武汉大学第五版 仪器分析 分子发光课件

1、第八章第八章 分子发光分析法分子发光分析法Molecular luminescence analysis2022-1-138.1 概概 论论8.1.1 分子发光的类型分子发光的类型1.分子发光分子发光分子吸收外来能量时分子吸收外来能量时,分子的外层电子分子的外层电子可能被激发而跃迁到更高的电子能级可能被激发而跃迁到更高的电子能级,这种处于激发这种处于激发态的分子是不稳定的态的分子是不稳定的,它将经多种衰变途径而跃迁回它将经多种衰变途径而跃迁回基态基态. 包括辐射跃迁和非辐射跃迁包括辐射跃迁和非辐射跃迁,在辐射跃迁中伴随发在辐射跃迁中伴随发光现象光现象,称为分子发光称为分子发光.2022-1-1

2、32.按激发的模式分类按激发的模式分类:光致发光光致发光分子通过吸收光能而被激发发光分子通过吸收光能而被激发发光.化学发光化学发光(生物发光生物发光)由化学反应的化学能或由生物由化学反应的化学能或由生物体释放出来的能量所激发而发光体释放出来的能量所激发而发光.3.按分子的激发态类型分类按分子的激发态类型分类: 荧光和磷光荧光和磷光2022-1-138.1.2 8.1.2 分子发光分析法的特点分子发光分析法的特点（1 1）灵敏度高）灵敏度高 比吸收光度法高比吸收光度法高2 24 4个数量级个数量级, ,检测下限：检测下限：0.10.10.10.1 g/cmg/cm-3-3（2 2）选择性强）选择

3、性强 既可依据特征发射光谱，又可根据特征吸收光谱；既可依据特征发射光谱，又可根据特征吸收光谱；（3 3）试样量少）试样量少 缺点缺点：应用范围小。2022-1-138.2 分子荧光与磷光光谱分析法分子荧光与磷光光谱分析法8.2.1 基本原理基本原理8.2.1.1 荧光、磷光产生机理荧光、磷光产生机理1.荧光、磷光的产生荧光、磷光的产生 电子处于激发态是不稳定状态，返回基态时，通电子处于激发态是不稳定状态，返回基态时，通过辐射跃迁过辐射跃迁(发光发光)和无辐射跃迁等方式失去能量；和无辐射跃迁等方式失去能量；2022-1-13 平行自旋比成对自旋稳定平行自旋比成对自旋稳定( (洪特规则洪特规则)

4、)，三重态能，三重态能级比相应单重态能级低；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大多数有机分子的基态处于单重态. . 电子激发态的多重度电子激发态的多重度 M=2S+1 S为电子自旋量子数为电子自旋量子数的代数和的代数和(0或或1) 在每个电子能级上，都存在振动、转动能级；在每个电子能级上，都存在振动、转动能级； 基态基态(S0)激发态激发态(S1、S2、激发态振动能级激发态振动能级) )：吸收特定频率吸收特定频率的辐射；量子化；跃迁一次到位；的辐射；量子化；跃迁一次到位； 激发态激发态基态：有多种途径和方式；速度最快、激发态寿命基态：有多种途径和方式；速度最快、激发态寿命最

5、短的途径占优势；最短的途径占优势； 第一、第二、第一、第二、电子激发单重态电子激发单重态 S1 、S2 ； 第一、第二、第一、第二、电子激发三重态电子激发三重态 T1 、 T2 ；2022-1-13传递途径传递途径辐射跃迁荧光延迟荧光磷光内转移外转移系间跨越振动弛预无辐射跃迁 激发态停留时间短、返回速度快的途径，发生的几率大，激发态停留时间短、返回速度快的途径，发生的几率大，发光强度相对大；发光强度相对大；荧光：荧光：10-710 -9 s,第一激发第一激发单重态单重态的最低振动能级的最低振动能级基态；基态；磷光：磷光：10-410s；第一激发第一激发三重态三重态的最低振动能级的最低振动能级基

6、态；基态；2022-1-13S2S1S0T1吸吸收收发发射射荧荧光光发发射射磷磷光光系间跨越内转换振动弛豫能量l l 2l l 1l l 3 外转换l l 2T2内转换振动弛豫2022-1-13非辐射能量传递过程非辐射能量传递过程: : 1.1.振动弛豫：同一振动弛豫：同一电子能级内以热能量交换形式由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豫的时间10 -12 s。 2.内转换：同多重度电子能级中内转换：同多重度电子能级中,等能级间的无辐射等能级间的无辐射能级交换。能级交换。 通过内转换和振动弛豫，高激发单

7、重态的电子通过内转换和振动弛豫，高激发单重态的电子跃回第一激发单重态的最低振动能级。跃回第一激发单重态的最低振动能级。2022-1-133. 外转换：激发分子与溶剂或其他分子之间产生相互外转换：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；作用而转移能量的非辐射跃迁； 外转换使荧光或磷光减弱或外转换使荧光或磷光减弱或“猝灭猝灭”。4. 系间跨越：不同多重态系间跨越：不同多重态,有重叠的转动能级间的非辐有重叠的转动能级间的非辐射跃迁。射跃迁。 2022-1-13辐射能量传递过程辐射能量传递过程: : 1. 1. 荧光发射：荧光发射：电子由电子由第一激发第一激发单重态单重态的最低

8、振动能级的最低振动能级基态（基态（ 多为多为 S1 S0跃迁跃迁），），发射波长为发射波长为 l l 2的荧光；的荧光； 10-710 -9 s 。 由图可见，发射荧光的能量比分子吸收的能量小，波长长由图可见，发射荧光的能量比分子吸收的能量小，波长长； l l 2 l l 2 l l 1 ；S2S1S0T1吸吸收收发发射射荧荧光光发发射射磷磷光光系间跨越内转换振动弛豫能量l l 2l l 1l l 3 外转换l l 2T2内转换振动弛豫2022-1-132. 磷光发射：磷光发射：电子由第一激发电子由第一激发三重态三重态的最低振动能级的最低振动能级基态（基态（ T1 S0跃跃迁迁）；）； 电子由

9、电子由S0进入进入T1的可能过程：（的可能过程：（ S0 T1禁阻跃迁）禁阻跃迁） S0 激发激发振动弛豫振动弛豫内转移内转移系间跨越系间跨越振动弛豫振动弛豫 T1 发光速度很慢：发光速度很慢： 10-4100 s 。 光照停止后，可持续一段时间。光照停止后，可持续一段时间。S2S1S0T1吸吸收收发发射射荧荧光光发发射射磷磷光光系间跨越内转换振动弛豫能量l l 2l l 1l l 3 外转换l l 2T2内转换振动弛豫2022-1-132. 荧光、磷光的寿命和量子产率荧光、磷光的寿命和量子产率荧光量子产率（荧光量子产率（ ）吸收的激发光量子数发射的荧光量子数 可见，荧光量子产率的大小取决于荧

10、光发射过程与非辐射跃可见，荧光量子产率的大小取决于荧光发射过程与非辐射跃迁过程的竞争结果。迁过程的竞争结果。2022-1-138.2.1.2 荧光荧光磷光与分子结构的关系磷光与分子结构的关系分子产生荧光必须具备的条件分子产生荧光必须具备的条件: :（1）具有合适的结构；）具有合适的结构；（2）具有一定的荧光量子产率。）具有一定的荧光量子产率。 2022-1-131.共轭效应：提高共轭度有利于增加荧光效率并产生红移共轭效应：提高共轭度有利于增加荧光效率并产生红移化合物化合物 /nm苯苯 0.07 283萘萘 0.29 321蒽蒽 0.46 400一般而言一般而言，电子共轭体系越大，荧光效率越电子

11、共轭体系越大，荧光效率越高，且荧光光谱红移。高，且荧光光谱红移。CHCHCHCH强荧光强荧光无荧光无荧光 2022-1-132.刚性平面结构：可降低分子振动，减少与溶剂的相互作用，故刚性平面结构：可降低分子振动，减少与溶剂的相互作用，故具有很强的荧光。如荧光素和酚酞有相似结构，荧光素有很强的具有很强的荧光。如荧光素和酚酞有相似结构，荧光素有很强的荧光，酚酞却没有。荧光，酚酞却没有。2022-1-133. 取代基效应：芳环上有供电基，使荧光增强取代基效应：芳环上有供电基，使荧光增强2022-1-134. 跃迁类型：跃迁类型： * 的荧光效率高，系间跨越过程的的荧光效率高，系间跨越过程的速率常数小

12、，有利于荧光的产生速率常数小，有利于荧光的产生与与 跃迁相比，跃迁相比， 跃迁的跃迁的 大大100 1000倍，寿命较短，通过系间窜跃至三重态的速率也较小，倍，寿命较短，通过系间窜跃至三重态的速率也较小，因此因此 跃迁的荧光效率较高。跃迁的荧光效率较高。*n * *n*, n*,* 激发激发发射发射 *2022-1-131.1.溶剂的影响溶剂的影响 溶剂的极性溶剂的极性: 对许多共轭芳族化合物对许多共轭芳族化合物,激发时发生了激发时发生了 * 跃迁跃迁,其激发其激发态比基态具有更大的极性态比基态具有更大的极性,随着溶剂极性的增大随着溶剂极性的增大,激发态比基态激发态比基态能量下降的更多能量下降

13、的更多-荧光光谱向长波移动荧光光谱向长波移动 氢键氢键溶剂形成氢键的能力增大溶剂形成氢键的能力增大,荧光光谱向短波移动荧光光谱向短波移动8.2.1.3 影响分子发光的环境因素影响分子发光的环境因素2022-1-132. 溶液溶液pH 对酸碱化合物，溶液对酸碱化合物，溶液pH的影响较大，需要严格控制；的影响较大，需要严格控制；3.温度和黏度的影响温度和黏度的影响 温度上升温度上升,将使激发态分子的振动驰豫和内转化作用加剧将使激发态分子的振动驰豫和内转化作用加剧,同同时增大了发光分子与溶剂分子碰撞失活的机会时增大了发光分子与溶剂分子碰撞失活的机会,将导致溶液的荧将导致溶液的荧光和磷光强度下降光和磷

14、光强度下降. 介质黏度的提高介质黏度的提高,将减小激发态分子振动和转动的速率将减小激发态分子振动和转动的速率,同时同时由于减小了运动速率而降低了与其他溶质分子的碰撞概率由于减小了运动速率而降低了与其他溶质分子的碰撞概率,有利有利于提高荧光或磷光的强度于提高荧光或磷光的强度2022-1-134. 有序介质的影响有序介质的影响 表面活性剂或环糊精溶液表面活性剂或环糊精溶液对发光物质具有增溶、增敏、增对发光物质具有增溶、增敏、增稳的作用稳的作用,是提高发光分析法灵敏度和选择性的有效途径是提高发光分析法灵敏度和选择性的有效途径.8.2.1.4 溶液荧光的猝灭发光分子与发光分子与溶剂或溶质之间溶剂或溶质

15、之间发生的导致发光强度下降的物理或化发生的导致发光强度下降的物理或化学作用过程学作用过程. 淬灭剂淬灭剂动态淬灭动态淬灭淬灭剂与发光物质的激发态分子互相碰撞淬灭剂与发光物质的激发态分子互相碰撞,以能量转移以能量转移或电荷转移使发光分子失去激发能而不能返回基态或电荷转移使发光分子失去激发能而不能返回基态静态淬灭静态淬灭-淬灭剂与发光物质的基态分子发生络合反应淬灭剂与发光物质的基态分子发生络合反应,所产生的所产生的络合物在实际检测区内不发光络合物在实际检测区内不发光.8.2.1.58.2.1.5激发光谱与发射激发光谱与发射( (荧光或磷光荧光或磷光) )光谱光谱 excitation spectr

16、um and fluore-scence spectrum 1.1.激发光谱曲线激发光谱曲线 固定荧光固定荧光( (磷光磷光) )的发射波长的发射波长( (即即测定波长测定波长),),不断改变入射光波长不断改变入射光波长, ,得得到荧光到荧光( (磷光磷光) )强度与入射光波长的关强度与入射光波长的关系曲线系曲线 （图中曲线（图中曲线I I ） 。 激发光谱曲线的最高处，处于激发态的分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；子最多，荧光强度最大；2022-1-132.2.荧光光谱荧光光谱( (或磷光光谱或磷光光谱) )发射光谱曲线发射光谱曲线 固定激发光波长固定激发光波长(

17、(入射入射光波长光波长), ), 不断改变荧光不断改变荧光( (磷光磷光) )的测定波长的测定波长( (发射波发射波长长),),得到荧光得到荧光( (或磷光强度或磷光强度) )与发射光波长关系曲线与发射光波长关系曲线( (图中曲线图中曲线II或或III) )。2022-1-133.激发光谱与发射光谱的关系 a.Stokesa.Stokes位移位移 激发光谱与发射光谱之间的波长差值。发射光谱的波长比激发光谱的长，由于振动弛豫消耗了能量。200260320380440500560620荧光激发光谱荧光激发光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

18、荧（磷）光光谱2022-1-13b.发射光谱的形状与激发波长无关发射光谱的形状与激发波长无关 电子跃迁到不同激发态能级，吸收不同波长的能量(如能级图l 2 ,l 1)，产生不同吸收带，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(如l 2 )。 S2S1S0T1吸吸收收发发射射荧荧光光发发射射磷磷光光系间跨越内转换振动弛豫能量l l 2l l 1l l 3 外转换l l 2T2内转换振动弛豫2022-1-13nm3 .269ex l lnm7 .370ex l lnm0 .448ex l lnm4 .465ex l l维生素维生素B2荧光发射光谱荧光发射光谱发射光谱的

19、形状与激发波长无关发射光谱的形状与激发波长无关c. 镜像规则镜像规则 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。200260320380440500560620荧光激发光谱荧光激发光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）光光谱镜像规则的解释镜像规则的解释 基态上的各振动能级分布与第一激发态上的各振动能基态上的各振动能级分布与第一激发态上的各振动能级分布类似；级分布类似； 基态上的零振基态上的零振动能级与第一激发动能级与第一激发态的二振动能级之态的二振动能级之间的跃迁几率最大间的跃迁几率最大，相反跃迁也然，相

20、反跃迁也然。 2022-1-138.2.1.6 荧光荧光(磷光磷光)强度与溶液浓度的关系强度与溶液浓度的关系1. 荧光强度荧光强度 If正比于正比于吸收的光量吸收的光量Ia和荧光量子效率和荧光量子效率 f ： If = f Ia 由朗由朗-比耳定律：比耳定律： If = I0(1-10- l c ) = I0(1-e-2.3 l c ) 浓度很低时，近似处理后：浓度很低时，近似处理后： If=2.3fI0bc= Kc其其中：中：f为荧光效率，为荧光效率，I0为激发光的强度，为激发光的强度，荧光物质的摩尔吸荧光物质的摩尔吸收系数，收系数，b为试样池的光程为试样池的光程，c为荧光物质的浓度为荧光物

21、质的浓度。荧光强度和溶液浓度呈线性关系，只限于极稀的溶液。对于较荧光强度和溶液浓度呈线性关系，只限于极稀的溶液。对于较浓溶液，会产生浓度猝灭现象。浓溶液，会产生浓度猝灭现象。2022-1-132. 磷光强度与磷光物质浓度的关系磷光强度与磷光物质浓度的关系 当磷光物质当磷光物质浓度浓度很很小小时，磷光强度时，磷光强度Ip与磷光物质浓度与磷光物质浓度c之间的之间的关系式为关系式为: Ip=2.3pI0bc 式中：式中：p为磷光效率，为磷光效率，I0为激发光的强度，为激发光的强度，磷光物质的摩磷光物质的摩尔吸收系数，尔吸收系数，b为试样池的光程。为试样池的光程。 在一定条件下，p、I0、b均为常数，

22、所以上式可写成： Ip=Kc 即即磷光强度与磷光物质的浓度磷光强度与磷光物质的浓度c成正比。成正比。2022-1-133. 内滤光作用和自吸现象 自吸现象自吸现象：化合物的荧光发射光谱的短波长端与其吸收光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。谱的长波长端重叠，产生自吸收；如蒽化合物。内滤光作用内滤光作用：溶液中含有能吸收激发光或荧光物质发射的荧溶液中含有能吸收激发光或荧光物质发射的荧光，如色胺酸中的重铬酸钾；光，如色胺酸中的重铬酸钾；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

23、的激发光谱和荧光光谱8.2.2 8.2.2 荧光、磷光仪器荧光、磷光仪器8.2.2.1 8.2.2.1 荧光分析仪器荧光分析仪器 测量荧光的仪器主要由四个部分组成：测量荧光的仪器主要由四个部分组成： 激发光源、样品池、单色器、检测器激发光源、样品池、单色器、检测器 2022-1-131、光源、光源：氙灯和高压汞灯2 2、单色器、单色器：选择激发光波长的第一单色器和选择发射光(测量)波长的第二单色器3 3、样品池：石英、样品池：石英4 4、检测器、检测器：光电倍增管光光源源第一第一单色器单色器第二第二单色器单色器激发激发荧光荧光样品池样品池检测系统检测系统2022-1-13荧光荧光检测器检测器有

24、两个单色器，有两个单色器，光源与检测器呈光源与检测器呈90度角，以避开激度角，以避开激发光、杂散光的干扰，增加检测灵敏度。发光、杂散光的干扰，增加检测灵敏度。I0IfIt紫外可见紫外可见检测器检测器 分光系统分光系统(双单色器双单色器)第一单色器作用：选择激发波长第一单色器作用：选择激发波长第二单色器作用：分离出荧光发射波长第二单色器作用：分离出荧光发射波长样品池样品池 四面透光四面透光仪仪器器光光路路图图该型仪器可进该型仪器可进行荧光、磷光行荧光、磷光和发光分析；和发光分析；同步扫描技术同步扫描技术 同步扫描技术可同步扫描技术可简化光谱，谱带变窄简化光谱，谱带变窄，减少光谱重叠，提，减少光谱

25、重叠，提高分辨率；高分辨率； 如图。如图。可获得三维光谱图的仪器可获得三维光谱图的仪器 可 获 得 激 发可 获 得 激 发光谱与发射光谱光谱与发射光谱同时变化时的荧同时变化时的荧( (磷磷) )光光谱图光光谱图2022-1-138.2.2.2 8.2.2.2 磷光分析仪器磷光分析仪器 与荧光分析仪器基本相似。与荧光分析仪器基本相似。 荧光计上配上磷光测量附件即可对磷光进行测量。荧光计上配上磷光测量附件即可对磷光进行测量。在有荧光发射的同时测量磷光。在有荧光发射的同时测量磷光。1、试样室、试样室 将试样放在盛液氮的石英杜瓦瓶内，即可用于低温磷光将试样放在盛液氮的石英杜瓦瓶内，即可用于低温磷光测

26、定。测定。2022-1-132、磷光镜、磷光镜 有些物质同时会发生荧光和磷光，为了能在同时有荧光现有些物质同时会发生荧光和磷光，为了能在同时有荧光现象的体系中测定磷光，通常必须在激发光单色器和液槽之间以象的体系中测定磷光，通常必须在激发光单色器和液槽之间以及在液槽和发射光单色器之间各装一个斩波片，并由一个同步及在液槽和发射光单色器之间各装一个斩波片，并由一个同步马达带动，这种装置称作磷光镜。马达带动，这种装置称作磷光镜。8.2.3 荧光的常规测定方法荧光的常规测定方法1、直接测定法、直接测定法2、间接测定法、间接测定法荧光衍生法、荧光淬灭法、敏化荧光法荧光衍生法、荧光淬灭法、敏化荧光法3、多组

27、分混合物的荧光分析、多组分混合物的荧光分析2022-1-138.2.4 磷光的测定方法磷光的测定方法v与荧光相比，磷光具有两个特点：与荧光相比，磷光具有两个特点：（1）磷光辐射的波长比荧光长）磷光辐射的波长比荧光长（2）磷光的寿命比荧光长）磷光的寿命比荧光长8.2.4.1 低温磷光分析低温磷光分析 随着温度的降低，磷光逐渐增强随着温度的降低，磷光逐渐增强用液氮作冷却剂（用液氮作冷却剂（77K）2022-1-13重原子效应：重原子效应： 使用含有重原子的溶剂或在磷光物质中引使用含有重原子的溶剂或在磷光物质中引入重原子取代基，都可以提高磷光物质的磷入重原子取代基，都可以提高磷光物质的磷光强度，这种

28、效应称作重原子效应。光强度，这种效应称作重原子效应。2022-1-138.2.4.2室温磷光室温磷光 由于低温磷光需要低温实验装置、溶剂选由于低温磷光需要低温实验装置、溶剂选择的限制，发展了以下几种室温磷光法：择的限制，发展了以下几种室温磷光法：1、固体表面室温磷光法、固体表面室温磷光法 此法测量室温下吸附于固体基质（载体）上的有此法测量室温下吸附于固体基质（载体）上的有机化合物所发射的磷光。机化合物所发射的磷光。 理想的载体是既能将分析物质牢固地束缚在表面理想的载体是既能将分析物质牢固地束缚在表面或基质中以增加刚性，并减小三重态的碰撞猝灭等或基质中以增加刚性，并减小三重态的碰撞猝灭等非辐射去

29、活化过程，而本身又不产生磷光背景。非辐射去活化过程，而本身又不产生磷光背景。2022-1-132、胶束增稳的溶液室温磷光法、胶束增稳的溶液室温磷光法 当向溶液中加入适量的表面活性剂，形成胶束，当向溶液中加入适量的表面活性剂，形成胶束，由于胶束的多相性，改变了磷光团的微环境和定向由于胶束的多相性，改变了磷光团的微环境和定向的约束力，从而强烈影响了磷光团的物理性质，减的约束力，从而强烈影响了磷光团的物理性质，减小了内转化和碰撞能量损失等非辐射去活化过程的小了内转化和碰撞能量损失等非辐射去活化过程的趋势，明显增加了三重态的稳定性，从而可以实现趋势，明显增加了三重态的稳定性，从而可以实现在溶液中测量室

30、温磷光。在溶液中测量室温磷光。8.2.5 荧光分析法的应用1 1、无机化合物的分析、无机化合物的分析 与有机试剂配合物后测量；可测量约与有机试剂配合物后测量；可测量约6060多种元素。多种元素。 铍、铝、硼、镓、硒、镁、稀土常采用荧光分析法；铍、铝、硼、镓、硒、镁、稀土常采用荧光分析法； 氟、硫、铁、银、钴、镍采用荧光熄灭法测定；氟、硫、铁、银、钴、镍采用荧光熄灭法测定； 铜、铍、铁、钴、锇及过氧化氢采用催化荧光法测定；铜、铍、铁、钴、锇及过氧化氢采用催化荧光法测定； 铬、铌、铀、碲采用低温荧光法测定；铬、铌、铀、碲采用低温荧光法测定； 铈、铕、锑、钒、铀采用固体荧光法测定铈、铕、锑、钒、铀采

31、用固体荧光法测定 目前荧光分析大多用于定量分析，由于自身发射荧光的化目前荧光分析大多用于定量分析，由于自身发射荧光的化合物不多，因此往往利用有机试剂与荧光较弱或不显荧光的物合物不多，因此往往利用有机试剂与荧光较弱或不显荧光的物质结合形成发荧光的配合物来进行测定。质结合形成发荧光的配合物来进行测定。2022-1-132022-1-132 2、有机化合物的分析、有机化合物的分析 芳香族化合物具有共芳香族化合物具有共轭的不饱和结构，多能发轭的不饱和结构，多能发生荧光，可以直接进行荧生荧光，可以直接进行荧光测定；而脂肪族化合物光测定；而脂肪族化合物的分子结构较简单，本身的分子结构较简单，本身能发荧光的

32、很少，须与某能发荧光的很少，须与某些试剂反应后才能进行分些试剂反应后才能进行分析。析。 8.2.68.2.6磷光分析法的应用磷光分析法的应用1.1.稠环芳烃分析稠环芳烃分析 采取固体表面室温磷光分析法快速灵敏测定稠环芳烃和采取固体表面室温磷光分析法快速灵敏测定稠环芳烃和杂环化合物（致癌物质）杂环化合物（致癌物质）2022-1-132.农药、生物碱、植物生长激素农药、生物碱、植物生长激素的分析的分析 检测限检测限0.01 g/cm-3 3.药物分析和临床分析药物分析和临床分析8.3 8.3 化学发光分析法化学发光分析法Chemiluminescence analysis2022-1-138.3.

33、1 概论概论1 1、化学发光、化学发光 某些物质在进行化学反应过程中，由于吸收了反应产生的某些物质在进行化学反应过程中，由于吸收了反应产生的化学能而被激发，从激发态返回基态时，发射出一定波长的光化学能而被激发，从激发态返回基态时，发射出一定波长的光，这种吸收化学能使分子发光的过程称为化学发光。这种吸收化学能使分子发光的过程称为化学发光。 化学发光反应存在于生物体化学发光反应存在于生物体(萤火虫、海洋发光生物萤火虫、海洋发光生物)中，中，称生物发光称生物发光(bioluminescence)。化学发光分析化学发光分析 利用某些化学反应所产生的光发射现象而建立的一种分析利用某些化学反应所产生的光发

34、射现象而建立的一种分析方法。方法。 2022-1-132、特点特点 1. 1. 灵敏度极高灵敏度极高 例：荧光素酶和磷酸三腺甙例：荧光素酶和磷酸三腺甙(ATP)的化学发光分析，可测定的化学发光分析，可测定2 10-17Mol/L的的ATP，即可检测出一个细菌中的，即可检测出一个细菌中的ATP含量含量2 2. . 仪器设备简单仪器设备简单 不需要光源、单色器和背景校正；不需要光源、单色器和背景校正；3. 3. 发射光强度测量无干扰发射光强度测量无干扰 无背景光、散射光等干扰；无背景光、散射光等干扰；2022-1-13 线性范围宽线性范围宽 分析速度快分析速度快缺点：缺点：可供发光用的试剂少；可供

35、发光用的试剂少； 发光反应效率低（大大低于生物体中的发光反应效率低（大大低于生物体中的 发光）；发光）； 机理研究少。机理研究少。8.3.2基本原理基本原理 principle1. 1. 产生化学发光反应必须满足的条件产生化学发光反应必须满足的条件 在化学反应过程中，某些化合物接受能量而被激发，从激在化学反应过程中，某些化合物接受能量而被激发，从激发态返回基态时，发射出一定波长的光。发态返回基态时，发射出一定波长的光。 A +B = C + D* D* D + h （1）能快速地释放出足够的能量。能快速地释放出足够的能量。 能产生化学发光的物质大多为有机化合物，芳香族化合物；能产生化学发光的物

36、质大多为有机化合物，芳香族化合物； 化学发光反应多为氧化还原反应，激发能与反应能相当化学发光反应多为氧化还原反应，激发能与反应能相当 ， E=170300 kJ/mol； 发光位于可见光区；发光位于可见光区；2022-1-13（2）反应历程有利于激发态产物的形成；）反应历程有利于激发态产物的形成；（3）激发态分子能够以辐射跃迁的方式返回基态；激发态分子能够以辐射跃迁的方式返回基态；2.2.化学发光效率化学发光效率生成激发态产物的效率生成激发态产物的效率激发态产物的发光效率激发态产物的发光效率emcecl参加反应的分子数发射光子的分子数参加反应分子数激发态分子数ce激发态分子数产生光子数em 化

37、学效率主要取决于发光所依赖的化学反应本身；而发光效化学效率主要取决于发光所依赖的化学反应本身；而发光效率则取决于发光体本身的结构和性质，也受环境的影响。率则取决于发光体本身的结构和性质，也受环境的影响。2022-1-13发光强度发光强度 化学发光反应的发光强度化学发光反应的发光强度I Iclcl是以单位时间内发射的光是以单位时间内发射的光子数表示，它与化学发光反应子数表示，它与化学发光反应的速率有关。的速率有关。 时刻时刻t t 的化学发光强度的化学发光强度( (单单位时间发射的光量子数位时间发射的光量子数) )： tctIddclcl 在化学发光分析中，常用已知时间内的发光总强度来进行定量分

38、析在化学发光分析中，常用已知时间内的发光总强度来进行定量分析 tctIddclcl cttcttIAttcl0cl0cldddd8.3.3 8.3.3 化学发光的类型化学发光的类型8.3.3.1 8.3.3.1 气相化学发光气相化学发光 主要有主要有O3，NO, S的化学发光反应，可用于的化学发光反应，可用于监测空气中的监测空气中的O3，NO, NO2，H2S, SO2和和CO等等.2022-1-131、O3的化学发光反应的化学发光反应 乙烯与乙烯与O3反应，生成激发态乙醛：反应，生成激发态乙醛： CH2O* CH2O + h 最大发射波长：最大发射波长：435nm；对对O3的特效反应；线性响

39、应的特效反应；线性响应范围范围1 ng/cm-3 1 g/cm-3；2022-1-132、氮氧化合物的化学发光反应、氮氧化合物的化学发光反应 NO + O3 NO2* NO2* NO2 + h 发射的光谱范围：发射的光谱范围：600875nm 灵敏度灵敏度1ng/cm-3；2022-1-133.氧原子与氧原子与SO2的发光反应的发光反应 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：最大发射波长：200nm；灵敏度灵敏度1ng/cm-3 O3 O2 + O （1000 C石英管中进行石英管中进行） NO + O NO2* NO2 * NO2 + h 发射光谱范围：发射光谱范围：4001400nm；灵敏度灵敏度1ng/cm-3 氧原子与氧原子与NO的发光反应：的发光反应：氧原子与氧原子与CO的发光反应：的发光反应： CO + O CO2* CO2 * CO2 + h 发射光谱范围：发