分子荧光分析法

分子荧光分析法

发光光谱：物质分子或原子吸收辐射被激发后，电子以无辐射跃迁至第一电子激发态的最低振动能级，再以辐射的方式释放这一部分能量而产生的光谱称为荧光、磷光。

根据物质接受的辐射能量的大小及与辐射作用的质点不同，荧光分析法可分为以下几种：

1. X射线荧光分析法

用X射线作光源，待测物质的原子受激发后在很短时间内（10-8 s）发射波长在X 射线范围内的荧光。

2. 原子荧光分析法：

待测元素的原子蒸气吸收辐射激发后，在很短的时间内（10-8 s），部分将发生辐射跃迁至基态，这种二次辐射即为荧光，根据其波长可进行定性，根据谱线强度进行定量。

荧光的波长如与激发光相同，称为共振荧光。

荧光的波长比激发光波长长，称为stokes荧光；若短，称为反stokes荧光。

3. 分子荧光分析法：

有些物质的多原子分子，在用紫外、可见光（或红外光）照射时，也能发射波长在紫外、可见（红外）区荧光，根据其波长及强度可进行定性和定量分析，这就是通常的（分子）荧光分析法。

基本原理

一. 分子荧光的发生过程

（一）分子的激发态——单线激发态和三线激发态

大多数分子含有偶数电子，在基态时，这些电子成对地存在于各个原子或分子轨道中，成对自旋，方向相反，电子净自旋等于零：S=?+(-?)=0，其多重性M=2S+1=1 (M 为磁量子数)，因此，分子是抗（反）磁性的，其能级不受外界磁场影响而分裂，

称“单线态”；

图1 单线基态（A）、单线激发态（B）和三线激发态（C）

当基态分子的一个成对电子吸收光辐射后，被激发跃迁到能量较高的轨道上，通常它的自旋方向不改变，即?S=0，则激发态仍是单线态，即“单线(重)激发态”；

如果电子在跃迁过程中，还伴随着自旋方向的改变，这时便具有两个自旋不配对的电子，电子净自旋不等于零，而等于1：S=1/2+1/2=1 其多重性：M=2S+1=3 即分子在磁场中受到影响而产生能级分裂，这种受激态称为“三线(重)激发态”；

“三线激发态” 比“单线激发态” 能量稍低。但由于电子自旋方向的改变在光谱学上一般是禁阻的，即跃迁几率非常小，只相当于单线态→单线态过程的10-6~10-7。（二）分子去活化过程及荧光的发生：

（一个分子的外层电子能级包括S0（基态）和各激发态S1，S2，…..，T1…..，每个电子能级又包括一系列能量非常接近的振动能级）

处于激发态的分子不稳定，在较短的时间内可通过不同途径释放多余的能量（辐射或非辐射跃迁）回到激态，这个过程称为“去活化过程”，这些途径为：

1. 振动弛豫：在溶液中，处于激发态的溶质分子与溶剂分子间发生碰撞，把一部分能

量以热的形式迅速传递给溶剂分子（环境），在10-11~10-13 秒时间回到同一电子激发态的最低振动能级，这一过程称为振动弛豫。

图2 分子吸收和发射过程的能级图

2. 内转换：当激发态S2的较低振动能级与S1的较高振动能级的能量相当或重叠时，分子有可能从S2的振动能级以无辐射方式过渡到S1的能量相等的振动能级上，这一无辐射过程称为“内转换”。

（“ 内转换”过程同样也发生在三线激发态的电子能级间）

3. 外转换：激发态分子与溶剂分子或其他溶质分子相互作用（如碰撞）而以非辐射形式转移掉能量回到基态的过程称“外转换” 。

4.系间跨跃：当电子单线激发态的最低振动能级与电子三线激发态的较高振动能级相重叠时，发生电子自旋状态改变的S—T 跃迁，这一过程称为“系间跨跃” 。

（含有高原子序数的原子如Br2、I2 的分子中，由于分子轨道相互作用大，此过程最为常见。）

5. 荧光发射：当激发态的分子通过振动驰豫—内转换—振动驰豫到达第一单线激发态的最低振动能级时，第一单线激发态最低振动能级的电子可通过发射辐射（光子）跃回到基态的不同振动能级，此过程称为“荧光发射”。

如果荧光几率较高，则发射过程较快，需10-8秒。（它代表荧光的寿命）

由于不同电子激发态（S）的不同振动能级相重叠时，内转换发生速度很快（容易），在10-11~1013秒内完成，所以通过重叠的振动能级发生内转换的几率要比由高激发态发射荧光的几率大的多，因此，尽管使分子激发的波长有短（λ1）有长（λ2），但发射

荧光的波长只有λ3（>λ1>λ2）。

6. 磷光发射：第一电子三线激发态最低振动能级的分子以发射辐射（光子）的形式回到基态的不同振动能级，此过程称为 “磷光发射”。

（磷光的波长λ4较荧光的波长λ3稍长，发生过程较慢 约 10-4~10s ）

由于三线态 — 单线态的跃迁是禁阻的，三线态寿命比较长，（10-3~10s 左右），若没其它过程同它竞争时，磷光的发生就有可能；由于三线态寿命较长，因而发生振动弛豫及外转换的几率也高，失去激发能的可能性大，以致在室温条件下很难观察到溶液中的磷光现象。因此，试样采用液氮冷冻降低其它去活化才能观察到某些分子的磷光。 总之：处于激发态的分子，可以通过上述不同途径回到基态，哪种途径的速度快，哪种途径就优先发生。

如果—发射荧光使受激分子去活化过程与其他过程相比 较快，则荧光发生几率高，强度大。

如果—发射荧光使受激分子去活化过程与其他过程相比 较慢，则荧光很弱或不发生。

（三）荧光量子效率：

物质发射荧光的光子数与吸收激发光的光子数的比值。

吸收激发光的光子数

发射荧光的光子数=Φ (1) Φ 数值在 0~1 之间。他的大小取决于物质分子的化学结构及环境（t 0c 、pH 、溶剂等）。

二. 激发光谱与荧光（发射）光谱

1. 激发光谱：将激发荧光的光源用单色器分光，连续改变激发光波长，固定荧光发射波长，测定不同波长激发光下物质溶液发射的荧光强度(F )，作F —λ光谱图称激发光谱。 从激发光谱图上可找到发生荧光强度最强的激发波长λex ，选用 λex 可得到强度最大的荧光。

2. 荧光光谱：选择λex 作激发光源，用另一单色器将物质发射的荧光分光，记录每一波长下的 F ，作 F- λ 光谱图称为荧光光谱。

荧光光谱中荧光强度最强的波长为 λem 。

λex 与 λem 一般为定量分析中所选用的最灵敏的波长。

三. 荧光与分子结构的关系

1. 分子结构与荧光

具有 π、 π 及 n 、 π 电子共轭结构的分子能吸收紫外和可见辐射而发生 π -π* 或 n - π* 跃迁，然后在受激分子的去活化过程中发生 π*- π或 π*- n 跃迁而发射荧光。 发生 π - π* 跃迁分子，其摩尔吸光系数（?）比 n - π* 跃迁分子的大100—1000倍，它的激发单线态与三线态间的能量差别比 n - π* 的大的多，电子不易形成自旋反转，体系间跨越几率很小，因此， π - π* 跃迁的分子，发生荧光的量子效率高，速率常数大，荧光也强。

所以——只有那些具有 π- π 共轭双键的分子才能发射较强的荧光；

π 电子共轭程度越大，荧光强度就越大（ λex 与 λem 长移）大多数含芳香环、杂环的化合物能发出荧光，且 π 电子共轭越长， Φ 越大。

2. 取代基对分子发射荧光的影响

（1）（苯环上）取代 给电子基团，使 π 共轭程度升高 荧光强度增加：如–CH 3，–NH 2 ，–OH ，–OR 等。

（2） (苯环上）取代吸电子基团，时荧光强度减弱甚至熄灭：如： ，–COOH ，–CHO ， –NO 2 ，–N=N –。

（3）高原子序数原子，增加体系间跨越的发生，使荧光减弱甚至熄灭。如：Br ，I 。

3. 共面性高的刚性多环不饱和结高的分子有利于荧光的发射。

例如：荧光素呈平面构型，其结构具有刚性，它是强荧光物质；而酚酞分子由于不易保持平面结构，故而不是荧光物质。

? 溶液的荧光强度

一.荧光强度与溶液浓度的关系

荧光是由物质吸收光能后发射而出，因此，溶液的荧光强度 F 和溶液吸收光能的程度以及物质的荧光频率有关：

F ∝（I 0-I t ）→ F = K ’（I 0-I t ） (2) K ’ 为常数，取决于荧光物质的量子效率Φ，根据L —B 定律：

bc

t I I ε-=100

bc t I I ε-?=100

所以 F = K’ ( I 0-I 010

-εbc ) = K’ I 0 ( 1-10-εbc ) = K’ I 0 ( 1-e -2.303εbc ) (3) 将式中 e -2.303εbc 展开，得

)!

3)303.2(!2)303.2(303.2('3

20 ++-=bc bc bc I K F εεε (4) 当 2.303εbC ≤ 0.05 时(浓度很小，溶液较稀时)，上式括号内第一项以后的各项均可忽略不计，所以：

F = K’I 02.303εbc （5）

对于一荧光物质的稀溶液，当 I 0 及 b 一定时，

F = K·c （6）

即在低浓度（2.303εbc ≤ 0.05）时，溶液的荧光强度与荧光物质的浓度呈（线性）正比关系。

二. 定量分析方法

1. 工作曲线法：

配制一系列浓度梯度的待测物的标准溶液，同空白溶液，使样经过相同的处理之后分别测定荧光强度：F s 、F 0、F x ，然后作（ F s - F 0）— c 曲线，根据（F x –F 0)，从工作曲线上求得待测物的浓度（或含量）。

2. 直接比较法 ：

如果荧光物质溶液的工作曲线通过原点，就可选择其线性范围，用直接比较法进行测定：

F sˉF 0 = Kc S ， F xˉF 0 = Kc x s s x x c F F F F c ?-==

0 （7） 三. 影响荧光强度的外界因素

1. 激发光源：一般选用λex 最大

但对某些易感光、易分解的荧光物质，尽量采用长波长，低 I 0 及短时间光照

2. 温度：大多数分子在温度升高时，分子与分子之间，分子与溶剂分子之间的碰撞频率升高，非辐射能量转移过程升高，Φ 降低，因此，降低温度，有利于提高 Φ 。

3. 溶液的 pH ：带有酸性或碱性环状取代基的芳香组化合物的荧光一般都与 pH 值有关，有些化合物在离子状态时不显荧光。为此，在用荧光强度进行定量测定时，严格

控制溶液pH值是非常重要的。

4. 溶剂：对π—π共轭的荧光物质

在极性溶剂中，?E 减小↓→跃迁几率升高↑→Φ↑（波长长移）

溶剂粘度↓→Φ↓

5. 内滤：当荧光波长与荧光物质或其它物质的吸收峰相重叠时，将发生自吸收使荧光物质的荧光强度下降，此现象称“内滤” 。

6. 散射光的影响（溶剂的二种散射）

（1）瑞利散射光：物质（溶剂或其它分子）分子吸收光能后，跃迁到基态的较高振动能级，在极短时间（10-12s）返回到原来的振动能级并发出和原来吸收光相同波长的光，这种光称为瑞利散射光。

（2）拉曼散射光：物质分子吸收光能后，若电子返回到比原来能极稍高（或稍低）的振动能级而发射的光称为拉曼散射光。

瑞利散射光波长与激发光波长相同，拉曼散射与激发光波长不同，而荧光物质的荧光波长与激发光波长无关，因此可以通过选择适当的激发波长将拉曼散射光与荧光分开。

7. 荧光熄灭剂的影响：

荧光熄灭：荧光物质分子与溶液中其它物质分子之间作用导致荧光强度降低的现象。

荧光熄灭剂：引起荧光熄灭的物质。

如：X-，重金属离子、O2、硝基化物质、重氮化合物等。

尤其是溶液中的溶解氧能引起几乎所有的荧光物质产生不同程度的荧光熄灭现象，因此，在较严格的荧光实验中必须除O2 。

8. 表面活性剂的影响：提高荧光强度。

?测量荧光的仪器

荧光计、荧光分光光度计的基本组成部件：激发光源、样品池、单色器、检测器、显示系统。

1. 激发光源：要比吸收法中光源强度大。

汞灯：提供线光谱（光源强度随λ变化大）

碘钨灯：提供连续光谱300~700nm.

氙灯：提供连续光谱250~700nm，300~400nm 段强度相近。

激光：发光强度大，能极大地提高荧光分析的灵敏度。

2. 样品池：通常用石英材料制成长方体形（方形），（散射光较少），低温荧光测定时在一样品池外套一个液氮的透明石英真空瓶。

3. 单色器：

荧光计——两个滤光片。

第一滤光片：在光源与样品池之间，滤去不需要的光让需要的激发光通过。

第二滤光片：在样品池与检测器之间，滤去溶剂散射光，容器表面散射光，杂质发出的光等，让待测物质发射的荧光通过。

荧光分光光度计——两个光栅（位置同滤光片）单色性好。

4. 检测器：因荧光通常较弱，采用光电倍增管作检测器，灵敏度高。

5. 显示系统：光度表、计算机操作系统等

?应用与示例

一.无机化合物的荧光分析

无机化合物除了钠盐等少数例外，一般不显示荧光。但很多金属或非金属离子可以与一有π电子共轭结构的有机化合物形成有荧光的化合物后，用荧光法测定：

1. 直接分析法：形成配（鳌）合物

元素：Al、Au、B、Be、Ca、Cd、Cu、Eu、Ga、Ge、Hf、Mg、Nb、Pb、Rh、Ru、S、Se、Sn、Si、Ta (钽)、Th(钍)、Te、W、Zn、Zr 等。

常用有机荧光试剂：8-羟基喹啉，安息香、茜素紫酱R，黄酮醇，二苯乙醇酮等。

二. 有机化合物的荧光分析

荧光分析法主要应用于有机物、生化物质、药物的测定（200多种）；包括

有机化合物如：多环胺类、萘酚类、吲哚类、多环芳烃、氨基酸、蛋白质等。

药物如：吗啡、喹啉类、异喹啉类、麦角碱、麻黄碱等。

维生素如：维生素A、B1、B2、B6、B12、E、C、叶酸等。

甾体、抗生素、酶、辅酶等。

常见荧光试剂：荧胺→脂肪族或芳香族伯胺类；

邻苯二甲醛(OPA) →伯胺类及大多数氨基酸；

NBD →伯及仲类氨基酸，尤其是脯氨酸。

三. 基因研究及检测

遗传物质的脱氧核糖酸(DNA), 自身的荧光效率很低, 一般条件下几乎检测不到DNA 的荧光.因此, 常选用某些荧光分子作为探针, 通过探针标记分子的荧光变化来研究DNA 与小分子及药物的作用机理, 从而探讨致病原因及筛选和设计新的高效低毒药物。目前, 典型的荧光探针分子为溴化乙锭(EB)。此外也使用钉的配合物等.在基因检测方面, 已逐步使用荧光染料作为标记物来代替同位素标记, 从而克服了同位素标记物产生的污染、价格昂贵及难保存等的不足。

荧光分析法检测原理及应用举例

1 荧光定义 某些化学物质从外界吸收并储存能量而进入激发态，当其从激发态回到基态时，过剩的能量以电磁辐射的形式放射出去即发光，称之为荧光。可产生荧光的分子或原子在接受能量后引起发光，供能一旦停止，荧光现象随之消失。 2 荧光分类 由化学反应引起的荧光称为化学荧光，由光激发引起的荧光称为光致荧光，课题主要研究光致荧光。按产生荧光的基本微粒不同，荧光可分为原子荧光、X 射线荧光和分子荧光，课题主要研究分子荧光。 3 光致荧光机理 某一波长的光照射在分子上，分子对此光有吸收作用，光能量被分子所吸收，分子具有的能量使分子的能级由最低的基态能级上升至较高的各个激发态的不同振动能级，称为跃迁。分子在各个激发态处于不稳定的状态，并随时在激发态的不同振动能级下降至基态，在下降过程中，分子产生发光现象，此过程为释放能量的过程，即为光致荧光的机理。光致荧光的过程按照时间顺序可分为以下几部分。 分子受激发过程 在波长为10~400nm的紫外区或390~780nm的可见光区，光具有较高的能量，当某一特征波长的光照射分子时，是的分子会吸收此特征波长的光能量，能量由光传递到分子上，此过程为分子受激发过程。分子中的电子会出现跃迁过程，在稳定的基态向不稳定的激发态跃迁。跃迁所需要的能量为跃迁前后两个能级的能量差，即为吸收光的能量。分子跃迁至不稳定的激发态中即为电子激发态分子。 在电子激发态中，存在多重态。多重态表示为2S+1。S为0或1，它表示电子在自转过程中，具有的角动量的代数和。S=0表示所有电子自旋的角动量代数和为0，即所有电子都是自旋配对的，那么2S+1=1，电子所处的激发态为单重态， 用S i 表示，由此可推出，S 即为基态的单重态，S 1 为第一跃迁能级激发态的单重 态，S 2 为第二跃迁能级激发态的单重态。S=1表示电子的自旋方向不能配对，说明电子在跃迁过程中自旋方向有变化，存在不配对的电子为2个，2S+1=3，电子 在激发态中位于第三振动能级，称为三重态，用T i 来表示，T 1 即为第一激发态中 的三重态，T 2 即为第二激发态中的三重态，以此类推。

分子荧光分析法基本原理

分子荧光分析法基本原理 一. 分子荧光的发生过程 （一）分子的激发态——单线激发态和三线激发态 大多数分子含有偶数电子，在基态时，这些电子成对地存在于各个原子或分子轨道中，成对自旋，方向相反，电子净自旋等于零：S=?+(-?)=0，其多重性M=2S+1=1 (M 为磁量子数)，因此，分子是抗（反）磁性的，其能级不受外界磁场影响而分裂，称“单线态”； 图1 单线基态（A）、单线激发态（B）和三线激发态（C） 当基态分子的一个成对电子吸收光辐射后，被激发跃迁到能量较高的轨道上，通常它的自旋方向不改变，即 ?S=0，则激发态仍是单线态，即“单线(重)激发态”； 如果电子在跃迁过程中，还伴随着自旋方向的改变，这时便具有两个自旋不配对的电子，电子净自旋不等于零，而等于1： S=1/2+1/2=1 其多重性： M=2S+1=3 即分子在磁场中受到影响而产生能级分裂，这种受激态称为“三线(重)激发态”； “三线激发态” 比“单线激发态” 能量稍低。但由于电子自旋方向的改变在光谱学上一般是禁阻的，即跃迁几率非常小，只相当于单线态→单线态过程的 10-6~10-7。 （二）分子去活化过程及荧光的发生： （一个分子的外层电子能级包括S0（基态）和各激发态S1，S2，…..，T1…..，每个电子能级又包括一系列能量非常接近的振动能级） 处于激发态的分子不稳定，在较短的时间内可通过不同途径释放多余的能量（辐射或非辐射跃迁）回到激态，这个过程称为“去活化过程”，这些途径为： 1. 振动弛豫：在溶液中，处于激发态的溶质分子与溶剂分子间发生碰撞，把一部分能量以热的形式迅速传递给溶剂分子（环境），在10-11~10-13 秒时间回到同一电子激发态的最低振动能级，这一过程称为振动弛豫。

荧光分析法基本概念

紫外可见吸收光谱 一紫外吸收光谱分析 基于物质对200-800nm光谱区辐射的吸收特性而建立起来的分析测定方法称为紫外-可见吸收光谱法或紫外-可见分光光度法。它属于分子吸收光谱，是由于分子内电子跃迁而产生的光谱。 二紫外光谱的产生 物质分子的能量具有量子化的特征（即物质分子的能量具有不连续的特征）。一个分子有一系列能级，其中包括许多电子能级，分子振动能级以及分子转动能级。分子吸收特定的波长的光而产生吸收光谱 分子的紫外吸收光谱是由于分子中价电子的跃迁而产生的，从化学键的性质上考虑，与电子光谱有关的主要是三种电子：（1）形成单键的σ电子；（2）形成双键的π电子；（3）分子中非键电子即n 电子。 化合物不同，所含的价电子类型不同，所产生的电子跃迁类型不同，根据分子轨道理论，分子中这三种电子能级的高低次序大致是：（σ）＜（π）＜（n）＜（π*）＜（σ* ）σ,π是成键轨道，n 是非键轨道，σ* ,π* 是反键轨道 由于电子能级间跃迁的同时总伴随有振动和转动能级间的跃迁。即电子光谱中总包含有振动能级和转动能级间跃迁产生的若干谱线而呈现宽谱带。 二紫外光谱的表示方法

紫外光谱图是由横坐标、纵坐标和吸收曲线组成的。 横坐标表示吸收光的波长，用nm（纳米）为单位。 纵坐标表示吸收光的吸收强度，可以用A(吸光度)、T(透射比或透光率或透过率)、1-T(吸收率)、 (吸收系数) 中的任何一个来表示。 吸收曲线表示化合物的紫外吸收情况。曲线最大吸收峰的横坐标为该吸收峰的位置，纵坐标为它的吸收强度。

四、紫外光谱中常用的几个术语 1.发色基团和助色基团 发色基团：是能导致化合物在紫外及可见光区产生吸收的基团，不论是否显示颜色都称为发色基团。一般不饱和的基团都是发色基团（C=C、C=O、N=N 、三键、苯环等） 助色基团：指那些本身不会使化合物分子产生颜色或者在紫外及可见光区不产生吸收的一些基团，但这些基团与发色基团相连时却能使发色基团的吸收带波长移向长波，同时使吸收强度增加。助色基团通常是由含有孤对电子的元素所组成（-NH2, -NR2, -OH , -OR , -Cl等），这些基团借助P-π共轭使发色基团增加共轭程度，从而使电子跃迁的能量下降。 2．红移、蓝移、增色效应和减色效应 由于有机化合物分子中引入了助色基团或其他发色基团而产生

分子荧光分析法

分子荧光分析法 发光光谱：物质分子或原子吸收辐射被激发后，电子以无辐射跃迁至第一电子激发态的最低振动能级，再以辐射的方式释放这一部分能量而产生的光谱称为荧光、磷光。 根据物质接受的辐射能量的大小及与辐射作用的质点不同，荧光分析法可分为以下几种： 1. X射线荧光分析法 用X射线作光源，待测物质的原子受激发后在很短时间内（10-8 s）发射波长在X 射线范围内的荧光。 2. 原子荧光分析法： 待测元素的原子蒸气吸收辐射激发后，在很短的时间内（10-8 s），部分将发生辐射跃迁至基态，这种二次辐射即为荧光，根据其波长可进行定性，根据谱线强度进行定量。 荧光的波长如与激发光相同，称为共振荧光。 荧光的波长比激发光波长长，称为stokes荧光；若短，称为反stokes荧光。 3. 分子荧光分析法： 有些物质的多原子分子，在用紫外、可见光（或红外光）照射时，也能发射波长在紫外、可见（红外）区荧光，根据其波长及强度可进行定性和定量分析，这就是通常的（分子）荧光分析法。

基本原理 一. 分子荧光的发生过程 （一）分子的激发态——单线激发态和三线激发态 大多数分子含有偶数电子，在基态时，这些电子成对地存在于各个原子或分子轨道中，成对自旋，方向相反，电子净自旋等于零：S=?+(-?)=0，其多重性M=2S+1=1 (M 为磁量子数)，因此，分子是抗（反）磁性的，其能级不受外界磁场影响而分裂， 称“单线态”； 图1 单线基态（A）、单线激发态（B）和三线激发态（C） 当基态分子的一个成对电子吸收光辐射后，被激发跃迁到能量较高的轨道上，通常它的自旋方向不改变，即?S=0，则激发态仍是单线态，即“单线(重)激发态”； 如果电子在跃迁过程中，还伴随着自旋方向的改变，这时便具有两个自旋不配对的电子，电子净自旋不等于零，而等于1：S=1/2+1/2=1 其多重性：M=2S+1=3 即分子在磁场中受到影响而产生能级分裂，这种受激态称为“三线(重)激发态”； “三线激发态” 比“单线激发态” 能量稍低。但由于电子自旋方向的改变在光谱学上一般是禁阻的，即跃迁几率非常小，只相当于单线态→单线态过程的10-6~10-7。（二）分子去活化过程及荧光的发生： （一个分子的外层电子能级包括S0（基态）和各激发态S1，S2，…..，T1…..，每个电子能级又包括一系列能量非常接近的振动能级） 处于激发态的分子不稳定，在较短的时间内可通过不同途径释放多余的能量（辐射或非辐射跃迁）回到激态，这个过程称为“去活化过程”，这些途径为： 1. 振动弛豫：在溶液中，处于激发态的溶质分子与溶剂分子间发生碰撞，把一部分能

分子荧光分析法基本原理

分子荧光分析法基本原理 发布日期：2005-10-07 浏览次数：9297 一. 分子荧光的发生过程 （一）分子的激发态——单线激发态和三线激发态 大多数分子含有偶数电子，在基态时，这些电子成对地存在于各个原子或分子轨道中，成对自旋，方向相反，电子净自旋等于零：S=?+(-?)=0，其多重性M=2S+1=1 (M为磁量子数)，因此，分子是抗（反）磁性的，其能级不受外界磁场影响而分裂， 称―单线态‖； 图1 单线基态（A）、单线激发态（B）和三线激发态（C） 当基态分子的一个成对电子吸收光辐射后，被激发跃迁到能量较高的轨道上，通常它的自旋方向不改变，即?S=0，则激发态仍是单线态，即―单线(重)激发态‖； 如果电子在跃迁过程中，还伴随着自旋方向的改变，这时便具有两个自旋不配对的电子，电子净自旋不等于零，而等于1：S=1/2+1/2=1 其多重性：M=2S+1=3

即分子在磁场中受到影响而产生能级分裂，这种受激态称为―三线(重)激发态‖； ―三线激发态‖ 比―单线激发态‖ 能量稍低。但由于电子自旋方向的改变在光谱学上一般是禁阻的，即跃迁几率非常小，只相当于单线态→单线态过程的10-6~10-7。 （二）分子去活化过程及荧光的发生： （一个分子的外层电子能级包括S0（基态）和各激发态S1，S2，…..，T1…..，每个电子能级又包括一系列能量非常接近的振动能级） 处于激发态的分子不稳定，在较短的时间内可通过不同途径释放多余的能量（辐射或非辐射跃迁）回到激态，这个过程称为―去活化过程‖，这些途径为： 1. 振动弛豫：在溶液中，处于激发态的溶质分子与溶剂分子间发生碰撞，把一部分能量以热的形式迅速传递给溶剂分子（环境），在10-11~10-13秒时间回到同一电子激发态的最低振动能级，这一过程称为振动弛豫。