【正文】 b. 分子的幾何排布 物質(zhì)的分子為平面型，且具有一定的剛 性結(jié)構(gòu)，這樣的分子熒光強(qiáng)烈。 共扼度越大，則離域 ?電子愈易被激發(fā)，愈 易產(chǎn)生熒光。因此，熒光物質(zhì)必須具有較大的熒 光效率。 熒光效率（又稱：量子產(chǎn)率，記為 ?） 吸收的光子數(shù)發(fā)射的光子數(shù)激發(fā)態(tài)的分子數(shù)發(fā)射熒光的分子數(shù) ??? 熒光效率愈大，熒光的發(fā)射強(qiáng)度愈大， 無(wú)輻射躍遷幾率就愈小。 ? 熒光與物質(zhì)分子結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系 １ . 物質(zhì)產(chǎn)生熒光的兩個(gè) 必須條件 物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)與熒光的發(fā)生及熒光強(qiáng) 度的大小有著緊密有關(guān)。 這是由于熒光物質(zhì)不管它被激發(fā)到哪一 個(gè)更高的電子能級(jí)，它返回到基態(tài)時(shí)總是先 以多種無(wú)輻射形式過(guò)渡到第一電子激發(fā)態(tài)的 最低振動(dòng)能級(jí)上，然后才輻射躍遷到電子基 態(tài)的任一能級(jí)，同時(shí)發(fā)射出熒光光譜。 ４ . 分子吸收光譜與分子熒光光譜的關(guān)系 分子吸收光譜和分子熒光光譜都是分子 內(nèi)部振動(dòng)能級(jí)結(jié)構(gòu)的反映，但是分子吸收光 譜是反映電子激發(fā)態(tài)中各個(gè)振動(dòng)能級(jí)結(jié)構(gòu)情 況。 ? 磷光與熒光的區(qū)別主要為： （ 1）產(chǎn)生磷光的過(guò)程稍長(zhǎng)，約在 105秒 ~ 秒，有時(shí)長(zhǎng)達(dá) 1秒以上； （ 2）兩者發(fā)光機(jī)理不同； （ 3）在輻射停止幾秒或更長(zhǎng)一段時(shí)間后，仍 能檢測(cè)到磷光，而上述熒光現(xiàn)象在照射光一 旦停止照射，熒光便立即 消失。 因此，熒光光譜的形狀和激發(fā)光的波長(zhǎng) 無(wú)關(guān)。 熒光物質(zhì)的分子吸收了特征頻率的光能 后，由基態(tài)躍遷到能級(jí)較高的第一電子激發(fā) 態(tài)或第二電子激發(fā)態(tài)，然后通過(guò)無(wú)輻射躍遷 返回到第一電子激發(fā)態(tài)的最低振動(dòng)能級(jí)上， 再?gòu)脑撃芗?jí)降落至基態(tài)的各個(gè)不同的振動(dòng)能 級(jí)上，同時(shí)放出相應(yīng)能量的分子熒光，最后 以無(wú)輻射形式回到基態(tài)的最低振動(dòng)能級(jí)。 /激發(fā)態(tài)分子的電子自 旋發(fā)生倒轉(zhuǎn)而使分子的多重態(tài)發(fā)生變化的過(guò) 程。 （ 3） 外轉(zhuǎn)換 ：激發(fā)分子與溶劑或其它分子之 間產(chǎn)生相互作用而轉(zhuǎn)移能量的非輻射躍遷； 外轉(zhuǎn)換使熒光或磷光減弱或“猝滅”。 （ 2） 內(nèi)轉(zhuǎn)換 ：相同多重態(tài)的兩個(gè)電子能級(jí)間， 電子由高能級(jí)回到低能級(jí)的分子內(nèi)過(guò)程。 （ 1） 振動(dòng)弛豫 ： 激發(fā)態(tài)分子由同一電子能級(jí) 中的較高振動(dòng)能級(jí)轉(zhuǎn)至較低振動(dòng)能級(jí)的過(guò)程， 其效率較高。 （ 2）第一、第二、 … 電子激發(fā)單重態(tài)表示 為 S S2… ； 第一、第二、 … 電子激發(fā)三重態(tài)表示 為 T T2… 。 圖 31 吸收光譜和熒光光譜能級(jí)躍遷示意圖 ? 分子熒光產(chǎn)生的本質(zhì) (Molecular Fluorescence) ?電子激發(fā)態(tài)的多重度： M=2S+1（ S為電子 自旋量子數(shù)的代數(shù)和（ 0或 1） 平行自旋比成對(duì)自旋穩(wěn)定（洪特規(guī)則）， 三重態(tài)能級(jí)比相應(yīng)單重態(tài)能級(jí)低。 ?相對(duì)于磷光和化學(xué)發(fā)光而言，目前熒光法 的應(yīng)用較多。 ?熒光和磷光同屬光致發(fā)光。利用化學(xué)發(fā)光進(jìn)行分析工作叫 “化學(xué)發(fā)光分析”。 ?除了吸收光能使分子激發(fā)而發(fā)光，根據(jù)起 始激發(fā)形成的方式，可以將熒光同其它的發(fā) 光類型（ 例如 ：生物發(fā)光、熱發(fā)光、化學(xué)發(fā) 光和摩擦發(fā)光）區(qū)別開來(lái)。 ?物質(zhì)除了受紫外 可見光照射后會(huì)發(fā)出紫外 和可見（ UVVis）熒光之外，受其它各種不 同波長(zhǎng)光的照射后，同樣也有發(fā)光現(xiàn)象。 不僅能直接和間接地分析眾多的有機(jī)化合物， 而且利用與有機(jī)試劑間的反應(yīng)還能進(jìn)行許多 無(wú)機(jī)元素的測(cè)定。 在儀器化方面，微機(jī)控制的全自動(dòng)熒光 分析儀具有靈敏度高（比紫外 可見分光光 度法高 2~3個(gè)數(shù)量級(jí)）、選擇性好、工作曲 線線性范圍寬，且能提供激發(fā)光譜、發(fā)射光 譜、發(fā)光強(qiáng)度、發(fā)光壽命、量子產(chǎn)率、偏振 和各向異性諸多信息等優(yōu)點(diǎn)，已成為一種重 要的痕量分析技術(shù)。 時(shí)至今日，熒光分析在方法上取得了極 大的進(jìn)展。第三章 熒光分光光度法 (Fluorescence Spectrophotometry) 前言： ? 1852年，斯托克斯（ Stokes）發(fā)現(xiàn)螢石在 暗處受到光的照射會(huì)發(fā)出一種藍(lán)白色的光， 他把這種光命名為“熒光”。 ? 1868年 Goppelstroeder發(fā)表了利用 Al桑色 素綠色熒光來(lái)分析微量 Al的分析方法，可見 熒光分析是一種歷史悠久的分析方法。促進(jìn)了諸如時(shí)間分辨、相分辨、 熒光偏振、熒光免疫、同步熒光等熒光分析 新方法的發(fā)展，同時(shí)促使各種各樣新型熒光 分析儀器的出現(xiàn)。 在生物、醫(yī)學(xué)、醫(yī)藥、環(huán)境和石油工業(yè) 等諸多領(lǐng)域，熒光分析法都有廣泛的應(yīng)用。 隨著科技的發(fā)展進(jìn)步，熒光這種光致發(fā) 光 （ photoluminescence）的本質(zhì)進(jìn)一步被揭 開。 例如： X熒光、紅外熒光等。 ?通過(guò)化學(xué)反應(yīng)使分子受激而發(fā)光稱為“化 學(xué)發(fā)光”。 ?化學(xué)發(fā)光分析、熒光分析和磷光分析統(tǒng)稱 為“ 分子發(fā)光分析 (molecular luminescence)”。通過(guò)測(cè)定發(fā)光 的強(qiáng)度可以定量測(cè)定許多痕量的無(wú)機(jī)物和有 機(jī)物。 本章主要討論熒光分析。 ?激發(fā)態(tài) → 基態(tài)的能量傳遞途徑： （ 1）多種途徑和方式（見能級(jí)圖）：返回 速度最快、 激發(fā)態(tài)壽命最短（停留時(shí)間短） 的途徑占優(yōu)勢(shì)，發(fā)生的幾率大，發(fā)光強(qiáng)度相 對(duì)大。 （ 3）電子處于激發(fā)態(tài)是不穩(wěn)定狀態(tài)，返回基 態(tài)時(shí)，通過(guò)輻射躍遷（發(fā)光）和無(wú)輻射躍遷 等方式失去能量； （ 4） 輻射躍遷 ：熒光、延遲熒光和磷光； ?無(wú)輻射躍遷（ 非輻射能量傳遞過(guò)程 ） ： 系間跨越 、 內(nèi)轉(zhuǎn)移 、 外轉(zhuǎn)移 和 振動(dòng)弛豫 。 發(fā)生振動(dòng)弛豫的時(shí)間 1012s。 通過(guò)內(nèi)轉(zhuǎn)換和振動(dòng)弛豫，高激發(fā)單重態(tài)的 電子躍遷回第一激發(fā)單重態(tài)的最低振動(dòng)能級(jí)。 （ 4） 系間跨越 ：不同多重態(tài)，有重疊的轉(zhuǎn)動(dòng) 能級(jí)間的非輻射躍遷。 改變電子自旋，禁阻躍遷，通過(guò)自旋 軌 道耦合進(jìn)行。 需要注意的是： （ 1）整個(gè)過(guò)程是在單線態(tài)之間進(jìn)行的； （ 2）產(chǎn)生熒光的過(guò)程極快，約在 108秒左右 內(nèi)完成； （ 3）熒光的產(chǎn)生是由第一電子激發(fā)態(tài)的最低 振動(dòng)能級(jí)開始，而與熒光分子被激發(fā)至哪一 個(gè)能級(jí)無(wú)關(guān)。 2. 磷光（ Phosphorescence） 當(dāng)某些物質(zhì)分子被激發(fā)到較高的能級(jí)， 并通過(guò)無(wú)輻射躍遷降落至第一電子激發(fā)態(tài)的 最低振動(dòng)能級(jí)之后，尚不能繼續(xù)直接降落至 基態(tài)，而是通過(guò)另一次無(wú)輻射躍遷降至一個(gè) 中間的亞穩(wěn)態(tài)能級(jí) —三重線態(tài)上，這些分子 在三重線態(tài)上經(jīng)短暫停留后，再降落至基態(tài) 的各個(gè)不同的振動(dòng)能級(jí)上，同時(shí)發(fā)出輻射光， 稱這種發(fā)出的輻射光為磷光。 3. 遲滯熒光（延遲熒光） 某些分子在躍遷至三重線態(tài)之后，通過(guò) 熱激活作用，可以再回升至第一電子激發(fā)態(tài) 的各振動(dòng)能級(jí)上，然后再由第一電子激發(fā)態(tài) 的最低振動(dòng)能級(jí)（ v=0）降落至基態(tài)的各個(gè)不 同振動(dòng)能級(jí)而發(fā)出熒光，這種光叫做 遲滯熒 光 （或： 延遲熒光 ）。 在大多數(shù)分子中，由于電子激發(fā)態(tài)和電 子基態(tài)的各個(gè)振動(dòng)能級(jí)結(jié)構(gòu)相似，因此吸收 光譜和熒光光譜往往呈現(xiàn)大致的鏡像對(duì)稱關(guān) 系。所以 熒光光譜比吸收光譜簡(jiǎn)單一些。 ? 分子產(chǎn)生熒光必須具備兩個(gè)條件： （ 1）物質(zhì)分子必須具有能吸收一定頻率光的 特征結(jié)構(gòu)； （ 2）物質(zhì)分子在吸收了特征頻率的輻射能 之后，必須具有高的熒光率，即具有較高的 熒光效率（ fluorescence efficiency）。 當(dāng)熒光效率等于零時(shí)就意味著不能發(fā) 射熒光。 ２ . 物質(zhì)產(chǎn)生熒光與其分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系 (1) 有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)與分子熒光的關(guān)系 什么樣結(jié)構(gòu)的有機(jī)化合物會(huì)發(fā)出熒光？ 一般可以從以下三方面來(lái)分析： a. 碳原子骨架 一般含有共扼體系的分子可產(chǎn)生熒光。所以絕大多數(shù)熒光物質(zhì)含有芳 香環(huán)或雜環(huán)。 對(duì)于順?lè)串悩?gòu)體，順式分子的兩個(gè)基團(tuán) 在同一側(cè)，由于位阻原因不能共平面，而沒(méi) 有熒光。 （ !!）位置 ?鄰、對(duì)位取代，熒光增強(qiáng)；間位取代，熒 光減弱。 (2) 無(wú)機(jī)化合物的熒光 除過(guò)渡元素的順磁性原子會(huì)發(fā)生線狀熒 光光譜外，大多數(shù)無(wú)機(jī)鹽類金屬離子，在溶 液中只能發(fā)生無(wú)輻射躍遷，因而不能產(chǎn)生熒 光。 不少有機(jī)化合物雖然具有共軛雙鍵，但由于不是剛性結(jié)構(gòu)，分子處于非同一平面， 因而不發(fā)生熒光。 例 如： 8羥基喹啉本身有很弱的熒光， 但其金屬螯合物具有很強(qiáng)的熒光。 一般來(lái)說(shuō)，能產(chǎn)生這類熒光的金屬離子 具有硬酸型結(jié)構(gòu)， 例如： Be2+、 Mg2+、 Al3+ 等。