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　　BOB网站INSTRUMENTAL ANALYSIS 9.1 分子发射光谱法 -分子发光基本原理- MOLECULAR EMISSION SPECTROMETRY 萤火虫 水母 萤火虫 水母 荧光棒 荧光棒 荧光 防伪标志 诺奖的颁奖词 绿色荧光蛋白在过去的10年中成为生物化学家、生物学家、医学家和其他研究人 员的引路明灯 ，成为当代生物科学研究中最重要的工具之一 。 目录/CATALOG 01 分子发光概述 02 分子发光基本原理 03 荧光、磷光与分子结构的关系 一、分子发光概述 某些物质的分子吸收一定能量跃迁到较高的电子激发态后 ，在返回电子基态的过程 中伴随有光辐射。 1、分子发光的类型 光致发光 ：日光灯 按激发模式分 化学发光 ：荧光棒 生物发光 ：萤火虫 一、分子发光概述 荧光 单重态 按分子激发态类型分 磷光 ：三重态 荧光 ：10-7 ～10 -9 s ，第一激发单重态的最低振动能级→基态 磷光 ：10-4 ～10s ，第一激发三重态的最低振动能级→基态 2、单重态和三重态 基态单重态 （S0） 电子是 自旋成对 S=0 ；M=2S+1=1 基态单重态S 激发态单重态S 激发态三重态 （T ） 0 1 1 激发态分子 电子 自旋成对 ；激发态单重态 （S1） 电子 自旋平行 S=1；M=2S+1=3 激发态三重态 （T1） 二、分子发光的基本原理 1、分子能级与跃迁 S2 电 分子能级比原子能级复杂 ； 子 在每个电子能级上 ，都存在振动、转动能级 ； T2 基态(S0)→激发态(S1、S2、激发态振动能级) ：吸收特定频率的 能 级 辐射 ；量子化 ；跃迁一次到位 ； S1 激发态→基态 ：多种途径和方式(见能级图) ；速度最快、激发态 T1 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 … 。 S0 2、 激发态→基态的能量传递途径 电子处于激发态是不稳定状态 ，返回基态时，通过辐射跃迁(发光)和无辐射跃迁等方式失去能量。 传递途径 辐射跃迁 无辐射跃迁 荧光 延迟荧光 磷光 系间跨越 内转换 外转换 振动弛豫 激发态停留时间短、返回速度快的途径 ，发生的几率大 ，发光强度相对大 ； 荧光 ：10-7 ～10 -9 s,第一激发单重态的最低振动能级→基态 磷光 ：10-4 ～10s；第一激发三重态的最低振动能级→基态 2. 激发态→基态的能量传递途径 ：非辐射能量传递过程 振动弛豫 分子将多余的振动能量传递给介质而衰变到同 一电子能级的最低振动能级的过程。发生振动 弛豫的时间10-12 s。 内转换 当S 的较低振动能级与S 的较高振动能级的能 2 1 量相当或重叠时，分子有可能从S 的振动能级 2 以无辐射方式过渡到S 的能量相等的振动能级 1 上。 （例如S S ,T T ) 2 1 2 1 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”。 系间跨越 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。 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 S → S 跃迁 ） ，发射波长为  ′ 的荧光 ； 1 0 2 10-7 ～10 -9 s 。由图可见 ，发射荧光的能量比分 子吸收的能量小 ，波长长 ； ′

　　 。 2 2 1 磷光发射 电子由第一激发三重态的最低振动能级→基态 （ T → S 跃迁）； 电子由S 进入T 的可能 1 0 0 1 过程 ： （ S → T 禁阻跃迁） 0 1 S →激发→振动弛豫→内转移→系间跨越→振动弛豫→ T 波长长 ； 0 1 磷光的寿命 ： 10-3 ～10 s 。 光照停止后 ，可持续一段时间。 内转换 振动弛豫 内转换 S2 系间跨越 S1 能 T1 T2 Jablonski 量 发 发 能级图 吸 射 外转换 射 收 荧 磷 振动弛豫 光 光 S0  3  1  2  2 三、荧光、磷光与分子结构的关系 1、分子产生荧光必须具备的条件 01 具有合适的结构 ； 02 具有一定的荧光量子产率。 荧光量子产率 （） ： 荧光量子产率与激发态能量释放各过程的速率常数有关 ，如外转换 过程速度快 ，不出现荧光发射。 三、荧光、磷光与分子结构的关系 2.化合物的结构与荧光 （1）共轭效应 ：提高共轭度有利于增加荧光效率并产生红移。 （2）刚性平面结构 ：可降低分子振动 ，减少与溶剂的相互作用 ，故具有很强的 荧光。如荧光素和酚酞有相似结构 ，荧光素有很强的荧光 ，酚酞却没有。 三、荧光、磷光与分子结构的关系 （3）取代基效应 ：芳环上有供电基 ，使荧光增强。 因为产生了p-共轭作用 ，增强了电子共轭程度 ，使最低激发单重态与基 态之间的跃迁概率增大。 （4）跃迁类型 ：* → 的荧光效率高 ，系间跨越过程的速率常数小 ， 有利于荧光的产生。 对于有机荧光物质: 4 -7 -9 * →  ：εmax≥ 10 平均寿命 10 ~ 10 sec k S→T小 n →  * ：ε ＜ 100 平均寿命 10-5~ 10-7sec max * →  是有机化合物产生荧光的主要跃迁类型。 3、影响分子发光的环境因素 （1）溶剂的影响 除一般溶剂效应外 ，溶剂的极性、氢键、配位键的形成都将使化合 物的荧光发生变化。 （2）温度的影响 荧光强度对温度变化敏感 ，温度增加 ，外转换去活的几率增加。 （3）溶液pH 对酸碱化合物 ，溶液pH的影响较大 ，需要严格控制。 4、荧光、磷光的猝灭 （1）猝灭 发光分子与溶剂或溶质分子之间所发生的导致发光强度下降的物理 或化学作用过程。 与发光

　　GB T 32610-2016_日常防护型口罩技术规范_高清版_可检索.pdf