物质发光分析

1、1 处于基态的分子吸收能量（电、热、化学和光处于基态的分子吸收能量（电、热、化学和光能等）被激发至激发态，然后从不稳定的激发态返回能等）被激发至激发态，然后从不稳定的激发态返回至基态并发射出光子，此种现象称为发光。物质吸收至基态并发射出光子，此种现象称为发光。物质吸收光能后所产生的光辐射称之为荧光和磷光。光能后所产生的光辐射称之为荧光和磷光。这一机理这一机理同样适用于说明化学发光和生物发光的原理。同样适用于说明化学发光和生物发光的原理。 1 1 荧光和磷光的基本原理荧光和磷光的基本原理2电子激发态的多重度可用电子激发态的多重度可用M = 2S + 1表示（或表示（或），多数分子含有偶数电子，根

2、据），多数分子含有偶数电子，根据Pauli不相容原理，分不相容原理，分子中同一轨道所占据的两个电子必须具有相反的自旋方向，子中同一轨道所占据的两个电子必须具有相反的自旋方向，即自旋配对。假如分子中任一轨道都是自旋配对的，此时即自旋配对。假如分子中任一轨道都是自旋配对的，此时S = 0，所以分子的多重度，所以分子的多重度M = 1，分子体系处于单重态，一般，分子体系处于单重态，一般用 符 号用 符 号 S 表 示 。 大 多 数 有 机 分 子 的 基 态 处 于 单 重 态表 示 。 大 多 数 有 机 分 子 的 基 态 处 于 单 重 态一一. .分子荧光和磷光的产生分子荧光和磷光的产生分

3、子吸收和发射过程的能级图（分子吸收和发射过程的能级图（Jablonski能级图）能级图）u两类电子激发态两类电子激发态3分子吸收外界辐射能量后，如果电子在跃迁过程中不分子吸收外界辐射能量后，如果电子在跃迁过程中不发生自旋方向上的变化，这时分子就处于激发的单重态，发生自旋方向上的变化，这时分子就处于激发的单重态，图中基态用图中基态用S0表示，第一电子激发单重态和第二电子激发表示，第一电子激发单重态和第二电子激发单重态分别用单重态分别用S1、S2表示。表示。如果电子在跃迁过程中发生了自旋方向的改变，这时如果电子在跃迁过程中发生了自旋方向的改变，这时分子便具有两个自旋不配对的电子，此时分子便具有两个

4、自旋不配对的电子，此时S = 1，分子的多，分子的多重度重度M = 3，即分子处于激发的三重态，用符号，即分子处于激发的三重态，用符号T表示。电表示。电子激发三重态分别用子激发三重态分别用T1、T2表示，表示， = 0、1、2、3 表示基表示基态和各个激发态的振动能级。态和各个激发态的振动能级。基态单重态基态单重态 激发单重态激发单重态 激发三重态激发三重态 S S0 0 S S1 1 S S2 2 T1 T2 处于分立轨道上的非成对电子，自旋平行要比自旋配处于分立轨道上的非成对电子，自旋平行要比自旋配对更稳定些对更稳定些( (洪特规则洪特规则) )，因此在同一激发态中，三重态能，因此在同一激

5、发态中，三重态能级总是比单重态能级略低。级总是比单重态能级略低。 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 2 T2内转换振动弛豫Jablonski diagram6Jablonski diagram7传递途径传递途径辐射跃迁辐射跃迁荧光荧光磷光磷光内转移内转移外转换外转换系间跨越系间跨越振动弛振动弛豫豫无辐射跃迁无辐射跃迁 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,第一激发单重态的最

6、低振动能级第一激发单重态的最低振动能级基态；基态；磷光：磷光：10-410 s；第一激发三重态的最低振动能级；第一激发三重态的最低振动能级基态；基态；2. 2. 去活化过程去活化过程（DeactivationDeactivation） 处于激发态分子不稳定，通过辐射或非辐射跃迁等去处于激发态分子不稳定，通过辐射或非辐射跃迁等去活化过程返回至基态活化过程返回至基态 。这些过程包括：。这些过程包括：8(1)(1)振动弛豫振动弛豫(Vibration relaxation(Vibration relaxation，简写为，简写为VR)VR) 在凝聚相体系中，被激发到激发单重态分子能通过与溶剂在凝聚相

7、体系中，被激发到激发单重态分子能通过与溶剂分子间的碰撞，以热的形式分子可将多余的振动能量传递给周分子间的碰撞，以热的形式分子可将多余的振动能量传递给周围环境，而自身从围环境，而自身从激发态的高振动能级跃迁至该电子能级的最激发态的高振动能级跃迁至该电子能级的最低振动能级上低振动能级上，这个过程称为振动弛豫。发生振动弛豫的时间，这个过程称为振动弛豫。发生振动弛豫的时间为为10101212S S数量级。数量级。9(2)(2)内转换内转换(Internal conversion(Internal conversion，简写为，简写为IC)IC) 当高电子能级中的低振动能级与低电子能级中的高振当高电子能

8、级中的低振动能级与低电子能级中的高振动能级发生重叠时，常发生电子从高电子能级以无辐射跃迁动能级发生重叠时，常发生电子从高电子能级以无辐射跃迁形式转移至低电子能级。这个过程称为内部转移。内部转移形式转移至低电子能级。这个过程称为内部转移。内部转移的时间为的时间为10101111S S10101313S S数量级。数量级。 振动弛豫及内部转移的速率比由高激发态直接发射光子振动弛豫及内部转移的速率比由高激发态直接发射光子的速率快得多，所以，分子吸收辐射能后不管激发到哪一个的速率快得多，所以，分子吸收辐射能后不管激发到哪一个激发单重态，都能通过振动弛豫及内部转移而跃迁到最低激发单重态，都能通过振动弛豫

9、及内部转移而跃迁到最低( (第一第一) )激发单重态的最低振动能级。激发单重态的最低振动能级。103)3)外部转移外部转移(External conversion,EC) (External conversion,EC) 激发态分子与溶剂分子或其它溶质分子相互碰撞，并发生激发态分子与溶剂分子或其它溶质分子相互碰撞，并发生能量转移的过程称为外部转移。外部转移能使荧光或磷光的强能量转移的过程称为外部转移。外部转移能使荧光或磷光的强度减弱甚至消失，这种现象称为猝灭或熄灭。度减弱甚至消失，这种现象称为猝灭或熄灭。 11(4)(4)系间跨跃系间跨跃(Intersystem Crossing, ISC)

10、(Intersystem Crossing, ISC) 系间跨跃是指不同多重态之间的无辐射跃迁过程，它系间跨跃是指不同多重态之间的无辐射跃迁过程，它涉及到受激发电子自旋状态的改变。如由第一激发单重态涉及到受激发电子自旋状态的改变。如由第一激发单重态S S1 1跃迁至第一激发三重态跃迁至第一激发三重态T T1 1，使原来两个自旋配对的电子不再，使原来两个自旋配对的电子不再配对。这种跃迁是禁阻的，但如果两个能态的能层有较大配对。这种跃迁是禁阻的，但如果两个能态的能层有较大重叠时，重叠时，S S1 1的最低振动能级与的最低振动能级与 T T1 1的较高振动能级重叠，就的较高振动能级重叠，就有可能通过

11、自旋一轨道偶合等作用实现这一跃迁。系间跨有可能通过自旋一轨道偶合等作用实现这一跃迁。系间跨跃的速度很小，经历的时间较长。跃的速度很小，经历的时间较长。12(3)(3)荧光发射荧光发射(Fluorescence emission,FE)(Fluorescence emission,FE) 处于激的单重态的电子经振动弛豫及内部转移后到达第处于激的单重态的电子经振动弛豫及内部转移后到达第一激发单重态一激发单重态(S(S1 1) )的最低振动能级的最低振动能级(v=0)(v=0)后，以辐射的形式跃后，以辐射的形式跃迁回基态迁回基态(S(S0 0) )的各振动能级，这个过程为荧光发射。电于经过的各振动能

12、级，这个过程为荧光发射。电于经过振动弛豫和内部转移的能量损失，因此荧光发射的能量比分子振动弛豫和内部转移的能量损失，因此荧光发射的能量比分子吸收的能量要小，荧光发射的波长比分子吸收的波长要长。第吸收的能量要小，荧光发射的波长比分子吸收的波长要长。第一发单重态最低振动能级的平均寿命为一发单重态最低振动能级的平均寿命为10109 910104 4S S，因此荧，因此荧光寿命也在这一数量级。光寿命也在这一数量级。135)5)磷光发射磷光发射(Phosphorescence emission)(Phosphorescence emission) 激发态的电子经系间跨跃后到达激发三重态，经过迅激发态的电

13、子经系间跨跃后到达激发三重态，经过迅速的振动弛豫而跃迁至第一激发三重态的最低振动能级，速的振动弛豫而跃迁至第一激发三重态的最低振动能级，然后以辐射形式跃迁回基态的各振动能级，这个过程为磷然后以辐射形式跃迁回基态的各振动能级，这个过程为磷光发射。磷光发射的跃迁仍然是自旋禁阻的，所以发光速光发射。磷光发射的跃迁仍然是自旋禁阻的，所以发光速度很慢。磷光的寿命为度很慢。磷光的寿命为10104 410 S10 S。因此，外光源照射停。因此，外光源照射停止后，磷光仍可持续一短时间。由于经过系间跨跃及止后，磷光仍可持续一短时间。由于经过系间跨跃及T T1 1 中中振动弛豫丢失了一部分能量，所以磷光波长比荧光

14、波长要振动弛豫丢失了一部分能量，所以磷光波长比荧光波长要长。长。14二荧光量子产率二荧光量子产率 荧光量子产率荧光量子产率 ( ( ) )：表示物质发射荧光的能力：表示物质发射荧光的能力 式中，式中，K K为荧光发射过程的速率常数，为荧光发射过程的速率常数，KKi i为无辐射为无辐射跃迁各种过程的速率常数之和可见，凡是使跃迁各种过程的速率常数之和可见，凡是使 k kF F 增加，使增加，使其它去活化常数降低的因素均可增加荧光量子产率。通常，其它去活化常数降低的因素均可增加荧光量子产率。通常，k kF F 由分子结构决定（内因），而由分子结构决定（内因），而Ki则由化学环境和结构则由化学环境和结

15、构共同决定。共同决定。iFFkkk吸收的光量子数发射的荧光量子数15三荧光的激发光谱和发射光谱三荧光的激发光谱和发射光谱 u激发光谱激发光谱 通过固定发射波长，扫描激发波长而获得的通过固定发射波长，扫描激发波长而获得的荧光强度荧光强度激发波长激发波长的关系曲线，称为激发光谱。激发光谱反映了在某的关系曲线，称为激发光谱。激发光谱反映了在某一固定发射波长下，不同激发波长激发的荧光相对效率。一固定发射波长下，不同激发波长激发的荧光相对效率。u发射光谱发射光谱( (也称荧光光谱也称荧光光谱) ) 通过固定激发波长，扫描发射波长所获得的通过固定激发波长，扫描发射波长所获得的荧光强度荧光强度发射波长发射波

16、长的关系曲线称为荧光发射光谱。它反映了在相同的的关系曲线称为荧光发射光谱。它反映了在相同的激发条件系，不同波长处分子的相对发射强度。荧光发射光激发条件系，不同波长处分子的相对发射强度。荧光发射光谱可用于荧光物质的鉴别。谱可用于荧光物质的鉴别。图图2. 罗丹明罗丹明B类化合物的激发类化合物的激发(1, em = 640 nm ) 和发射光谱和发射光谱(2, ex = 480 nm )52054056058060062002040608010021波长波长/ nm荧光强度荧光强度可确定最大激可确定最大激发及最大发射发及最大发射波长波长17四荧光发射光谱的特征四荧光发射光谱的特征 (1) (1) 斯

17、托克斯斯托克斯( (Stokes)Stokes)位移位移 在溶液的荧光光谱中，所观察到的荧光在溶液的荧光光谱中，所观察到的荧光发射波长总是大于激发光的波长。发射波长总是大于激发光的波长。StokesStokes于于18521852年首次发现这种波长位移现象，故称年首次发现这种波长位移现象，故称StokesStokes位移。位移。max,max,exemlll *斯托克斯位移说明了在激发与发射之间存在着一定斯托克斯位移说明了在激发与发射之间存在着一定的的能量损失能量损失。Stokes18u激发态分子由于振动弛豫及内转换的无辐射跃迁而迅激发态分子由于振动弛豫及内转换的无辐射跃迁而迅速衰变到速衰变到

18、S S1 1电子态的最低振动能级，这是产生其位移的主电子态的最低振动能级，这是产生其位移的主要原因；要原因；产生产生Stokes位移的原因：位移的原因：u荧光发射时，激发态的分子衰变到基态的各振动能级，荧光发射时，激发态的分子衰变到基态的各振动能级，此时，不同振动能级也发生振动弛豫至最低振动能级，也此时，不同振动能级也发生振动弛豫至最低振动能级，也造成能量的损失；造成能量的损失；u溶剂效应以及激发态分子可能发生的某些反应，也会加溶剂效应以及激发态分子可能发生的某些反应，也会加大斯托克斯位移。大斯托克斯位移。19(2) (2) 荧光发射光谱的形状与激发波长无关荧光发射光谱的形状与激发波长无关波长

19、波长/ nm荧光强度荧光强度图图3. 不同激发波长下不同激发波长下4-甲基伞形酮的荧光光谱甲基伞形酮的荧光光谱390420450480510010020030040020 由于荧光发射是激发态的分子由由于荧光发射是激发态的分子由S S1 1的最低振动能级跃迁回的最低振动能级跃迁回基态的各振动能级所产生的，所以不管激发光的能量多大，基态的各振动能级所产生的，所以不管激发光的能量多大，能把电子激发到哪种激发态，都将经过迅速的振动弛豫及内能把电子激发到哪种激发态，都将经过迅速的振动弛豫及内转换跃迁至转换跃迁至S S1 1的最低的最低振动振动能级，然后发射荧光。因此荧光发能级，然后发射荧光。因此荧光发

20、射光谱的形状与激发波长无关。射光谱的形状与激发波长无关。原原 因因: :21图图4. 芘的吸收光谱及荧光发射光谱芘的吸收光谱及荧光发射光谱(3) (3) 荧光发射光谱与吸收光谱呈镜像对称荧光发射光谱与吸收光谱呈镜像对称22解释：能层结构相似性解释：能层结构相似性 荧光为第一电子激发单重态的最荧光为第一电子激发单重态的最低振动能层跃迁到基态的各个振动能低振动能层跃迁到基态的各个振动能层而形成，即其形状与基态振动能级层而形成，即其形状与基态振动能级分布有关。分布有关。 吸收光谱是由基态最低振动能层吸收光谱是由基态最低振动能层跃迁到第一电子激发单重态的各个振跃迁到第一电子激发单重态的各个振动能层而形

21、成，即其形状与第一电子动能层而形成，即其形状与第一电子激发单重态的振动能级分布有关。激发单重态的振动能级分布有关。 由于激发态和基态的振动能层分由于激发态和基态的振动能层分布具有相似性，因而呈镜像对称。布具有相似性，因而呈镜像对称。S1S023 实验表明，大多数能发荧光的化合物都是由实验表明，大多数能发荧光的化合物都是由 * *或或 n n * *跃迁激发，然后经过振动弛豫等无辐射跃迁，再发生跃迁激发，然后经过振动弛豫等无辐射跃迁，再发生 * * 或或 * * n n 跃迁而产生荧光。而其中跃迁而产生荧光。而其中 * *时的摩时的摩尔吸光系数比尔吸光系数比n n * * 跃迁的大跃迁的大101

22、02 210103 3倍，倍， * * 跃迁的跃迁的寿命寿命(10(107 710109 9) )比比n n * * 跃迁的寿命跃迁的寿命(10(105 51010-7-7) )短，因短，因此荧光发射的速常数此荧光发射的速常数K Kf f值较大，荧光发射的效率高。因此，值较大，荧光发射的效率高。因此， * * 跃迁发射荧光的强度大。总之，跃迁发射荧光的强度大。总之， * * 跃迁的类跃迁的类型是产生荧光的最主要跃迁类型。型是产生荧光的最主要跃迁类型。 u跃迁类型：跃迁类型：五影响荧光强度的因素五影响荧光强度的因素24u共轭效应：共轭效应： 发生荧光发生荧光( (或磷光或磷光) )的物质，其分子

23、都含有共键双键的物质，其分子都含有共键双键(键键) )的结构体系。共轭体系越大，的结构体系。共轭体系越大， 电子的离域性越大，越容电子的离域性越大，越容易被激发，荧光也就越容易发生，且荧光光谱向长波移动。易被激发，荧光也就越容易发生，且荧光光谱向长波移动。大部分荧光物质都具有芳环或杂环，芳环越大，其荧光大部分荧光物质都具有芳环或杂环，芳环越大，其荧光( (或或磷光磷光) )峰越向长波移动，且荧光强度往往也较强。峰越向长波移动，且荧光强度往往也较强。 化合物化合物量子产率量子产率F ex（nm） em（nm）苯苯0.11205278萘萘0.29286321蒽蒽0.4636540026u刚性结构：

24、刚性结构： 实验发现，多数具有刚性平面结构的有机化合物分子都实验发现，多数具有刚性平面结构的有机化合物分子都具有强烈的荧光，因为这种结构可为减少分子的振动，使分具有强烈的荧光，因为这种结构可为减少分子的振动，使分子与溶剂或其他溶质分子之间的相互作用减少，即可减少能子与溶剂或其他溶质分子之间的相互作用减少，即可减少能量处部转移的损失，有利于荧光的发射。而且平面结构可以量处部转移的损失，有利于荧光的发射。而且平面结构可以增大分子的吸光截面，增大摩尔吸光系数，增强荧光强度。增大分子的吸光截面，增大摩尔吸光系数，增强荧光强度。 0.92 01 0.1828u取代基的影响取代基的影响 1)1)给电子取代

25、基使荧光加强给电子取代基使荧光加强 属于这类基团的有属于这类基团的有NHNH2 2，NHRNHR，NRNR2 2，OHOH，OROR，CNCN等。由于这些基团上的等。由于这些基团上的n n电子云几乎与芳环上的电子云几乎与芳环上的电子电子轨道平行，因而实际上它们共享了共轭轨道平行，因而实际上它们共享了共轭电子，形成了电子，形成了p p共轭，扩大共轭体系。因此，这类化合物的荧光强度增大共轭，扩大共轭体系。因此，这类化合物的荧光强度增大2)2)吸电子基团使荧光减弱而磷光增强吸电子基团使荧光减弱而磷光增强 如如-COOH-COOH、-C=O-C=O、 -NO-NO2 2、-NO-NO、-X-X等等.

26、.这类基团都会发生这类基团都会发生n n * * 跃迁，属于禁阻跃迁，所以摩尔吸光系数小，荧光发射也弱，跃迁，属于禁阻跃迁，所以摩尔吸光系数小，荧光发射也弱，而而 S S1 1-T-T1 1 的系间跨跃较为强烈，同样使荧光减弱，相应磷光的系间跨跃较为强烈，同样使荧光减弱，相应磷光增强。增强。 294)4) 重原子效应重原子效应 荧光体取代上重原子后，荧光减弱，而磷光往往相应增荧光体取代上重原子后，荧光减弱，而磷光往往相应增强。所谓重原子取代，一般指的是卤素强。所谓重原子取代，一般指的是卤素(Cl(Cl、BrBr和和I)I)原子取原子取代，芳烃取代上卤素原子这后，其荧光强度随卤素原子量代，芳烃取

27、代上卤素原子这后，其荧光强度随卤素原子量增加而减弱，而磷光通常相应地增强，这种效应称为增加而减弱，而磷光通常相应地增强，这种效应称为“重重原子效应原子效应”。这种效应被解释为，由于重原子中，能级之。这种效应被解释为，由于重原子中，能级之间的交叉现象比较严重，使得荧光体中的电子自旋一轨道间的交叉现象比较严重，使得荧光体中的电子自旋一轨道偶合作用加强，系间跨跃显著增加，结果导致荧强度减弱，偶合作用加强，系间跨跃显著增加，结果导致荧强度减弱，磷光强度增强。磷光强度增强。 3)3)取代基位置的影响取代基位置的影响 取代基位置对芳烃荧光的影响通常为：邻位取代基位置对芳烃荧光的影响通常为：邻位、对位取对位

28、取代者增荧光，间位取代者抑制荧光代者增荧光，间位取代者抑制荧光( (CNCN取代者例外取代者例外) )。以上为内在因素以上为内在因素. .30外在因素外在因素:u溶剂效应：溶剂效应： 溶剂极性可增加或降低荧光强度（改变溶剂极性可增加或降低荧光强度（改变 *及及 n * 跃迁的能量）；跃迁的能量）；u温度：温度增加，荧光强度下降（因为内、外转换增加、温度：温度增加，荧光强度下降（因为内、外转换增加、粘度粘度 或或“刚性刚性”降低）。因此体系降低温度可增加荧光分降低）。因此体系降低温度可增加荧光分析灵敏度。析灵敏度。upH值：具酸或碱性基团的有机物质，在不同值：具酸或碱性基团的有机物质，在不同pH

29、值时，其值时，其结构可能发生变化，因而荧光强度将发生改变；对无机荧结构可能发生变化，因而荧光强度将发生改变；对无机荧光物质，因光物质，因pH值会影响其稳定性，因而也可使其荧光强度值会影响其稳定性，因而也可使其荧光强度发生改变。发生改变。u荧光猝灭：荧光猝灭：碰撞猝灭；碰撞猝灭；静态猝灭；静态猝灭；转入三重态的转入三重态的猝灭；猝灭； 电子转移猝灭；电子转移猝灭；自猝灭。自猝灭。u内滤作用和自吸现象：当溶液中存在能吸收荧光物质的激内滤作用和自吸现象：当溶液中存在能吸收荧光物质的激发光或发射光的物质时，也会使体系的荧光减弱，这种现象发光或发射光的物质时，也会使体系的荧光减弱，这种现象称为内滤作用。

30、称为内滤作用。如果荧光物质的荧光发射光谱在该物质的吸收光谱有重如果荧光物质的荧光发射光谱在该物质的吸收光谱有重叠，当荧光物质浓度较大时，一部分荧光发射可被自身吸收，叠，当荧光物质浓度较大时，一部分荧光发射可被自身吸收， 从而使荧光强度降低，称为从而使荧光强度降低，称为自吸自吸。这种自吸现象也是一种内。这种自吸现象也是一种内滤作用。滤作用。六定量分析六定量分析lc.303211005. 0lcTaylor . 3!lc).3032(2!lc).3032(lc.3032110),101 (eer)101 (,32000alclclcflctafII，BIIIIII时，当展开）（又因为：定律又lcI

31、Ioff303. 2KcIf（ ，荧光量子产率）荧光量子产率）u这种线性关系只有在极稀的溶液中才成立。对于较浓的溶这种线性关系只有在极稀的溶液中才成立。对于较浓的溶液，由于猝灭现象和自吸收等原因，使荧光强度与浓度不成液，由于猝灭现象和自吸收等原因，使荧光强度与浓度不成线性关系。线性关系。 lcI2.303I0ffu荧光强度大小与荧光强度大小与: （1）荧光体浓度成正比）荧光体浓度成正比; （2）激发光强度成正比）激发光强度成正比; （3）测量仪器有关）测量仪器有关.35Absorbance Deviation (%)0.0010.10.011.10.055.50.1010.60.2019.9T

32、able. Deviation from linearity in the relation between fluorescence intensity and concentration for various absorbances荧光仪器荧光仪器第一单色器第一单色器或滤光片或滤光片记录仪第二单色器第二单色器或滤光片或滤光片荧光荧光光源光源激发激发样品池样品池1）光源：氙灯、高压汞灯、激光；）光源：氙灯、高压汞灯、激光；2）样品池：石英（低荧光材料）；）样品池：石英（低荧光材料）；3）两个单色器：选择激发光单色器；）两个单色器：选择激发光单色器；分离荧光单色器分离荧光单色器；4）检测器：

33、光电倍增管。）检测器：光电倍增管。特殊点特殊点：有两个单色器，光源与检测器通常成直角。：有两个单色器，光源与检测器通常成直角。373.3.荧光分析法的应用荧光分析法的应用(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、

34、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、铀采用固体荧光法测定(2)(2)生物与有机化合物的分析生物与有机化合物的分析 见表 383940荧光分析的特点：荧光分析的特点：u灵敏度高：视不同物质，检测下限在灵敏度高：视不同物质，检测下限在0.1 - 0.0010.1 - 0.001 g/mLg/mL之之间。可见比间。可见比UV-VisUV-Vis的灵敏度高得多！的灵敏度高得多！WHYWHY？u选择性好：可同时用激发光谱和荧光发射光谱定性。选择性好：可同时用激发光谱和荧光发射光谱定性。u分析线性范围比吸收光谱法宽许多。分析线性范围

35、比吸收光谱法宽许多。 u结构信息量多：包括物质激发光谱、发射光谱、光强、荧结构信息量多：包括物质激发光谱、发射光谱、光强、荧光量子效率、荧光寿命等。光量子效率、荧光寿命等。u但采用探针技术可大大拓宽发光分析的应用范围。但采用探针技术可大大拓宽发光分析的应用范围。41磷光分析磷光分析1. 1. 磷光的特点：磷光的特点：u磷光波长比荧光的长磷光波长比荧光的长(T(T1 1SS1 1) )；u磷光寿命比荧光的长磷光寿命比荧光的长( (磷光为禁阻跃迁产生，速率常数小磷光为禁阻跃迁产生，速率常数小) )；u磷光寿命和强度对重原子和氧敏感磷光寿命和强度对重原子和氧敏感( (自旋轨道耦合，使自旋轨道耦合，使

36、k kISCISC增增加加) )。2. 2. 低温磷光（液氮）低温磷光（液氮） 由于磷光寿命长，由于磷光寿命长，T T1 1的非辐射跃迁（内转换）几率增加，的非辐射跃迁（内转换）几率增加，碰撞失活（振动弛豫）的几率、光化学反应几率都增加，从而碰撞失活（振动弛豫）的几率、光化学反应几率都增加，从而降低磷光强度。因此有必要在低温下测量磷光。同时要求溶剂：降低磷光强度。因此有必要在低温下测量磷光。同时要求溶剂： (1)(1)易提纯且在分析波长区无强吸收和发射；易提纯且在分析波长区无强吸收和发射；(2)(2)低温下形成具低温下形成具足够粘度的透明的刚性玻璃体。足够粘度的透明的刚性玻璃体。 423. 3

37、. 室温磷光室温磷光 低温荧光需低温实验装置且受到溶剂选择的限制，低温荧光需低温实验装置且受到溶剂选择的限制，19741974年后发展了室温磷光年后发展了室温磷光（RTPRTP）。1 1）固体基质：在室温下以固体基质（如纤维素等）吸附磷）固体基质：在室温下以固体基质（如纤维素等）吸附磷光体，增加分子刚性、减少三重态猝灭等非辐射跃迁，从而光体，增加分子刚性、减少三重态猝灭等非辐射跃迁，从而提高磷光量子效率。提高磷光量子效率。2 2）胶束增稳：利用表面活性剂在临界浓度形成具多相性的）胶束增稳：利用表面活性剂在临界浓度形成具多相性的胶束，改变磷光体的微环境、增加定向约束力，从而减小内胶束，改变磷光体

38、的微环境、增加定向约束力，从而减小内转换和碰撞等去活化的几率，提高三重态的稳定性。转换和碰撞等去活化的几率，提高三重态的稳定性。 利用胶束增稳、重原子效应和溶液除氧是该法的三要素。利用胶束增稳、重原子效应和溶液除氧是该法的三要素。43三、磷光分析法的应用三、磷光分析法的应用u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杂环化合物（致癌物质）u农药、生物碱、植物生长激素的分析农药、生物碱、植物生长激素的分析u药物分析和临床分析药物分析和临床分析 见表、磷光分析法的应用、磷光分析法的应用4445化学发光分析化学发光分析一定义一定义: : 某些物质在进行化学反应时，由于

39、吸收了反应时某些物质在进行化学反应时，由于吸收了反应时产生的化学能，而使反应产物分子激发到激发态，受产生的化学能，而使反应产物分子激发到激发态，受激分子由激发态去激化跃回基态时以辐射形式发出一激分子由激发态去激化跃回基态时以辐射形式发出一定波长的光。这种吸收化学能使分子发光的过程，称定波长的光。这种吸收化学能使分子发光的过程，称为化学发光。为化学发光。 46 化学发光是吸收化学反应过程产生的化学能，而使反化学发光是吸收化学反应过程产生的化学能，而使反应产物分子激发所发射的光。任何一个化学发光反应都应应产物分子激发所发射的光。任何一个化学发光反应都应包括化学激发和发光两个步骤，必须满足如下条件：

40、包括化学激发和发光两个步骤，必须满足如下条件：二化学发光分析的基本原理二化学发光分析的基本原理 （1 1）化学反应必须提供足够的激发能，激发能主要来源）化学反应必须提供足够的激发能，激发能主要来源 于反应焓。于反应焓。（2 2）要有有利的化学反应历程，使化学反应的能量至少）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生成激发态。能被一种物质所接受并生成激发态。（3 3）激发态能释放光子或能够转移它的能量给另一个分）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，然后以辐射光子的形式回到子，而使该分子激发，然后以辐射光子的形式回到 基态。基态。47 化学发

41、光效率化学发光效率 cl，又称化学发光的总量子产率。它决，又称化学发光的总量子产率。它决定于生成激发态产物分子的化学激发效率定于生成激发态产物分子的化学激发效率 ce和激发态分和激发态分子的发射效率子的发射效率 em。定义为：。定义为： 三三. .化学发光效率化学发光效率emce参加反应的分子数发射光子的分子数CL化学发光反应的发光强度化学发光反应的发光强度Icl以单位时间内发射的光子数以单位时间内发射的光子数表示。它与化学发光反应的速率有关。即表示。它与化学发光反应的速率有关。即式中式中 Icl（t）表示）表示t时刻的化学发光强度，它与化学发光时刻的化学发光强度，它与化学发光效率及分析物参加

42、反应的速率有关。而反应速率又与效率及分析物参加反应的速率有关。而反应速率又与反反应分子浓度应分子浓度有关。有关。 tctIddCLCLICL = K C四、化学发光反应类型四、化学发光反应类型1. 1. 直接化学发光和间接化学发光直接化学发光和间接化学发光 (1)(1)直接发光直接发光是被测物作为反应物直接参加化学发光是被测物作为反应物直接参加化学发光反应，生成电子激发态产物分子，此初始激发态能辐射反应，生成电子激发态产物分子，此初始激发态能辐射光子。光子。 A + BA + B C C* * + D + D C C* * C + h C + h 式中式中A A或或B B是被测物，通过反应生成

43、电子激发态产物是被测物，通过反应生成电子激发态产物C C* * ，当当C C* * 跃迁回基态时，辐射光子。跃迁回基态时，辐射光子。(2)(2)间接发光间接发光是被测物是被测物A A或或B B，通过化学反应生成初始激，通过化学反应生成初始激发态产物发态产物C C* *， C C* *不直接发光，而是将其能量转移给不直接发光，而是将其能量转移给F F，使使F F跃迁回基态，产生发光。跃迁回基态，产生发光。 A + BA + B C C* * + D + D C C* *+F+F F F* * + E + E F F* * F + h F + h 式中式中C C* *为能量给予体，而为能量给予体，

44、而F F为能量接受体。为能量接受体。502. 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 按反应体系的状态分类，如化学发光反应在气相中进行按反应体系的状态分类，如化学发光反应在气相中进行称为气相化学发光；在液相或固相中进行称为液相或固相称为气相化学发光；在液相或固相中进行称为液相或固相化学发光；在两个不同相中进行则称为异相化学发光化学发光；在两个不同相中进行则称为异相化学发光。51（1 1）气相化学发光反应）气相化学发光反应a. 一氧化氮与一氧化氮与O3的发光反应的发光反应 NO + O3 NO2* NO2* NO2 + h 发射的光谱范围：600875nm，灵敏度1ng/cm-3；b.氧原子与氧原子与SO2、NO、CO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：200nm；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CO的发光反应：的发光反应： CO + O CO2* CO2 * CO2 + h 发射光谱范围