荧光量子产率的影响因素

荧光量子产率

物质分子吸收辐射后，能否发生荧光取决于分子的结构。荧光强度的大小不但与物质的分子结构有关，也与环境因素有关。

1．荧光量子产率 又称荧光效率

它表示物质发射荧光的能力，Φ越大，发射的荧光越强。由前面已经提到的荧光产生的过程中可以明显地看出，物质分子的荧光产率必然由激发态分子之活化过程的各个相对速率决定。若用数学式来表达这些关系，得到式中：kf为荧光发射的速率常数，∑ki为其他无辐射跃迁速率常数的总和。显然，凡是能使kf升高而其他ki值降低的因素都可使荧光增强；反之，荧光就减弱。kf的大小主要取决于化学结构；其他ki值则强烈地受环境的影响，也轻微地受化学结构的影响。

2．荧光与分子结构的关系

（1） 跃迁类型。实验证明，π→π＊跃迁是产生荧光的主要跃迁类型，所以绝大多数能产生荧光的物质都含有芳香环或杂环。

（2） 共轭效应。增加体系的共轭度，荧光效率一般也将增大，并使荧光波长向长波方向移动。共轭效应使荧光增强的原因，主要是由于增大荧光物质的摩尔吸光系数，π电子更容易被激发，产生更多的激发态分子，使荧光增强。

（3） 刚性平面结构。荧光效率高的物质，其分子多是平面构型，且具有一定的刚性。例如荧光素和酚酞结构十分相似，荧光素呈平面构型，是强荧光物质，而酚酞没有氧桥，其分于不易保持平面，不是荧光物质。又如芴和联苯，芴在强碱溶液中的荧光效率接近1，而联苯仅为0.20，这主要是由于芴中引入亚甲基，使芴刚性增强的缘故。再有萘和维生素A都有5个共轭双键，萘是平面刚性结构，维生素A为非刚性结构，因而萘的荧光强度是维生素A的5倍。

一般说来，分子结构刚性增强，共平面性增加，荧光增强。这主要是由于增加了π电子的共轭度，同时减少了分子的内转换和系间跨越过程以及分子内部的振动等非辐射跃迁的能量损失，增强了荧光效率。

（4） 取代基效应。芳烃和杂环化合物的荧光光谱和荧光强度常随取代基而改变。表3-1列出了部分基团对苯的荧光效率和荧光波长的影响。一般说来，给电子取代基如-OH，-NH2，-OR，-NR2等能增强荧光；这是由于产生了p-π共轭作用，增强了π电子的共轭程度，导致荧光增强，荧光波长红移。而吸电子取代基如-NO2，-COOH，-C＝O，卤素离子等使荧光减弱。这类取代基也都含有π电子，然而其π电子的电子云不与芳环上π电子共平面，不能扩大π电子共轭程度，反而使S1→T1系间跨越增强，导致荧光减弱，磷光增强。例如苯胺和苯酚的荧光较苯强，而硝基苯则为非荧光物质。卤素取代基随卤素相对原子质量的增加，其荧光效率下降，磷光增强。这是由于在卤素重原子中能级交叉现象比较严重，使分子中电子自旋轨道耦合作用加强，使