HUỲNH QUANG VÀ HÓA
PHÁT QUANG
(Fluorescence and chemiluminescence)


NỘI DUNG
PHÂN BỐ CHƢƠNG TRÌNH

CƠ CẤU ĐIỂM

NỘI DUNG BÀI GIẢNG


PHÂN BỐ CHƢƠNG TRÌNH
Chƣơng

STT
1

Đại cƣơng về phổ phân tử

Số tiết
3

1.1. Cơ sơ lý thuyết của phương pháp phổ phân tử
1.2. Cơ sở lý thuyết phổ phát quang
1.3. Quy tắc chọn lọc trong phổ phân tử
2

Phƣơng pháp huỳnh quang và lân quang

17

2.1. Các quá trình xảy ra trong hiện tượng huỳnh quang và lân quang

2.2. Phổ huỳnh quang và các tính chất cơ bản
2.3. Hiện tượng tắt huỳnh quang
2.4. Sự phát quang của dung dịch
2.5. Cấu trúc của hợp chất huỳnh quang
2.6. Ứng dụng phương pháp phổ huỳnh quang

3

Hóa phát quang
3.1. Cơ sở lý thuyết của phương pháp hóa phát quang
3.2. Ứng dụng hóa phát quang trong hóa phân tích

11


CƠ CẤU ĐIỂM
Thƣờng kì
(20%)

Tiểu luận

Giữa kì
(20%)

Tự luận


Cuối kì
(60%)

Tự luận


Chƣơng 1. Đại cƣơng về phổ phân tử
1.1.

Cơ sơ lý thuyết của phương pháp phổ phân tử

1.2

Cơ sở lý thuyết phổ phát quang

1.3.

Quy tắc chọn lọc trong phổ phân tử


1.1. Cơ sơ lý thuyết của phƣơng pháp
phổ phân tử
Một số khái niệm cơ bản
Độ bội (χ): số trạng thái lượng tử của phân tử khác nhau về
định hướng spin electron tổng.
Đối với các hệ phân tử có tương tác spin – orbital nhỏ thì
các trạng thái chỉ khác nhau bởi định hướng spin đều có
cùng năng lượng.

χ = 2S + 1


S: tổng spin phân tử

χ=1: trạng thái đơn bội (singlet);
χ=2: trạng thái bội hai (dublet);
χ=3: trạng thái bội ba (triblet);


1.1. Cơ sơ lý thuyết của phƣơng pháp
phổ phân tử
Một số khái niệm cơ bản
Năng lƣợng phân tử:
E = Eel + Evib + Erot

Eelectron > Edaodong > Equay

Mức năng lƣợng
quay (Equay)
Mức năng lƣợng
điện tử (Eel)
Mức năng
lƣợng dao động
(Edaodong)


1.1. Cơ sơ lý thuyết của phƣơng pháp
phổ phân tử
Một số khái niệm cơ bản

Năng lƣợng phân tử:

E1
E0

Mức năng
lƣợng điện tử
(Eel)

Phổ electron

E = Eel + Evib + Erot

Mức năng lƣợng
dao động (Evib)

Phổ dao động
(IR)

Mức năng
lƣợng quay
(Erot)

Phổ quay (vi
sóng)


1.1. Cơ sơ lý thuyết của phƣơng pháp
phổ phân tử
Một số khái niệm cơ bản
Các bƣớc chuyển điện tử trong phân tử
Khi nhận năng lượng, một electron ở orbital liên

kết hoặc không liên kết có thể chuyển lên các orbital

phản liên kết còn trống ở mức năng lượng cao hơn.
Khi đó xảy ra các bước chuyển điện tử sau:
• Bước chuyển mức N → V
• Bước chuyển mức N → Q
• Bước chuyển mức N → R

σ → σ*;
π → π*;
n → π*;

n → σ*;


1.1. Cơ sơ lý thuyết của phƣơng pháp
phổ phân tử
Một số khái niệm cơ bản
Các bƣớc chuyển điện tử trong phân tử

E
σ*
n → σ*

Ranh giớ tử ngoại chân không

π*

n → π*


UV hay VIS

n
π → π*
σ → σ*

tử ngoại gần hay VIS

π

λ <200 nm (tử ngoại chân không)

σ


1.2. Cơ sở lý thuyết phổ phát quang
Cơ sở lý thuyết phƣơng pháp phổ phân tử
Khi nguyên tử, phân tử hấp thụ photon
thì chuyển trạng thái từ trạng thái cơ bản
lên trạng thái kích thích có mức năng
lượng cao hơn.
Phổ hấp thu
h2

Năng lượng do nguyên tử, phân tử hấp
thu có thể giải phóng dưới dạng bức xạ
điện từ, từ trạng thái kích thích về trạng
thái ban đầu.
Phổ phát xạ



1.2. Cơ sở lý thuyết phổ phát quang
Phân loại hiện tƣợng phát quang

 Phát quang âm cực  Phát quang hóa học
 Phát quang nhiệt

 Phát quang sinh học

 Quang phát quang

 Phát quang điện và phát quang
ma sát

=> Mọi dạng phát sáng trên gọi là sự phát quang (Luminescence)
 Sự phát xạ trong vùng thấy được ở nhiệt độ thấp hơn 5000C gọi
là huỳnh quang và phát quang hóa học có nhiều ứng dụng vào mục
đích phân tích.


1.2. Cơ sở lý thuyết phổ phát quang
Giản đồ năng lƣợng Jablonski

S0: trạng thái cơ bản;
S1: trạng thái kích thích có độ bội
đơn;
T1: trạng thái kích thích có độ bội 3;
A: hấp thu (adsorption);
F: huỳnh quang (fluorescence);
P: lân quang (phosphorescence)



1.2. Cơ sở lý thuyết phổ phát quang
1.2.1. Giản đồ năng lƣợng Jablonski


1.2. Cơ sở lý thuyết phổ phát quang
1.2.1. Giản đồ năng lƣợng Jablonski

--> Quá trình phát bức xạ
~~–> Quá trình không phát bức xạ
IC
Internal conversion – sự chuyển hóa nội phân tử
ISC
Intersystem Crossing – kết hợp nội phân tử, từ S1 → T1
IEC
Internal and External conversion – sự mất năng lượng dưới dạng nhiệt
SR(VR) Relaxation of vibration – Hồi phục do dao động


1.2. Cơ sở lý thuyết phổ phát quang
1.2.2. Các quá trình giải tỏa năng lƣợng phân tử
Quá trình hấp thu năng lƣợng (A): Khi hấp thu
sóng điện từ, phân tử bị kích thích điện tử chuyển từ
trạng thái So → S1 hoặc S2 (t=10-16-10-15 s).
Trạng thái này không bền, electron có xu hướng

giải tỏa năng lượng đã hấp thu để trở về trạng thái có
năng lượng thấp, bền vững hơn. Sự giải tỏa năng lượng


có thể thực hiện theo nhiều cách tùy thuộc vào cấu trúc
phân tử.


1.2. Cơ sở lý thuyết phổ phát quang
1.2.2. Các quá trình giải tỏa năng lƣợng phân tử
Quá trình làm mất hoạt tính năng lƣợng ở trạng

thái kích thích có thể không kèm theo sự phát proton h:
 IC (chuyển hóa mội phân tử) – năng lượng cho quá trình
chuyển vị nội phân tử (S2 → S1);

 VR (sự phục hồi do dao động) – mất năng lượng do dao
động và do sự quay (S1(v’) → S1(0); T1(v’) → T1(0)) ;
 IEC (sự chuyển hóa dƣới dạng nhiệt) – chuyển năng
lượng cho các phần tử xung quanh (dung môi) dưới dạng
nhiệt;


1.2. Cơ sở lý thuyết phổ phát quang
1.2.2. Các quá trình giải tỏa năng lƣợng phân tử
Quá trình làm mất hoạt tính năng lƣợng ở trạng

thái kích thích có thể không kèm theo sự phát proton h:
 ISC (kết hợp nội phân tử) – chuyển năng lượng giữa các
mức có độ bội khác nhau (S1(v’=0) → T1(v’=1,2,3…), khi

thỏa mãn 2 điều kiện:
- Nếu trong phân tử đường cong thế năng S1 và T1 cắt
nhau, khi

ΔE = ES1-ET1 < 10 Kcal
- Mức dao động v’=0 của S1 bằng với v’ cao của T1.


1.2. Cơ sở lý thuyết phổ phát quang
1.2.2. Các quá trình giải tỏa năng lƣợng phân tử
Quá trình làm mất hoạt tính năng lƣợng ở trạng thái
kích thích có thể kèm theo sự phát proton h:
F (phát xạ huỳnh quang) – bức xạ phát ra khi thực hiện
bước chuyển S1(v’=0) → S0(v=0,1,2…), thời gian thực hiện
bước chuyển 10-9-10-6 s;
 P (phát xạ lân quang) – bức xạ phát ra khi thực hiện bước
chuyển T1(v’=0) → S0(v=0,1,2,3…); thời gian thực hiện bước
chuyển 10-4-10-2 s;

 DF (huỳnh quang trễ)


1.3. Quy tắc chọn lọc trong phổ phân tử
 Đối với phân tử có tâm đối xứng (quy tắc lựa chọn theo
tính chẵn lẻ, quy tắc Laporrte):
• Bước chuyển từ g → u hoặc u → g: được phép;
• Bước chuyển từ g → g hoặc u → u: bị cấm;
 Chuyển mức có độ bội khác nhau bị cấm, ví dụ chuyển
mức singlet → triplet bị cấm do độ bội;
 Chuyển mức ở các phân tử không có tâm đối xứng phụ
thuộc vào tính đối xứng của trạng thái đầu và trạng thái
cuối;



Chƣơng 2. Phƣơng pháp huỳnh quang
và lân quang
2.1. Các quá trình xảy ra trong hiện tượng huỳnh quang và
lân quang
2.2. Phổ huỳnh quang và tính chất cơ bản
2.3. Hiện tượng tắt huỳnh quang
2.4. Sự phát quang của dung dịch
2.5. Cấu trúc của hợp chất huỳnh quang
2.6. Ứng dụng của hiện tượng huỳnh quang


2.1. Các quá trình xảy ra trong hiện tƣợng huỳnh

quang và lân quang
Lân quang
Huỳnh quang
S0 + hν → S1(v);
S1(v) → S1(0);
S1(0) → T1(v’);

S0 + hν → S1(v);

S1(v) → S1(0);
S1(0) → S0(v) + hν;

T1(v’) → T1(0);
T1(0) → S0(v) + hν;
Intersystem
crossing


S1
T1
absorption

fluorescence

phosphorescence

S0


2.1. Các quá trình xảy ra trong hiện tƣợng huỳnh

quang và lân quang
Huỳnh quang trễ

S0 + hν → S1(v);

S1(v) → T1(v);
T1(v) → S1(0);
S1(0) → S0(v) + hν;

Intersystem
crossing

S1
absorption

T1
delay

fluorescence

S0


2.1. Các quá trình xảy ra trong hiện tƣợng huỳnh

quang và lân quang
So sánh phổ huỳnh quang và phổ lân quang
Giống: cùng bản chất, đều là quá trình phát xạ.
Khác:
 thời gian sống (thời gian tồn tại của một trạng thái kích
thích).
- của bức xạ lân quang khoảng 10-4-10-2 s;
- của bức xạ huỳnh quang chỉ khoảng 10-9-10-6s, vì vậy

bức xạ huỳnh quang tắt ngay khi tắt ánh sáng kích thích.
 mối quan hệ giữa phổ huỳnh quang, phổ lân quang với
ánh sáng kích thích: λex < λem (F) < λem (P)


2.1. Các quá trình xảy ra trong hiện tƣợng huỳnh

quang và lân quang
So sánh phổ huỳnh quang và phổ lân quang