第五节　荧光的猝灭

一、荧光猝灭

荧光猝灭又称荧光熄灭，从广义上讲荧光猝灭是指任何可使某给定荧光物质的荧光强度降低的作用，或者任何可使荧光强度不与荧光物质的浓度呈线性关系的作用。从狭义上讲荧光猝灭是指荧光物质分子与溶剂分子或其他溶质分子之间的相互作用，导致荧光强度降低的现象。

能够与荧光物质分子发生相互作用而引起荧光强度降低的物质，称为荧光猝灭剂。氧能使多数荧光物质产生不同程度的荧光猝灭现象；胺类是大多数未取代芳烃的有效猝灭剂；卤素化合物、重金属离子以及硝基化合物等也都是灵敏的荧光猝灭剂。猝灭剂的存在对荧光分析有不利影响，但另一方面，也可以利用某种物质对某一荧光物质的荧光猝灭作用而建立起对该猝灭剂的荧光测定方法，即荧光猝灭法。荧光猝灭法一般比直接荧光测定法更为灵敏，并具有更高的选择性。

二、荧光猝灭的类型

荧光猝灭作用因猝灭机制不同可分为动态猝灭、静态猝灭、动态和静态的联合猝灭、电荷转移猝灭、能量转移猝灭及光化学反应猝灭等类型。

（一）动态猝灭

动态猝灭又称碰撞猝灭，是猝灭剂与荧光物质的激发态分子相互作用的结果。在荧光物质的寿命范围内，猝灭剂通过扩散与其碰撞，通过能量转移或电荷转移机制使其回到基态，增大了无辐射衰减常数，从而使荧光量子产率降低、荧光强度减小。动态猝灭的效率受荧光物质激发态分子的寿命和猝灭剂的浓度控制。在这一过程中，荧光物质分子并未发生化学变化。

（二）静态猝灭

静态猝灭又称生成化合物的猝灭，是猝灭剂与荧光物质基态分子之间相互作用的结果。荧光物质分子和猝灭剂之间形成无荧光或荧光较弱的基态配合物，使荧光物质溶液或在加入猝灭剂后荧光强度显著下降，或其荧光强度随着温度的升高而增强，吸收光谱也发生了明显变化，这种猝灭现象称为静态碎灭。

动态猝灭和静态猝灭的区分还要根据其他信息，如猝灭现象与寿命、温度和黏度的关系，以及吸收光谱的变化等，最确切的方法是测量荧光的寿命。静态猝灭时猝灭剂的存在并没有改变荧光分子激发态的寿命，而在动态猝灭时，猝灭剂的存在使荧光寿命缩短。

（三）动态和静态的联合猝灭

某些情况下，荧光物质不仅能与猝灭剂发生动态猝灭，而且可与同一猝灭剂发生静态猝灭，即发生了动态和静态的联合猝灭现象。

（四）电荷转移猝灭

通过猝灭剂与荧光物质激发态分子发生电荷转移而引起的猝灭现象称为电荷转移猝灭。由于激发态分子往往比基态分子具有更强的氧化还原能力，因此荧光物质的激发态分子比其基态分子更容易与其他物质的分子发生电荷转移作用，带有强吸电子基团的物质，往往是有效的荧光猝灭剂。

（五）能量转移猝灭

当猝灭剂吸收光谱与荧光物质的荧光光谱有重叠时，处于激发单重态的荧光体激发分子的能量就可能转移到猝灭剂分子上或者猝灭剂吸收了荧光物质发射的荧光，猝灭剂被激发，而荧光猝灭，这种猝灭方式称为能量转移猝灭。

根据能量转移过程中作用机制的不同，激态电子能量转移可分为辐射能量转移和无辐射能量转移两种类型。辐射能量转移指荧光物质分子（能量供体）所发射的荧光被猝灭剂（能量受体）吸收，猝灭剂被激发而荧光猝灭；无辐射能量转移指荧光物质与猝灭剂之间直接交换能量，或通过两物质分子间偶极-偶极耦合作用转移能量。

（六）光化学反应猝灭

光致激发的电子激发态分子所发生的化学反应，称为光化学反应。由光化学反应引起的荧光猝灭称为光化学反应猝灭。

依据光化学反应的不同，引起光化学反应猝灭可能有以下几种原因：分子较易发生光离解或光降解反应；因而荧光物质在光激发过程中可能与杂质发生光氧化或还原反应；有些具有多官能团的荧光物质分子可能发生光互变异构作用；某些多环芳烃等荧光物质，在浓度较高的溶液中，其激发态分子有可能与基态分子形成二聚体。

（七）其他类型的猝灭

1.自猝灭

当荧光物质的浓度较大时（超过1g/L），会使荧光强度降低，荧光强度与浓度不成线性关系，称为荧光物质的自猝灭。自猝灭可能是由以下原因引起：荧光物质分子之间的碰撞能量损失；荧光物质的自吸收；荧光物质的激发态分子与基态分子形成二聚体或多聚体；基态的荧光物质分子的缔合等。

2.三重态猝灭

具有“重原子效应”的物质如溴化物和碘化物等，都能促使荧光分子的激发单重态转入激发三重态，导致荧光的猝灭。

3.氧猝灭

氧是最普遍的荧光猝灭剂。氧对溶液荧光产生猝灭作用的原因比较复杂，完整的机制还有待进一步研究。

（管春梅）