536荧光光谱 荧光(包括磷光)是光致发光的结果,当特定波长的光子(单色激发光)被所照射的 分子吸收后,分子的电子能级发生跃迁,也就产生了分子的吸收光谱(紫外、可见和红 外),但是处于激发态的分子是不稳定的,在适当的条件下,如果这部分被吸收的能量又 以辐射的形式(荧光和磷光发射)又重新回到基态,这就是光致发光。光致发光可以发生 在不同的波长范围内,如紫外-可见区、红外区和X-射线区等,通常不加限定所说的分子 荧光光谱即是指的紫外-可见区的辐射。 荧光光谱仪在结构上与紫外分光光度计有许多相同之处,例如光源、单色器、样品 槽、检测器等都基本上相同。其光路图如图3.6.1所示:入射激发光经光栅单色器或滤光 片后,投射在由玻璃或石英片构成的四面透光的样品槽上,经样品吸收后即向各个方向发 射荧光,其中与激发光垂直方向上的发射光则经单色器分光后,最后得到的发射单色光由 光电倍增管接受并转化为电信号,最后由显示系统给出荧光光谱。进行磷光光谱测定时, 通常就是在荧光光谱仪的基础上将样品装置改换成带旋转切光器,并置于盛液氮的小型杜 瓦瓶中(低温条件下),即可测得磷光光谱 在发光机理上,荧光和磷光的不同在于荧光是处于单重激发态的最低振动能级的分 子,发射一个光量子而回到基态,而磷光则是激发态分子由单重激发态经体系间跨越到达 三重激发态后,又从三重激发态的最低振动能级释放出光量子后跃迁回单重态的基态而产 生的。理论上所有能吸收紫外光的分子都能发射荧光,但实际上由于荧光的量子产率大小 不同,因此只有具有共轭双键(π→π)并具有刚性、平面和多环的结构,取代基团为给电 子取代基以及最低单重激发态为π、π型的分子的荧光才有实际意义。 影响分子发光的主要因素有以下一些: 1.激发光的强度:这是因为荧光强度是与入射光强度成正比的 2.溶剂的极性:荧光光谱是随溶剂的极性增大而向长波长方向移动的,因为荧光的 产生主要是x→π,而π→n并不占主要地位 3.重原子效应:荧光物质分子中如有重原子置换入π电子体系,则因此增大了体系 间跨越的速度就使得荧光减弱而磷光增强 4.顺磁性:如果分子中有不成对的电子,即有顺磁性,或荧光物质溶液中有溶解 氧,氧分子也有顺磁性,那么体系间跨越速度将增大,荧光常因此减弱。 5.温度和粘度:温度升高和粘度增大均会使分子碰撞增多,因而去活化几率增大, 从而导致光子发光的量子效率下降。 6.PH值:荧光物质本身如是弱酸碱,P将会对荧光产生较大影响 7.散射光:散射光包括拉曼散射均对荧光的测定有较大的影响。 8.自熄灭和自吸收:荧光物质高浓度时,荧光分子间以及荧光分子与溶剂分子的碰 撞导致非辐射能量的转换,从而就产生了自熄灭。自吸收则是发生在荧光发射波长同化合 物的吸收峰重迭的情况时,所产生的荧光被它自身基态的分子所吸收,导致了荧光强度的 下降 荧光及磷光光谱除了应用于结构表征和光化学研究外,还广泛应用于各种化合物的定 量分析测定,主要有以下这些应用:
§3.6 荧光光谱 荧光（包括磷光）是光致发光的结果，当特定波长的光子（单色激发光）被所照射的 分子吸收后，分子的电子能级发生跃迁，也就产生了分子的吸收光谱（紫外、可见和红 外），但是处于激发态的分子是不稳定的，在适当的条件下，如果这部分被吸收的能量又 以辐射的形式（荧光和磷光发射）又重新回到基态，这就是光致发光。光致发光可以发生 在不同的波长范围内，如紫外-可见区、红外区和 X-射线区等，通常不加限定所说的分子 荧光光谱即是指的紫外-可见区的辐射。 荧光光谱仪在结构上与紫外分光光度计有许多相同之处，例如光源、单色器、样品 槽、检测器等都基本上相同。其光路图如图 3.6.1 所示：入射激发光经光栅单色器或滤光 片后，投射在由玻璃或石英片构成的四面透光的样品槽上，经样品吸收后即向各个方向发 射荧光，其中与激发光垂直方向上的发射光则经单色器分光后，最后得到的发射单色光由 光电倍增管接受并转化为电信号，最后由显示系统给出荧光光谱。进行磷光光谱测定时， 通常就是在荧光光谱仪的基础上将样品装置改换成带旋转切光器，并置于盛液氮的小型杜 瓦瓶中（低温条件下），即可测得磷光光谱。 在发光机理上，荧光和磷光的不同在于荧光是处于单重激发态的最低振动能级的分 子，发射一个光量子而回到基态，而磷光则是激发态分子由单重激发态经体系间跨越到达 三重激发态后，又从三重激发态的最低振动能级释放出光量子后跃迁回单重态的基态而产 生的。理论上所有能吸收紫外光的分子都能发射荧光，但实际上由于荧光的量子产率大小 不同，因此只有具有共轭双键（→ *）并具有刚性、平面和多环的结构，取代基团为给电 子取代基以及最低单重激发态为 、 * 型的分子的荧光才有实际意义。 影响分子发光的主要因素有以下一些： 1. 激发光的强度：这是因为荧光强度是与入射光强度成正比的。 2. 溶剂的极性：荧光光谱是随溶剂的极性增大而向长波长方向移动的，因为荧光的 产生主要是 *→，而 *→n 并不占主要地位。 3. 重原子效应：荧光物质分子中如有重原子置换入 电子体系，则因此增大了体系 间跨越的速度就使得荧光减弱而磷光增强。 4. 顺磁性：如果分子中有不成对的电子，即有顺磁性，或荧光物质溶液中有溶解 氧，氧分子也有顺磁性，那么体系间跨越速度将增大，荧光常因此减弱。 5. 温度和粘度：温度升高和粘度增大均会使分子碰撞增多，因而去活化几率增大， 从而导致光子发光的量子效率下降。 6. PH 值：荧光物质本身如是弱酸碱，PH 将会对荧光产生较大影响。 7. 散射光：散射光包括拉曼散射均对荧光的测定有较大的影响。 8. 自熄灭和自吸收：荧光物质高浓度时，荧光分子间以及荧光分子与溶剂分子的碰 撞导致非辐射能量的转换，从而就产生了自熄灭。自吸收则是发生在荧光发射波长同化合 物的吸收峰重迭的情况时，所产生的荧光被它自身基态的分子所吸收，导致了荧光强度的 下降。 荧光及磷光光谱除了应用于结构表征和光化学研究外，还广泛应用于各种化合物的定 量分析测定，主要有以下这些应用：
在无机化学中可应用于一些无机阳离子的测定,因为许多无机阳离子可与有机化合物 形成荧光化合物,另外许多无机阴离子也可通过氧化还原反应形成荧光络合物,还可利用 些离子对荧光的萃灭作用来进行检测。在有机化学中,相当多的有机化合物都可直接或 间接地进行荧光的分析测定,如脂肪族、芳香族、甾族、胺类有机化合物。在生物化学 中,大量与生命体密切相关的物质,如氨基酸、蛋白质、酶和辅酶、嘌呤、嘧啶、卟啉、 核酸、维生素A,B,C,D,E,K等,还有叶绿素、血红素、细胞色素等均可用荧光或磷光对这 些化合物进行鉴定和检测。在医药学中,荧光分析可用来进行膜结构和功能的研究、抗体 形态的确定,生物分子的异质性研究,酶活性和反应的测定等等,同时它还是检测各种药 物包括毒品的有效工具。 除了上述这些应用外,荧光分析还被广泛应用在环境保护和环境检测中,以及工业 生产中如食品工业、轻纺工业、能源工业等,此外在商品检验和文物考古中也起着重要的 作用。 图36.1FS900荧光分光系统光路示意图
在无机化学中可应用于一些无机阳离子的测定，因为许多无机阳离子可与有机化合物 形成荧光化合物，另外许多无机阴离子也可通过氧化还原反应形成荧光络合物，还可利用 一些离子对荧光的萃灭作用来进行检测。在有机化学中，相当多的有机化合物都可直接或 间接地进行荧光的分析测定，如脂肪族、芳香族、甾族、胺类有机化合物。在生物化学 中，大量与生命体密切相关的物质，如氨基酸、蛋白质、酶和辅酶、嘌呤、嘧啶、卟啉、 核酸、维生素 A,B,C,D,E,K 等，还有叶绿素、血红素、细胞色素等均可用荧光或磷光对这 些化合物进行鉴定和检测。在医药学中，荧光分析可用来进行膜结构和功能的研究、抗体 形态的确定，生物分子的异质性研究，酶活性和反应的测定等等，同时它还是检测各种药 物包括毒品的有效工具。 除了上述这些应用外，荧光分析还被广泛应用在环境保护和环境检测中，以及工业 生产中如食品工业、轻纺工业、能源工业等，此外在商品检验和文物考古中也起着重要的 作用。 图 3.6.1 FS900 荧光分光系统光路示意图