化學(xué)發(fā)光分析法-4

1、第四章 化學(xué)發(fā)光分析法化學(xué)發(fā)光定義定義: 由化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生能量,吸收了化學(xué)反應(yīng)能的原子或分子由激發(fā)態(tài)回到基態(tài)時(shí)產(chǎn)生的這一光輻射現(xiàn)象叫化學(xué)發(fā)光.化學(xué)發(fā)光簡史 公元前300年,人們觀察到天然的生物發(fā)光. 1877年,Redziszewski 首次報(bào)道洛吩堿(Lophine,2,4,5-三苯基咪唑)在堿性介質(zhì)中與氧反應(yīng)發(fā)出金黃色的光-人為的化學(xué)發(fā)光. 1928年,Albrecht報(bào)道了魯米諾(3-氨基苯二甲酰肼)在堿性介質(zhì)中的化學(xué)發(fā)光行為. 1929年,Har vey在電解堿性魯米諾發(fā)現(xiàn)電極附近有發(fā)光現(xiàn)象,即文獻(xiàn)記載的最早的電致化學(xué)發(fā)光. 1935年,Gleu和Petsch第一個(gè)報(bào)道了光澤精(Luci

2、genin,N,N-二甲基二丫啶硝酸鹽)與過氧化氫反應(yīng)產(chǎn)生的化學(xué)發(fā)光-綠光. 1964年,Mccapra提出基于一個(gè)二噁烷酮環(huán)形成機(jī)理來解釋丫啶酯的化學(xué)發(fā)光. 1966年,Lytle和 Hercules發(fā)現(xiàn)在強(qiáng)酸性或強(qiáng)堿性的釕()Ru(bipy)32+溶液中加入芳香胺時(shí)發(fā)出橘紅色的光(595nm).化學(xué)發(fā)光及其光物理過程n.該反應(yīng)必須提供足夠的激發(fā)能(對(duì)于藍(lán)光發(fā)射約需300kJmol-1,紅光發(fā)射約需150 kJmol-1).導(dǎo)致電子從基態(tài)躍遷至激發(fā)態(tài),這一電子躍遷常常伴隨有分子的振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)變化.n在有機(jī)分子中,電子從一個(gè) 鍵向一個(gè)反 鍵軌道躍遷( *) 或從非鍵向反 鍵軌道躍遷(n *),電

3、子從激發(fā)態(tài)回到基態(tài),發(fā)出光子,即化學(xué)發(fā)光.化學(xué)發(fā)光反應(yīng)的基本條件.在多步驟反應(yīng)中,由于化學(xué)激發(fā)的瞬時(shí)性,這個(gè)能量必須由某一步單獨(dú)提供,否則前一步反應(yīng)釋放的能量將因振動(dòng)弛豫消失在溶液中而不能發(fā)光. 大部分有機(jī)物具有化學(xué)發(fā)光性能,但量子產(chǎn)率一般很低,遠(yuǎn)小于1%,且多數(shù)具有氧化還原性能.因此,化學(xué)反應(yīng)的能量至少能被一種物質(zhì)所接收并使之生成激發(fā)態(tài).對(duì)有機(jī)分子來說,從能量上來看,容易生成激發(fā)態(tài)產(chǎn)物的常是芳香族化合物和羰基化合物.處于激發(fā)態(tài)的分子或原子必須具有一定的化學(xué)發(fā)光量子效率使其能釋放出光子,或者能夠轉(zhuǎn)移它的能量給另一個(gè)分子使之處于激發(fā)態(tài),在從激發(fā)態(tài)回到基態(tài)的過程中釋放出光子.化學(xué)發(fā)光量子效率c是具

4、有可能產(chǎn)生激發(fā)分子的反應(yīng)分子分?jǐn)?shù)即形成化學(xué)產(chǎn)物的量.e是處于電子激發(fā)態(tài)那些分子的分?jǐn)?shù),與能量轉(zhuǎn)移效率有關(guān).f是發(fā)射出光子的分子從激發(fā)態(tài)回到基態(tài)的分子的分?jǐn)?shù) 能發(fā)射光子回到基態(tài)的分子數(shù)占溶液中該分子總數(shù)的百分比稱為發(fā)光量子產(chǎn)率(CL),它是由三方面的因素決定的:化學(xué)發(fā)光反應(yīng)的主要類型.自身化學(xué)發(fā)光反應(yīng).敏化化學(xué)發(fā)光.偶合化學(xué)發(fā)光反應(yīng).光解化學(xué)發(fā)光.火焰化學(xué)發(fā)光.電致化學(xué)發(fā)光.自身化學(xué)發(fā)光反應(yīng)自身化學(xué)發(fā)光反應(yīng)是指被測(cè)物質(zhì)作為反應(yīng)物直接參加化學(xué)反應(yīng),利用化學(xué)反應(yīng)釋放的能量激發(fā)產(chǎn)物分子產(chǎn)生的光輻射.可用下式表示:C*為A和B反應(yīng)產(chǎn)物C的激發(fā)態(tài),h為發(fā)射的光子.敏化化學(xué)發(fā)光 敏化化學(xué)發(fā)光是指在某些化學(xué)反

5、應(yīng)中由于激發(fā)態(tài)產(chǎn)物本身不發(fā)光或發(fā)光十分微弱,但通過加入某種能量接受體(熒光劑)可導(dǎo)致發(fā)光.反應(yīng)式為:式中:C*為能量給予體;F為能量接受體.這是一類間接發(fā)光,彌補(bǔ)了自身化學(xué)發(fā)光量子產(chǎn)率低的不足,具有廣泛用途.例如,羅丹明6G-抗壞血酸-鈰()體系測(cè)定抗壞血酸就屬于敏化化學(xué)發(fā)光.其中羅丹明6G為發(fā)光能量接受體.偶合化學(xué)發(fā)光反應(yīng)偶合化學(xué)發(fā)光反應(yīng)是指將能產(chǎn)生或消耗化學(xué)發(fā)光反應(yīng)中反應(yīng)物的一個(gè)或一系列反應(yīng)與一個(gè)化學(xué)發(fā)光反應(yīng)進(jìn)行偶合.Ru(phen)32+*代表Ru(phen)32+的激發(fā)態(tài),R*代表待測(cè)物與強(qiáng)氧化劑Ce()反應(yīng)所生成的活性中間體.例如,Ru(phen)32+- Ce()化學(xué)發(fā)光體系檢測(cè)吲

6、哚乙酸就屬于這一類型.光解化學(xué)發(fā)光 光解化學(xué)發(fā)光是指化學(xué)物質(zhì)在強(qiáng)光源作用下分裂成分子碎片,這些分子碎片在發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時(shí)產(chǎn)生的光輻射.反應(yīng)方程為:.火焰化學(xué)發(fā)光 火焰化學(xué)發(fā)光測(cè)定必須在專門的元素火焰化學(xué)發(fā)光儀上進(jìn)行.火焰化學(xué)發(fā)光反應(yīng)多用于大氣中含硫、含氮、含磷等污染物的檢測(cè).電致化學(xué)發(fā)光 電致化學(xué)發(fā)光反應(yīng)是指電解的氧化還原產(chǎn)物之間或與體系中某種組分進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)所產(chǎn)生的化學(xué)發(fā)光.它是利用電極原位產(chǎn)生試劑,這些試劑在溶液中反應(yīng),完成較高能量的電子轉(zhuǎn)移而生成激發(fā)態(tài)的分子回到基態(tài)時(shí)發(fā)射光子. 當(dāng)電極施加雙階躍正負(fù)脈沖時(shí),分子A在正電勢(shì)階躍時(shí)被氧化為A+: A A+ + e- 分子A在負(fù)電勢(shì)階躍時(shí)被還原為

7、A-: A + e- A- A+與A-反應(yīng)生成激發(fā)態(tài)的A*,并產(chǎn)生化學(xué)發(fā)光: A+ + A- A* + A A* A+h 如果體系中含有還原(R) 或氧化(O)性物質(zhì)時(shí),僅在工作電極上施加正或負(fù)電壓便可生成激發(fā)態(tài)的A*而發(fā)光: A A+ + e- A + e- A-或 A+ + R A* + O或 A- + O A* +R, A* A + hRu(bipy)32+在鉑電極或碳電極上被氧化:隨后在電極表面的擴(kuò)散層發(fā)生下列反應(yīng):電致化學(xué)發(fā)光測(cè)定草酸CO2-(自由基陰離子)是強(qiáng)還原劑,在與Ru(bipy)33+的電極反應(yīng)中能產(chǎn)生激發(fā)態(tài)的Ru(bipy)32+*.當(dāng)Ru(bipy)32+從激發(fā)態(tài)回到基

8、態(tài)時(shí),發(fā)射出橘紅色的光(595nm).化學(xué)發(fā)光反應(yīng)所以能用于分析測(cè)定,是因?yàn)榛瘜W(xué)發(fā)光強(qiáng)度(ICL)與化學(xué)反應(yīng)速度(dp/dt)相關(guān)聯(lián),而一切影響反應(yīng)速度的因素又都可以作為建立測(cè)定方法的依據(jù).化學(xué)發(fā)光反應(yīng)一般可表示為: A + B C*, C* C + h化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度與反應(yīng)物濃度的關(guān)系該發(fā)光反應(yīng)的化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度取決于反應(yīng)的速度dp/dt和反應(yīng)的化學(xué)發(fā)光量子效率(CL) ICL(t)= CLdp/dt式中, CL可表示為CL= r f,其中r為生成激發(fā)態(tài)產(chǎn)物分子的量子效率, f為激發(fā)態(tài)產(chǎn)物分子的發(fā)光量子效率,對(duì)于一定的化學(xué)反應(yīng), CL為一定值;其反應(yīng)速度可按質(zhì)量作用定律表示出與反應(yīng)體系中物質(zhì)濃度的關(guān)

9、系.原則上講,對(duì)任何化學(xué)發(fā)光反應(yīng),只要反應(yīng)是一級(jí)或假一級(jí)反應(yīng),都可以通過下式進(jìn)行化學(xué)發(fā)光定量分析.例如,在化學(xué)發(fā)光反應(yīng)中如果物質(zhì)B保持恒定,而物質(zhì)A變化且為一級(jí)或假一級(jí)反應(yīng),則此式表明,化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度與A的濃度成正比.化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度與反應(yīng)物濃度的關(guān)系化學(xué)發(fā)光分析測(cè)定對(duì)象分類.化學(xué)發(fā)光反應(yīng)中的反應(yīng)物.化學(xué)發(fā)光反應(yīng)中的催化劑,增敏劑或抑制劑.偶合反應(yīng)中的反應(yīng)物,催化劑,增敏劑.魯米諾(luminol)(1),異魯米諾(isoluminol)(2)和它們的衍生物.化學(xué)發(fā)光試劑的主要類型異魯米諾衍生物的結(jié)構(gòu)及量子效率魯米諾衍生物的化學(xué)發(fā)光魯米諾衍生物的化學(xué)發(fā)光簡單機(jī)理K3Fe(CN)6氧化魯米諾化學(xué)發(fā)光反

10、應(yīng)機(jī)理K3Fe(CN)6氧化魯米諾化學(xué)發(fā)光反應(yīng)機(jī)理K3Fe(CN)6氧化魯米諾化學(xué)發(fā)光反應(yīng)機(jī)理 HRP與過氧化氫反應(yīng)生成一氧化HRP(HRP),它同魯米諾陰離子反應(yīng)生成半還原酶(HRP)和魯米諾自由基.再與第二個(gè)分子魯米諾反應(yīng),酶回到還原形式.辣根過氧化物酶催化反應(yīng)機(jī)理.丫啶衍生物丫啶衍生物的一般發(fā)光機(jī)理.過氧草酸鹽類過氧草酸鹽類化學(xué)發(fā)光機(jī)理 草酸酯類化學(xué)發(fā)光機(jī)理分為三步:.過氧化氫對(duì)草酸酯的羰基親核進(jìn)攻,生成能產(chǎn)生高能量的雙氧基環(huán)狀中間體二氧雜環(huán)丁二酮;過氧草酸鹽類化學(xué)發(fā)光機(jī)理.中間體分解,將能量傳遞給受體熒光分子,使之處于激發(fā)態(tài);.這種激發(fā)態(tài)分子從激發(fā)單重態(tài)回到基態(tài),釋放出光子即發(fā)出熒光.過氧草酸鹽類的代表化合物(7)-雙2,4-二硝基苯基草酸鹽(DNPO)和(8)-2,4,6-三氯苯基草酸鹽TCPO發(fā)光效率可達(dá)27%過氧草酸鹽類的應(yīng)用.待測(cè)物質(zhì)本身是熒光劑,可作為能量接受