主题：【分享】【资料整理】分子荧光分析法

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=½+(-½)=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”；

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ÄS=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。

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^-11~10^-13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。

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—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ex，选用 ex可得到强度最大的荧光。
2. 荧光光谱：选择ex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-  光谱图称为荧光光谱。
    荧光光谱中荧光强度最强的波长为 em 。
ex 与 em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. 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  共轭程度升高荧光强度增加：如–CH3，–NH2 ，–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， –NO2 ，–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 。
2. 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。

四. 影响荧光强度的外界因素
1.  激发光源：一般选用ex 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 I0 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， 降低，因此，降低温度，有利于提高  。
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↑ → ↑（波长长移）
溶剂粘度 ↓ → ↓
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。

荧光仪器组成
    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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

十分有用的好资料啊，谢谢，学习了。