仪器分析第五章--分子发光分析(2010年修改稿)

1、 基态分子吸收一定能量，跃迁至激发态，当激发态分子将其能量释放返回基态时，产生分子发光。依据激发的模式不同，分为：u热致发光u场致发光观察到紫外和可见光照射到某些物质时，会发出不同强度的光，而当照射停止时，物质的发光就随之很快消失。，给出了上述现象的解释：分子荧光。，荧光分析仪器才面世。灵敏度高，检出限通常比分光光度法低2-4个数量级； 基态(S0)激发态(S1、S2、激发态振动能级)：吸收特定频率的辐射；跃迁一次到位。 激发态基态(S0)：多种途径和方式；。 电子激发态的多重度： S为电子自旋量子数的矢量代数和。 大多数分子含有，因此S为0或1 ，M为1时单重态(S)、M为3时三重态(T)。

2、：平行自旋比成对自旋稳定，三重态能级比相应单重态能级低； 大多数有机分子的基态处于单重态。 电子处于激发态是不稳定状态，返回基态时，通过和等方式失去能量。辐射跃迁传递途径传递途径荧光荧光延迟荧光延迟荧光磷光磷光无辐射跃迁内转化内转化外转化外转化系间窜跃系间窜跃振动弛豫振动弛豫u 同一电子能级内以热能量交换形式由高振动能级至低相邻振动能级间的跃迁。发生振动弛豫的时间10-12-10-14 s。相同多重态的电子能级之间的非辐射跃迁。内转化过程的速率在很大程度上决定于相关能级之间的能量差，相邻单重激发态之间能级较近，其振动能级常发生重叠，内转化很快。u 第一激发单重态的最低振动能级基态：荧光（10-

3、710-9 s）；u 第一激发三重态的最低振动能级基态：磷光（10-410 s）。 通常不论分子被激发到哪一个电子激发态，在10-12-10-14 s内通过内转换和振动弛豫，都会跃迁到第一激发态的最低振动能级。激发分子与溶剂或其他分子之间产生相互作用而转移能量的非辐射跃迁； 不同多重态、有重叠的振动能级间的非辐射跃迁。改变了电子自旋方向，属于禁阻跃迁，因而跃迁速率小得多，使得三重态有较长的寿命，约为10-4-10 s，发出S2S1S0T1吸收发射荧光发射磷光系间窜跃内转化振动弛豫能量l l 2l l 1l l 3 外转化l l 2振动弛豫吸收 电子由第一激发单重态最低振动能级基态，发射波长为

4、l l 2的荧光； 10-710 -9 s 。 由上图可见， u电子由第一激发三重态的最低振动能级基态（T1S0跃迁）。uS0 T1属于禁阻跃迁，不能发生，电子由S0进入T1的可能过程：u发光速度很慢： 10-310 s ；光照停止后，可持续一段时间。 (选最大发射波长)，化合物发射的荧光(磷光)强度与激发光波长的关系曲线 。 激发光谱曲线的最高处，处于激发态的分子最多，荧光强度最大，作为最大激发波长。荧光(磷光)：光致发光，激发光波长如何选择？ (选最大激发波长), 化合物发射的荧光(或磷光)强度与荧光测量波长的关系曲线。200260320380440500560620荧光激发光谱荧光激发光

5、谱荧光发射光谱荧光发射光谱磷光光谱磷光光谱室温下菲的乙醇溶液荧（磷）光光谱室温下菲的乙醇溶液荧（磷）光光谱 激发光谱与发射光谱之间的波长差值。 电子跃迁到不同激发态能级，吸收不同波长的能量，但均回到第一激发单重态的最低振动能级再跃迁回到基态，产生波长一定的荧光。 通常荧光发射光谱与它的吸收光谱（与激发光谱形状一样）成镜像对称关系。 200250300350400450500荧光激发光谱荧光激发光谱荧光发射光谱荧光发射光谱nm蒽的激发光谱和荧光光谱蒽的激发光谱和荧光光谱u基态各振动能级分布与第一激发态上的各振动能级分布类似。u从基态最低振动能级跃迁至第一激发态各振动能级吸收的激发光波长间隔与从第

6、一激发态返回基态各振动能级发射的荧光波长间隔相似！吸收的光量子数发射的光量子数激发态分子数发荧光的分子数f 荧光效率，如外转换过程速度快，不出现荧光发射。 激发态分子是以辐射跃迁还是非辐射跃迁回到基态，决定了物质是否能发荧光。通常以来描述辐射跃迁概率的大小。ifffKKK荧光发生过程的速率常数，主要取决于分子的化学结构；非辐射跃迁的速率常数之和，主要取决于化学环境，同时也和化学结构有关；u具有分析应用价值的荧光化合物，其u具有合适的结构；u具有一定的荧光量子产率。u分子只有能够吸收紫外-可见光，才有可能发荧光。，共轭体系越大，电子的离域性越强，越易被激发产生荧光。u萘荧光效率为0.29，荧光波

7、长为310 nm，而蒽荧光效率为0.46，荧光波长为400 nm。u刚性平面结构可减少分子的振动和碰撞去活的可能性，=0.92很小=1=0.18u有机配位剂与金属离子形成后荧光大大增强，也可用平面刚性结构的影响来解释。如-OH、-NH2、-NR2、-OR等可使共轭体系增大，导致荧光增强；如-COOH、-NO、-NO2等使荧光减弱；随原子序数的增加，荧光减弱，而磷光增强。这是由于“”，重原子中能级交叉现象严重，容易发生自选轨道偶合作用，使S1T1的系间窜跃显著增加。 电子激发态比基态有更大的极性。溶剂的极性增强，对激发态会产生更大的稳定作用，结果使物质的荧光波长红移，荧光强度增大。 例如：奎宁在

8、苯、乙醇和水中荧光效率相对大小为1、30、1000u因此，对于大多数荧光物质，升高温度会使非辐射跃迁概率增大，荧光效率下降。u由于三重态寿命比单重态更长，温度对于磷光的影响比荧光更大。大多数含有酸性或碱性取代基团的芳香族化合物的荧光性质受溶液pH值的影响很大。荧光物质处于更有序的胶束微环境中，对处于激发单重态的分子起保护作用，减小非辐射跃迁的概率，提高荧光效率。氧分子具有顺磁性质，使系间窜跃速率加大，荧光效率降低。其它顺磁物质也有这种作用。：化合物的荧光发射光谱的短波长端与其吸收光谱的长波长端重叠，产生自吸收；如蒽化合物。：溶液中含吸收激发光或荧光物质。激发态分子之间的碰撞，导致非辐射跃迁概率

9、增加，荧光效率下降。溶解氧、产生重原子效应的溴化物、碘化物等。荧光自吸收现象。u 荧光分析法特点；u 辐射跃迁、非辐射跃迁的形式及各自特点；u 荧光效率定义及特点；u 分子结构对荧光的影响；u 自吸现象及荧光淬灭。 测量荧光的仪器主要由四个部分组成：激发光源、样品池、双单色器系统、检测器。u单色器：光栅；u光源：氙灯、高压汞灯，染料激光器；u检测器：光电倍增管。 仪器光路图 同步扫描可分为固定波长差、固定能量差、可变波长三种。谱带变窄，减少光谱重叠，提高分辨率。酪氨酸和色氨酸激发光谱相似，荧光发射光谱严重重叠，ll60 nm时，只显示色氨酸特征光谱，实现分别测定。 荧光计上配上即可对磷光进行测

10、量。在有荧光发射的同时测量磷光。借助于荧光和磷光寿命的差别，将荧光隔开。荧光强度 If正比于吸收的光量Ia和荧光量子效率 ： If = Ia 由朗-比耳定律： If = I0(1-10-A ) = I0(1-e-2.3A ) ，括号项近似处理后： If = 2.3 I0 l c = Kc配制一系列标准浓度试样测定荧光强度，绘制标准曲线，再在相同条件下测量未知试样的荧光强度，在标准曲线上求出浓度。 在线性范围内，测定标样和试样的荧光强度，比较。u铍、铝、硼、镓、硒、镁、稀土常采用荧光分析法u氟、硫、铁、银、钴、镍采用荧光熄灭法测定u铜、铍、铁、钴、锇及过氧化氢采用催化荧光法测定u铬、铌、铀、碲采

11、用低温荧光法测定u铈、铕、锑、钒、铀采用固体荧光法测定 u 荧光分光光度计组成及特点；u 荧光分析定量依据。 在化学反应过程中，某些化合物接受能量被激发，从激发态返回基态时，发射出一定波长的光。 A +B = C + D* D* D + h u能够发光的化合物大多为；u化学发光反应多为，激发能与反应能相当： E=170300 kJ/mol，位于可见光区；u发光持续时间较长，反应持续进行；u 化学发光反应存在于生物体（萤火虫、海洋发光生物）中，称。emcecl 参加反应的分子数参加反应的分子数发射光子的分子数发射光子的分子数参加反应分子数参加反应分子数激发态分子数激发态分子数 ce 激发态分子数

12、激发态分子数产生光子数产生光子数 em 某时刻t 的化学发光强度（单位时间内发射光子数）： tctIddclcl cttcttIAttcl0cl0cldddd（1）一定条件下，峰值光强度与被测物浓度成线性；（2）一定条件下，曲线下面积为发光总强度(S)，其与被测物浓度成线性： NO + O3 NO2* NO2* NO2 + h 发射的光谱范围：600875 nm，灵敏度1 ng/cm-3； O3 O2 + O （1000 C石英管中进行） SO2 + O + O SO2* + O2 SO2 * SO2* + h 最大发射波长：200 nm；灵敏度1 ng/cm-3； u发光反应速度慢，某些金属离子可催化反应；利用这一现象可间接测定这些金属离子。u可检测低至 10-9 mol/L 的H2O2；u间接测定某些生物试样。荧光