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分子荧光分析法的基本原理

2021.12.16

分子荧光的发生主要包括三过程:1、分子的激发;2、分子去活化;3、荧光的发生。
分子的激发主要包括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。
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;2. 内转换;3. 外转换;4.系间跨跃;5. 荧光发射;6. 磷光发射。
处于激发态的分子,可以通过上述不同途径回到基态,也就是荧光的发生。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。 只有那些具有p- p共轭双键的分子才能发射较强的荧光;p电子共轭程度越大,荧光强度就越大(lex与lem长移)大多数含芳香环、杂环的化合物能发出荧光,且p电子共轭越长,F越大。(苯环上)取代给电子基团,使p共轭程度升高à荧光强度增加:如–CH3,–NH2 ,–OH ,–OR等。(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–。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 。另外荧光素呈平面构型,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,故不是荧光物质。

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