7分子发光分析法

1、7 7 分子发光分析法分子发光分析法化学教研室化学教研室 张威张威主要内容主要内容 7-1 概述概述 7-2 分子荧光分析法及其原理分子荧光分析法及其原理 7-3 荧光分析仪器荧光分析仪器 7-4 定量分析方法定量分析方法 7-5 化学发光分析法化学发光分析法 7-6 分子发光分析法的应用分子发光分析法的应用7-1 概述概述 分子发光分子发光 分子发光分析法分子发光分析法 光致发光光致发光 电致发光电致发光 生物发光生物发光7-2 分子荧光分析法及其原理分子荧光分析法及其原理 一、分子荧光和磷光的产生一、分子荧光和磷光的产生 1.电子自旋状态的多重性电子自旋状态的多重性 2. 无辐射跃迁无辐射

2、跃迁 3. 荧光和磷光光谱的产生荧光和磷光光谱的产生二、分子荧光分析法的基本原理二、分子荧光分析法的基本原理 1.激发光谱和荧光谱激发光谱和荧光谱 2.荧光强度及其与浓度的关系荧光强度及其与浓度的关系 3.荧光与分子结构的关系荧光与分子结构的关系 4.影响荧光强度的因素影响荧光强度的因素 具有不饱和基团的基态分子光照后，具有不饱和基团的基态分子光照后，价价电子跃迁电子跃迁产生荧光和磷光产生荧光和磷光 基态分子基态分子 价电子跃迁到激发态价电子跃迁到激发态1. 电子自旋状态的多重性电子自旋状态的多重性 单重态：单重态：用用 “s0” 表示表示 当物质受光照射时，基态电子能级跃迁当物质受光照射时，

3、基态电子能级跃迁至至更高的单重态，电子自旋方向没有改变，更高的单重态，电子自旋方向没有改变，净自旋净自旋 = 0 若分子中电子跃迁过程中伴随着自旋方向的若分子中电子跃迁过程中伴随着自旋方向的改变，由基态单重态改变，由基态单重态激发三重态，净自旋激发三重态，净自旋 0。这种跃迁为。这种跃迁为禁阻跃迁禁阻跃迁 t1、t2、t3分别表示第一、二、三激发三重态分别表示第一、二、三激发三重态 2. 无辐射跃迁无辐射跃迁 内部转换（内部转换（ic）相同的多重态之间的相同的多重态之间的转换转换 s-s 系间窜跃（系间窜跃（isc）不同的多重态之间不同的多重态之间的转换的转换 s-t 振动驰豫（振动驰豫（vr

4、）同一电子能级中，从同一电子能级中，从较高振动能级到较低振动能级的过程较高振动能级到较低振动能级的过程 发生系间窜跃电子需转向，发生系间窜跃电子需转向，s1t1间进间进行，比内部转换困难行，比内部转换困难 t1s0iscvrvrics0s1s23. 荧光和磷光光谱的产生荧光和磷光光谱的产生 s1或或t1 s0 3. 荧光和磷光光谱的产生荧光和磷光光谱的产生 s1或或t1 s0 t1s0iscvrvric 荧光荧光 s0s1s2（2）磷光）磷光 从从t1 s1要改变电子自旋，发光速度要改变电子自旋，发光速度慢，约为慢，约为 10-4 10s，光照停止后，磷，光照停止后，磷光仍可持续一段时间光仍可

5、持续一段时间 分子相互碰撞的无辐射能量埙耗大，分子相互碰撞的无辐射能量埙耗大，所以磷光的波长更长所以磷光的波长更长 磷磷 荧荧 激激 * 易产生荧光易产生荧光 n * 易产生磷光易产生磷光t1s0iscvrvric吸光吸光 吸光吸光 荧光荧光 磷光磷光 分子荧光、磷光光谱产生过程示意图分子荧光、磷光光谱产生过程示意图s0s1s2vr二、分子荧光分析的基本原理二、分子荧光分析的基本原理 1.激发光谱和荧光谱激发光谱和荧光谱 激发光谱激发光谱：荧光和磷光均为光致发光，：荧光和磷光均为光致发光，合适的激发光波长需根据激发光谱确合适的激发光波长需根据激发光谱确定定激发光谱是在固定荧光波长下，激发光谱是

6、在固定荧光波长下，测量荧光体的荧光强度随激发波长变化测量荧光体的荧光强度随激发波长变化的光谱的光谱激发光谱激发光谱ii二、分子荧光分析的基本原理二、分子荧光分析的基本原理2.荧光强度及其与浓度的关系荧光强度及其与浓度的关系 （1）荧光量子产率）荧光量子产率3.荧光与分子结构的关系荧光与分子结构的关系 2） 3.荧光与分子结构的关系荧光与分子结构的关系3.荧光与分子结构的关系荧光与分子结构的关系 2）3.荧光与分子结构的关系荧光与分子结构的关系ono23.荧光与分子结构的关系荧光与分子结构的关系3.荧光与分子结构的关系荧光与分子结构的关系（1 1）. . 荧光的猝灭荧光的猝灭4.影响荧光强度的因

7、素影响荧光强度的因素*hvhvdddd d)(ddd11* 4.影响荧光强度的因素影响荧光强度的因素4.影响荧光强度的因素影响荧光强度的因素*23mfemfe 4.影响荧光强度的因素影响荧光强度的因素4.影响荧光强度的因素影响荧光强度的因素 （2 2）温度、酸度和溶剂的影响）温度、酸度和溶剂的影响c温度温度：低温下测定，提高灵敏度：低温下测定，提高灵敏度c酸度酸度：大多数含有酸性或碱性基团的：大多数含有酸性或碱性基团的芳香族化合物的荧光性质受溶液芳香族化合物的荧光性质受溶液phph的的影响很大影响很大c溶剂溶剂：极性：极性，f f ， （3 3）表面活性剂的影响：增敏作用）表面活性剂的影响：增

8、敏作用7-3 荧光分析仪器荧光分析仪器 一、基本装置及主要构件一、基本装置及主要构件 光源、单色器、样品池、狭缝、光源、单色器、样品池、狭缝、光电倍增管、读出装置光电倍增管、读出装置 二、二、荧光分光光度计荧光分光光度计二、荧光分光光度计二、荧光分光光度计微机化荧光分光光度计微机化荧光分光光度计 图图7-4 定量分析方法定量分析方法 一、一、工作曲线法工作曲线法 二、二、比较法比较法 三、三、多组分混合物的荧光分析多组分混合物的荧光分析 四、四、荧光分析的注意事项荧光分析的注意事项一、工作曲线法一、工作曲线法 将已知量的标准物质与试样在相同条将已知量的标准物质与试样在相同条件下处理，配制一系列

9、标准液，测定件下处理，配制一系列标准液，测定它们的相对发光强度。它们的相对发光强度。 以相对荧光强度为纵坐标，以标准溶以相对荧光强度为纵坐标，以标准溶液的浓度为横坐标液的浓度为横坐标浓度浓度 c1 c2 c3 c4 c5 cx荧光强度荧光强度 if1 if2 if3 if4 if5 ifx二二. 比较法比较法 如果试样数量不多，可用比较法进行测量如果试样数量不多，可用比较法进行测量 配一标准溶液浓度为配一标准溶液浓度为cs， cs与未知液浓度与未知液浓度cx相近，并在相同条件下测定它们的荧光相近，并在相同条件下测定它们的荧光强度强度 未知液未知液 if x = kcx 标准液标准液 if s

10、= kcs cscxiifsfx三、多组分混合物的荧光分析三、多组分混合物的荧光分析(1) (1) 如果两组分的荧光峰相互不干扰如果两组分的荧光峰相互不干扰, ,可直可直接测定接测定 可分别在各自的可分别在各自的 荧荧波长处测定波长处测定, ,求出它们求出它们的含量的含量(2) (2) 如果两组分的荧光峰相互干扰如果两组分的荧光峰相互干扰, ,但激发但激发光谱有显著区别光谱有显著区别, ,在某一激发光下一个组在某一激发光下一个组分产生荧光峰分产生荧光峰, ,另一组分不产生荧光另一组分不产生荧光; ; 可选用不同的激发光进行测定可选用不同的激发光进行测定al3+8-羟基喹啉配合物的氯仿溶液羟基喹

11、啉配合物的氯仿溶液 ex =365nm 例：例： 在在365nm条件下激发，条件下激发，520nm处测处测al3+8-羟基喹啉配合物，在羟基喹啉配合物，在436nm条条件下激发，件下激发，520nm处测处测ga3+8-羟基喹羟基喹啉配合物啉配合物例：例：(3) 利用荧光强度的加和性利用荧光强度的加和性（f=ff=f1 1+f+f2 2+f+f3 3+ +），在适宜的荧光波），在适宜的荧光波长处测定，用联立方程来求解长处测定，用联立方程来求解 在在385385或或410nm410nm下激发，在下激发，在435435和和480nm480nm下分别测荧光强度下分别测荧光强度if =kck: 纯物质在

12、选定波长下测纯物质在选定波长下测if,求求k四、荧光分析的注意事项四、荧光分析的注意事项 1.防止荧光污染防止荧光污染 所用的器皿、溶剂混有非待测荧所用的器皿、溶剂混有非待测荧光体或者荧光溶液制备、保存不当而光体或者荧光溶液制备、保存不当而引起的荧光干扰现象。引起的荧光干扰现象。 2.防止散射光干扰防止散射光干扰 溶液中可能存在的散射光有：丁溶液中可能存在的散射光有：丁达尔散射光、瑞利散射光和拉曼散射达尔散射光、瑞利散射光和拉曼散射光。光。7-5 化学发光分析法化学发光分析法 定义定义：某些物质在进行化学反应时，由：某些物质在进行化学反应时，由于于吸收了吸收了反应时产生的反应时产生的化学能化学

13、能，而使反，而使反应产物分子激发至激发态，受激分子由应产物分子激发至激发态，受激分子由激发态回到基态时，便发出一定波长的激发态回到基态时，便发出一定波长的光。这种吸收化学能使分子发光的过程光。这种吸收化学能使分子发光的过程称为称为化学发光化学发光。利用化学发光反应而建。利用化学发光反应而建立起来的分析方法称为立起来的分析方法称为化学发光分析法化学发光分析法。7-5 化学发光分析法化学发光分析法一、基本理论一、基本理论 1. 1.化学发光反应的条件化学发光反应的条件 2.2.化学发光效率化学发光效率 cl cl和强度和强度二、化学发光反应的类型二、化学发光反应的类型 1. 1.直接化学发光和间接

14、化学发光直接化学发光和间接化学发光 2.2.气相化学发光和液相化学发光气相化学发光和液相化学发光 （1 1）气相化学发光）气相化学发光 （2 2）液相化学发光）液相化学发光三、化学发光仪器三、化学发光仪器7-5 化学发光分析法化学发光分析法一、基本理论一、基本理论 1. 1.化学发光反应的条件：化学发光反应的条件： 能快速释放出能快速释放出足够的能量足够的能量。化学反应。化学反应必须提供足够的激发能，激发能主要必须提供足够的激发能，激发能主要来源于反应焓。来源于反应焓。 要有有利的化学反应历程，使化学反要有有利的化学反应历程，使化学反应的能量至少能被一种物质所接受并应的能量至少能被一种物质所接

15、受并生成激发态生成激发态。7-5 化学发光分析法化学发光分析法一、基本理论一、基本理论 1. 1.化学发光反应的条件：化学发光反应的条件： 激发态能释放光子或能够转移它的能激发态能释放光子或能够转移它的能量给另一个分子，而使该分子激发，量给另一个分子，而使该分子激发，然后以然后以辐射光子辐射光子的形式回到基态。的形式回到基态。7-5 化学发光分析法化学发光分析法2.2.化学发光效率化学发光效率 cl cl和强度和强度 r r : :生成激发态分子的效率生成激发态分子的效率 f f : : 激发态分子的发光效率激发态分子的发光效率7-5 化学发光分析法化学发光分析法化学发光强度化学发光强度: :

16、 i icl cl（t t）: t: t时刻的化学发光强度时刻的化学发光强度dc/dt: dc/dt: 分析物参加反应的速率分析物参加反应的速率7-5 化学发光分析法化学发光分析法二、化学发光反应的类型二、化学发光反应的类型 按按反应体系的状态反应体系的状态分类，如化学发光分类，如化学发光反应在气相中进行称为反应在气相中进行称为气相化学发光气相化学发光；在；在液相或固相中进行称为液相或固相中进行称为液相或固相化学发液相或固相化学发光光；在两个不同相中进行则称为；在两个不同相中进行则称为异相化学异相化学发光发光。7-5 化学发光分析法化学发光分析法2. 2. 气相化学发光和液相化学发光气相化学发

17、光和液相化学发光（1 1）气相化学发光）气相化学发光 主要有主要有oo3 3氧化氧化nono、s s的化学发光反应，的化学发光反应，可用于监测空气中的可用于监测空气中的oo3 3、nono、soso2 2、h h2 2s s、coco、nono2 2等。等。7-5 化学发光分析法化学发光分析法（2 2）液相化学发光）液相化学发光 用于此类化学发光分析的发光物质有用于此类化学发光分析的发光物质有鲁米诺、光泽精、洛粉碱等。例如，利用鲁米诺、光泽精、洛粉碱等。例如，利用发光物质鲁米诺，可测定痕量的发光物质鲁米诺，可测定痕量的h h2 2oo2 2以及以及cucu、mnmn、coco、v v、fefe、crcr、cece等金属离等金属离子和生化物质如甘氨酸和血红蛋白等。子和生化物质如甘氨酸和血红蛋白等。7-5 化学发光分析法化学发光分析法三、化学发光仪器三、化学