荧光分析法--荧光相关术语概念
根据波兹曼 (Boltzmann)分布,分子在室温时基本上处于 电子能级的基态。当吸收了紫外-可见光后,基态分子中的电子只能跃迁到激发单重态的各个不同振动-转动能级,根据自旋禁阻选律, 不能直接跃迁到激发三重态的各个振动-转动能级。
处于激发态的分子是不稳定的,通常以辐射跃迁和无辐射跃迁等方式释放多余的能 量而返回至基态,发射荧光是其中的一条途径。
振动弛豫(vibrational relexation)
是处于激发态各振动能级的分子通过与溶剂分子的碰撺而将部分振动能量传递给溶剂分子,其电子则返回到同一电子激发态的最低振动能级的过程。由于能量不是以光辐射的形式放出,故振动弛豫属于无辐射跃迁。振动弛豫只能在同一电子能级内进行,发生振动弛豫的时间约为
秒数量级。
内部能量转换( internal conversion)
简称内转换,是当两个电子激发态之间的能量相差较小以致其振动能级有重叠时,受激分子常由高电子能级以无辐射方式转移至低电子能级的过程。
荧光发射
无论分子最初处于哪一个激发单重态,通过内转换及振动弛豫,均可返回到第一激发单重态的最低振动能级,然后再以辐射形式发射光量子而返回至基态的任一振动能级上,这时发射的光量子称为荧光。由于振动弛豫和内转换损失了部分能童,故荧光的波长总比激发光波长要长。发射荧光的过程为
秒。由于电子返回基态时可以停留在基态的任一振动能级上,因此得到的荧光谱线有时呈现几个非常靠近的峰。通过进一步振动弛豫,这些电子都很快地回到基态的最低振动能级。
外部能量转换( external conversion)
简称外转换,是溶液中的激发态分子与溶剂分子或与其他溶质分子之间相互碰撞而失去能量,并以热能的形式释放能量的过程。外转换常发生在第一激发单重态或激发三重态的最低振动能级向基态转换的过程中。外转换会降低荧光强度。
体系间跨越(interaystem crossing)
是处于激发态分子的电子发生自旋反转而使分子的多重性发生变化的过程。分子由激发单重态跨越到激发三重态后,荧光强度减弱甚至熄灭。含有重原子如碘、溴等的分子时,体系间跨越最为常见,原因是在髙原子序数的原子中,电子的自旋与轨道运动之间的相互作用较大,有利于电子自旋反转的发生。另外,在溶液中存在氧分子等顺磁性物质也容易发生体系间跨越,从而使荧光减弱。
磷光( phosphorescence) 发射
经过体系间跨越的分子再通过振动弛豫降至激发三重态的最低振动能级,分子在激发三重态的最低振动能级可以存活一段时间,然后返回至基态的各个振动能级而发出光辐射,这种光辐射称为磷光。由于激发三重态的能级比激发单重态的最低振动能级能M低 ,所以磷光辐射的能量比荧光更小,亦即磷光的波民比荧光更长。因为分子在激发三重态的寿命较长,所以磷光发射比荧光更迟,需 要
秒或更长的时间。由于荧光物质分子与溶剂分子间相互碰撞等因素的影响,处于激发三重态的分子常常通过X 辐射过程失活回到基态,因此在室温下很少呈现磷光,只有通过冷冻或固定化而减少外转换才能检测到磷光,所以磷光法不如荧光分析法普遍。
