒光物質是一種有機弱酸或弱堿，它們的分子及其相應的離子，可視為兩種具有不同熒光特性的型體，介質的酸堿性變化將使兩種不同型體的比例發生變化，從而對熒光光譜的形狀和強度產生很大的影響。2、介質酸堿性的影響例如：水楊醛

不發熒光，強磷光

堿性溶液中

酚基解離

強熒光

濃無機酸溶液中

羰基質子化

強熒光（π、π*）（n、π*）目前二十五頁\總數五十三頁\編于十二點3、介質的溫度和黏度的影響4、有序介質的影響

表面活性劑或環糊精溶液屬于有序介質，對發光分子的發光特性有著顯著的影響。T

VR

ic

F

p黏度VR

ic

F

p

目前二十六頁\總數五十三頁\編于十二點四．溶液熒光、磷光的熄滅

熒光的熄滅廣義的包括了任何可使熒光增強度降低的作用。狹義的僅僅指那些由于熒光物質分子與溶劑分子或其他溶質分子的相互作用所引起的熒光強度降低的現象，這些會引起熒光的熄滅的物質稱為熄滅劑。

狹義的熒光熄滅的原因是溶液中熄滅劑分子和熒光物質分子之間發生相互作用而引起熒光物質分子的熒光效率降低或熒光物質激發態的壽命縮短，從而導致熒光強度的降低。

目前二十七頁\總數五十三頁\編于十二點淬滅劑動態淬滅淬滅劑與發光物質激發態分子發生相互作用靜態淬滅淬滅劑與發光物質基態分子發生相互作用目前二十八頁\總數五十三頁\編于十二點著名的熄滅劑:鹵素離子重金屬離子氧分子硝基化合物

目前二十九頁\總數五十三頁\編于十二點鹵素離子對于奎寧的熒光有顯著的熄滅作用，但對某些物質的熒光并不發生熄滅作用，這表明熄滅劑和熒光物質分子之間的相互是有選擇性的。熒光熄滅作用在熒光分析中有著降低待測物質的熒光強度的不良作用，但另一方面，我們可以利用某一物質對某一熒光物質的熄滅作用建立對該物質的熒光熄滅法檢測。該法常具有更高的選擇性。目前三十頁\總數五十三頁\編于十二點

1.碰撞熄滅

溶液中熒光物質分子M和熄滅劑Q相碰撞而引起熒光熄滅。比較速率M＋hυ→M*(吸光)1

M*

→

M＋hυ(發生熒光)k1[M*]M*+QM+Q+熱k2[M*][Q]

目前三十一頁\總數五十三頁\編于十二點Stern-Volmer方程式

k：熄滅常數[Q]：熄滅劑濃度(M)F0,F分別是熄滅劑Q不存在時及存在時的溶液的熒光強度目前三十二頁\總數五十三頁\編于十二點2.組成化合物的熄滅

某些熒光物質溶液在加入一些熄滅劑之后，溶液的熒光強度顯著降低;隨著溫度的升高，熒光強度而增強。

目前三十三頁\總數五十三頁\編于十二點上述情況可能是由于一部分熒光物質分子M與熄滅劑分子Q作用而生成了絡合物MQ，如絡合物MQ的形成是由于微弱的范德華引力的作用，則所形成的絡合物并不發生熒光，且對solu的吸收并不發生任何影響。目前三十四頁\總數五十三頁\編于十二點發生熒光的物質仍為M*分子，品種并沒有改變，所以熒光分子的平均壽命也沒有改變，至于solu溫度升高熒光強度之所以增強，可能是由于溫度升高時該絡合物較不穩定，較多地分解為M和Q分子的緣故。這一點可以作為這一類型熄滅不同于碰撞熄滅的標志。如果絡合物MQ的形成是由于強大的力，則絡合物MQ將具有它自己的吸光特性，溶液的吸收光譜也將發生改變。目前三十五頁\總數五十三頁\編于十二點3.轉入三重線級的熄滅

E

C位E能π*

G

Dπ

A

BCBD處于單線態的基態EGF為第一激發單線態虛線為激發三線態目前三十六頁\總數五十三頁\編于十二點

當由單線態轉移至三線態時，多余的振動能在碰撞中損失掉，solu中絕大多數轉入三重線級的分子在一般溫度下是不會發光的，它們把多余的能量消耗于它們與其它分子的碰撞之中，因而引起熒光的熄滅。轉入三重態的分子在低溫下可由三線態重新返回到基態，在這一過程中將放出波長較長的磷光。

目前三十七頁\總數五十三頁\編于十二點

含溴、碘化合物、重氮、羰基、羧基及某些雜環化合物容易轉變至三線態，因而易使熒光熄滅。電子自旋方向的改變系有強烈磁場的誘導作用所引起的，在原子核附近，尤其是在Br或I這樣重的原子核附近，存在著強烈的磁場，所以含溴、碘的化合物容易使溶液熒光熄滅。

目前三十八頁\總數五十三頁\編于十二點幾乎所有會發生熒光的有機化合物都會被溶解在溶液中的氧分子熄滅劑熄滅到不同的程度。

三線態的氧分子和單線態的熒光物質分子碰撞

單線態的氧分子和三線態的熒光物質分子碰撞目前三十九頁\總數五十三頁\編于十二點

4.

發生電子轉移反應的熄滅

某些熄滅劑分子與熒光物質分子相互作用時，發生了電子轉移反應，即氧化－還原反應，即引起熒光的熄滅。

例：甲基藍熒光溶液被Fe2+離子熄滅

D+hυ→D*

D*

→D+hυ＇

D*+Fe2+

→

D－

+Fe3+

D－

+H→DH（半醌）

2DH→D+DH2

（無色染料）目前四十頁\總數五十三頁\編于十二點發生電子轉移反應的熄滅劑并不限于金屬離子，I－，Br－，CNS－，S2O32－等易于給出電子的陰離子對奎寧，羅丹明及熒光素鈉等有機熒光物質也會發生熄滅作用。目前四十一頁\總數五十三頁\編于十二點5.熒光物質的自熄滅

當C＞

1M時，常發生自熄滅現象。自熄滅的原因是多樣的：（1）M*→←M

例：F熄滅苯和蒽（2）多聚體的形成多聚體與單體具有不同的吸收光譜，但不會發生熒光或熒光強度很弱。

目前四十二頁\總數五十三頁\編于十二點消除：（1）熒光熄滅作用均隨著熄滅劑的濃度增大而加大，因此若對solu稀釋可消除或減低熒光的熄滅作用；（2）溶解氧的除去，通入氮氣。目前四十三頁\總數五十三頁\編于十二點五

．熒光（磷光）強度與溶液濃度的關系

A=-lgT=εbcT=F∝()F=Φf·

若用級數展開，略去高次項，得F=2.303ΦfkCk=εbΦf稱為熒光的量子產率，Φf

目前四十四頁\總數五十三頁\編于十二點濃度效應1.內濾效應2.發光分子形成基態或激發態的聚合物3.發光的再吸收目前四十五頁\總數五十三頁\編于十二點第二節儀器

與UV-Vis的區別：

1.