第5章熒光分析法與化學(xué)發(fā)光分析法

1、1第第5章章 熒光分析法與熒光分析法與化學(xué)發(fā)光分析法化學(xué)發(fā)光分析法5.1 5.1 熒光分析法熒光分析法5.2 5.2 化學(xué)發(fā)光分析法化學(xué)發(fā)光分析法基本內(nèi)容基本內(nèi)容2相關(guān)定義光致發(fā)光：分子、原子吸收光輻射時被激發(fā)，然后再發(fā)射出與吸收的波長相同或更長光的現(xiàn)象。熒光：物質(zhì)分子吸收光子能量被激發(fā)后從激發(fā)態(tài)的最低振動能級返回到基態(tài)時所發(fā)射出的光。 分子熒光分析法 ：研究物質(zhì)分子的熒光譜線位置及其強(qiáng)度進(jìn)行物質(zhì)鑒定和含量測定的方法 ，簡稱熒光分析法 ?；瘜W(xué)發(fā)光：基于化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生能量來激發(fā)分子，分子由激發(fā)態(tài)回到基態(tài)時產(chǎn)生的光輻射現(xiàn)象。 3特點(diǎn)熒光分析法：靈敏度高、選擇性好熒光分析法：靈敏度高、選擇性好 化學(xué)發(fā)

2、光分析法：靈敏度高；線性范圍寬；分析化學(xué)發(fā)光分析法：靈敏度高；線性范圍寬；分析速度快；儀器設(shè)備簡單，不需要光源及單色器速度快；儀器設(shè)備簡單，不需要光源及單色器等；沒有散射光及雜散光等引起的背景值。等；沒有散射光及雜散光等引起的背景值。 45.1 熒光分析法熒光分析法5.1.1 基本原理基本原理 5.1.2 影響熒光強(qiáng)度的因素影響熒光強(qiáng)度的因素 5.1.3 熒光分光光度計熒光分光光度計5.1.4 分析方法分析方法5.1.5 應(yīng)用示例應(yīng)用示例55.1.1 基本原理1分子中電子的激發(fā)過程分子中電子的激發(fā)過程2分子熒光的產(chǎn)生分子熒光的產(chǎn)生3熒光光譜的類型和特征熒光光譜的類型和特征61分子中電子的激發(fā)過

3、程分子中電子的激發(fā)過程72.分子熒光的產(chǎn)生分子熒光的產(chǎn)生振動弛豫振動弛豫 內(nèi)部能量轉(zhuǎn)換內(nèi)部能量轉(zhuǎn)換 熒光發(fā)射熒光發(fā)射 外部能量轉(zhuǎn)換外部能量轉(zhuǎn)換 體系間跨越體系間跨越 磷光發(fā)射磷光發(fā)射 83熒光光譜的類型和特征熒光光譜的類型和特征1）激發(fā)光譜和發(fā)射光譜）激發(fā)光譜和發(fā)射光譜2）熒光光譜特征）熒光光譜特征91）激發(fā)光譜和發(fā)射光譜）激發(fā)光譜和發(fā)射光譜激發(fā)、熒光圖形激發(fā)光譜變不變Fex圖發(fā)射光譜不變變Fem圖10硫酸奎寧的激發(fā)光譜（硫酸奎寧的激發(fā)光譜（a） 及熒光光譜（及熒光光譜（b）112）熒光光譜特征）熒光光譜特征（1）Stokes位移位移 （2）熒光發(fā)射光譜的形狀與激發(fā)波長無關(guān)）熒光發(fā)射光譜的形狀

4、與激發(fā)波長無關(guān) （3）熒光光譜與激發(fā)光譜的鏡像關(guān)系）熒光光譜與激發(fā)光譜的鏡像關(guān)系 12蒽的激發(fā)光譜和熒光光譜蒽的激發(fā)光譜和熒光光譜 13蒽的能級躍遷蒽的能級躍遷14與與UV比較比較u相同點(diǎn) 區(qū)段：區(qū)段：Vis-UV區(qū)區(qū) 適用性：均可用于定性定量，多用于定量適用性：均可用于定性定量，多用于定量 定量方法：相似定量方法：相似樣品性質(zhì)、量：以液體為主、均少樣品性質(zhì)、量：以液體為主、均少分析時間：均快分析時間：均快操作難易程度：易操作難易程度：易15與與UV比較比較u不同點(diǎn) UV FL性性 質(zhì)質(zhì) 分子吸收光譜分子吸收光譜 分子熒光光譜分子熒光光譜 應(yīng)用范圍應(yīng)用范圍 廣廣 有熒光的物質(zhì)，較少有熒光的物質(zhì)

5、，較少 選擇性選擇性 不高不高 高高靈敏度靈敏度 g/ml10-7 10-1010-12儀器觀察角度儀器觀察角度 透射光透射光 90 譜線數(shù)目譜線數(shù)目 12165.1.2 影響熒光強(qiáng)度的因素影響熒光強(qiáng)度的因素 1熒光效率與熒光產(chǎn)生的條件熒光效率與熒光產(chǎn)生的條件2影響熒光強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)因素影響熒光強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)因素3影響熒光強(qiáng)度的外部因素影響熒光強(qiáng)度的外部因素17(1)熒光效率熒光效率激發(fā)態(tài)分子發(fā)射熒光的光子數(shù)與基態(tài)分子吸收激發(fā)激發(fā)態(tài)分子發(fā)射熒光的光子數(shù)與基態(tài)分子吸收激發(fā)光的光子數(shù)之比，常用光的光子數(shù)之比，常用f表示：表示： f (01) f 大的有熒光發(fā)射大的有熒光發(fā)射吸收激發(fā)光的光子數(shù)發(fā)射熒光的光子

6、數(shù)f18（2）產(chǎn)生熒光的必備條件）產(chǎn)生熒光的必備條件強(qiáng)紫外強(qiáng)紫外- -可見吸收可見吸收一定的熒光效率一定的熒光效率*躍遷躍遷 強(qiáng)吸收帶強(qiáng)吸收帶 n *躍遷躍遷 弱吸收帶弱吸收帶存在共軛的存在共軛的*躍遷，躍遷， f高，熒光強(qiáng)度大。高，熒光強(qiáng)度大。 192影響熒光強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)因素影響熒光強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)因素(1)共軛效應(yīng)共軛效應(yīng)(2)分子的剛性與共平面性分子的剛性與共平面性(3)取代基效應(yīng)取代基效應(yīng)20(1)共軛效應(yīng)共軛效應(yīng)絕大多數(shù)能產(chǎn)生熒光的物質(zhì)都含有芳香環(huán)或雜絕大多數(shù)能產(chǎn)生熒光的物質(zhì)都含有芳香環(huán)或雜環(huán)，因為芳香環(huán)或雜環(huán)分子具有長共軛的環(huán)，因為芳香環(huán)或雜環(huán)分子具有長共軛的*躍遷。躍遷。電子共軛程度越大

7、，熒光強(qiáng)度電子共軛程度越大，熒光強(qiáng)度（熒光效率）越大，而熒光波長也長移。（熒光效率）越大，而熒光波長也長移。 21 苯 萘 蒽 ex 205nm 268nm 356nm em 278nm 321nm 404nm f 0.11 0.29 0.3622(2)分子的剛性與共平面性分子的剛性與共平面性 在同樣的長共軛分子中，分子的剛性和共在同樣的長共軛分子中，分子的剛性和共平面性越大，熒光率越大，并且熒光波平面性越大，熒光率越大，并且熒光波長產(chǎn)生長移。長產(chǎn)生長移。 CH223(3)取代基效應(yīng)取代基效應(yīng)第一類取代基：第一類取代基：NH2、OH、OCH3、NHR、NR2、CN等等第二類取代基：第二類取代基

8、：COOH、NO2、CO、NO、SH、NHCOCH3、F、Cl、Br、I等等第三類取代基：第三類取代基：R、SO3H、NH3等等243影響熒光強(qiáng)度的外部因素影響熒光強(qiáng)度的外部因素溫度溫度溶劑溶劑pH值的影響值的影響熒光熄滅劑的影響熒光熄滅劑的影響 散射光的干擾散射光的干擾 25溫度和溶劑溫度和溶劑溫度溫度：溫度升高，熒光物質(zhì)的熒光效率溫度升高，熒光物質(zhì)的熒光效率和熒光強(qiáng)度下降和熒光強(qiáng)度下降溶劑溶劑：溶劑極性增大，熒光波長隨著而溶劑極性增大，熒光波長隨著而長移，熒光強(qiáng)度增強(qiáng)；溶劑粘度減小，長移，熒光強(qiáng)度增強(qiáng)；溶劑粘度減小，熒光強(qiáng)度減小熒光強(qiáng)度減小26pH值的影響值的影響當(dāng)熒光物質(zhì)本身是弱酸或弱堿

9、時，溶液的當(dāng)熒光物質(zhì)本身是弱酸或弱堿時，溶液的pH值對該熒光物質(zhì)的熒光強(qiáng)度有較大影響，值對該熒光物質(zhì)的熒光強(qiáng)度有較大影響，這主要是因為弱酸弱堿分子和它們的離子這主要是因為弱酸弱堿分子和它們的離子結(jié)構(gòu)有所不同，在不同酸度中分子和離子結(jié)構(gòu)有所不同，在不同酸度中分子和離子間的平衡改變，因此熒光強(qiáng)度有差異。間的平衡改變，因此熒光強(qiáng)度有差異。27苯胺在不同苯胺在不同pH值下有下列平衡關(guān)系值下有下列平衡關(guān)系 NH3+OHHNH2NHOHH苯胺在苯胺在pH712的溶液中主要以分子形式存在，由于的溶液中主要以分子形式存在，由于-NH2為提高熒光效率的取代基，故苯胺分子會發(fā)生為提高熒光效率的取代基，故苯胺分子會

10、發(fā)生藍(lán)色熒光。但在藍(lán)色熒光。但在pH13的溶液中均以苯胺離的溶液中均以苯胺離子形式存在，故不能發(fā)射熒光。子形式存在，故不能發(fā)射熒光。28熒光熄滅劑熒光熄滅劑熒光熄滅是指熒光物質(zhì)分子與溶劑分子或溶質(zhì)熒光熄滅是指熒光物質(zhì)分子與溶劑分子或溶質(zhì)分子相互作用引起熒光強(qiáng)度降低的現(xiàn)象。分子相互作用引起熒光強(qiáng)度降低的現(xiàn)象。引起熒光熄滅的物質(zhì)稱為熒光熄滅劑。引起熒光熄滅的物質(zhì)稱為熒光熄滅劑。29常見的熒光熄滅劑常見的熒光熄滅劑鹵素離子、重金屬離子、氧分子、硝基化合物、鹵素離子、重金屬離子、氧分子、硝基化合物、重氮化合物、羰基化合物、羧基化合物重氮化合物、羰基化合物、羧基化合物熒光熄滅的形式：熒光熄滅的形式： a

11、、碰撞、碰撞、 b、生成不發(fā)光配位化合物、生成不發(fā)光配位化合物 c、熒光物質(zhì)氧化熒光物質(zhì)氧化30散射光的影響散射光的影響瑞利散射光瑞利散射光拉曼散射光拉曼散射光干擾熒光測定，應(yīng)采取措施消除干擾熒光測定，應(yīng)采取措施消除31硫酸奎寧在不同波長激發(fā)下的熒光與散射光譜硫酸奎寧在不同波長激發(fā)下的熒光與散射光譜325.1.3 熒光分光光度計331. 激發(fā)光源激發(fā)光源高壓氙燈高壓氙燈 強(qiáng)譜線的連續(xù)光譜強(qiáng)譜線的連續(xù)光譜 連續(xù)分布在連續(xù)分布在250-700nm250-700nm波長范圍內(nèi)，尤其是波長范圍內(nèi)，尤其是300-400nm300-400nm波波長之間的譜線強(qiáng)度幾乎相等長之間的譜線強(qiáng)度幾乎相等汞燈汞燈 線

12、光譜線光譜高壓：近紫外區(qū)高壓：近紫外區(qū)365nm,398nm365nm,398nm，405nm405nm，436nm436nm，546nm546nm，579nm579nm低壓低壓: :紫外區(qū)，最強(qiáng)紫外區(qū)，最強(qiáng)254nm254nm342. 單色器單色器激發(fā)單色器激發(fā)單色器-除去不需要的光線除去不需要的光線發(fā)射單色器發(fā)射單色器-選擇不同的熒光發(fā)射波長選擇不同的熒光發(fā)射波長353. 樣品池樣品池低熒光的玻璃或石英低熒光的玻璃或石英方形適用于方形適用于90測量測量364.4.檢測器檢測器光電倍增管光電倍增管375. .讀出系統(tǒng)讀出系統(tǒng)數(shù)字電壓表數(shù)字電壓表記錄儀記錄儀帶有計算機(jī)控制的讀數(shù)裝置帶有計算機(jī)控

13、制的讀數(shù)裝置 385.1.4 分析方法 溶液產(chǎn)生熒光的光路示意圖溶液產(chǎn)生熒光的光路示意圖 391熒光強(qiáng)度與物質(zhì)濃度的關(guān)系熒光強(qiáng)度與物質(zhì)濃度的關(guān)系 F=KfI0（1-e-bC）K儀器常數(shù)，儀器常數(shù)，f激發(fā)光強(qiáng)度激發(fā)光強(qiáng)度當(dāng)當(dāng)C很小時，很小時，A=bC0.05時，時，e-bc=1-bcF=kfI0bC=KC402定量分析方法定量分析方法 標(biāo)準(zhǔn)曲線法標(biāo)準(zhǔn)曲線法比例法比例法多組分混合物的熒光分析多組分混合物的熒光分析413熒光分析新技術(shù)簡介熒光分析新技術(shù)簡介（1）激光熒光分析）激光熒光分析（2）時間分辨熒光分析）時間分辨熒光分析 （3）同步熒光分析）同步熒光分析 425.1.5 應(yīng)用示例1無機(jī)離子的測

14、定無機(jī)離子的測定與有機(jī)試劑形成配合物后進(jìn)行熒光分析，測定方法常用直接熒與有機(jī)試劑形成配合物后進(jìn)行熒光分析，測定方法常用直接熒光法或熒光熄滅法。光法或熒光熄滅法。2有機(jī)化合物的測定有機(jī)化合物的測定具有高度共軛體系的脂肪族化合物（如維生素具有高度共軛體系的脂肪族化合物（如維生素A、胡蘿卜素等）、胡蘿卜素等）和芳香族化合物和芳香族化合物 藥物中的胺類、甾體類、抗生素、維生素、氨基酸、蛋白質(zhì)、藥物中的胺類、甾體類、抗生素、維生素、氨基酸、蛋白質(zhì)、酶酶 435.2 化學(xué)發(fā)光分析法5.2.1 基本原理基本原理5.2.2 發(fā)光反應(yīng)主要類型發(fā)光反應(yīng)主要類型5.2.3 化學(xué)發(fā)光的測量儀器化學(xué)發(fā)光的測量儀器5.2

15、.4 分析方法分析方法5.2.5 應(yīng)用與示例應(yīng)用與示例445.2.1 基本原理化學(xué)發(fā)光是基于化學(xué)反應(yīng)提供的足夠能量，化學(xué)發(fā)光是基于化學(xué)反應(yīng)提供的足夠能量，使其中一種反應(yīng)產(chǎn)物的分子的電子被激發(fā)，使其中一種反應(yīng)產(chǎn)物的分子的電子被激發(fā)，形成激發(fā)態(tài)分子，當(dāng)它們從激發(fā)態(tài)躍回基形成激發(fā)態(tài)分子，當(dāng)它們從激發(fā)態(tài)躍回基態(tài)時，就發(fā)出一定波長的光。態(tài)時，就發(fā)出一定波長的光。45化學(xué)發(fā)光的反應(yīng)式化學(xué)發(fā)光的反應(yīng)式反應(yīng)式表示為：反應(yīng)式表示為： A + B C* + D C* C + hv 其中，其中，C*是產(chǎn)物是產(chǎn)物C的激發(fā)態(tài)（下同）。的激發(fā)態(tài)（下同）。46化學(xué)發(fā)光反應(yīng)的基本條件化學(xué)發(fā)光反應(yīng)的基本條件 化學(xué)發(fā)光包括吸收化

16、學(xué)能和發(fā)光兩個過程，要產(chǎn)生化學(xué)發(fā)光包括吸收化學(xué)能和發(fā)光兩個過程，要產(chǎn)生化學(xué)發(fā)光現(xiàn)象，必須滿足以下條件：化學(xué)發(fā)光現(xiàn)象，必須滿足以下條件：（1）化學(xué)發(fā)光反應(yīng)必須提供足夠的化學(xué)激發(fā)能，以引起電子）化學(xué)發(fā)光反應(yīng)必須提供足夠的化學(xué)激發(fā)能，以引起電子激發(fā)。激發(fā)。（2）激發(fā)態(tài)分子能以輻射躍遷的方式返回基態(tài)，而不是以熱）激發(fā)態(tài)分子能以輻射躍遷的方式返回基態(tài)，而不是以熱的形式消耗能量。的形式消耗能量。（3）激發(fā)態(tài)分子能以輻射躍遷的方式返回基態(tài)，而不是以熱）激發(fā)態(tài)分子能以輻射躍遷的方式返回基態(tài)，而不是以熱的形式消耗能量。的形式消耗能量。47化學(xué)發(fā)光效率化學(xué)發(fā)光效率 fr參加反應(yīng)的分子數(shù)發(fā)射光子數(shù)Cl參加反應(yīng)的分子

17、數(shù)產(chǎn)生光子數(shù)，參加反應(yīng)的分子數(shù)激發(fā)態(tài)分子數(shù)fr485.2.2 發(fā)光反應(yīng)主要類型1氣相化學(xué)發(fā)光氣相化學(xué)發(fā)光 2火焰化學(xué)發(fā)光火焰化學(xué)發(fā)光 3液相化學(xué)發(fā)光液相化學(xué)發(fā)光 491氣相化學(xué)發(fā)光氣相化學(xué)發(fā)光（1）臭氧的反應(yīng)）臭氧的反應(yīng) 臭氧可與臭氧可與40余種有機(jī)化合物余種有機(jī)化合物產(chǎn)生化學(xué)發(fā)光反應(yīng)產(chǎn)生化學(xué)發(fā)光反應(yīng)（2）氮氧化合物的反應(yīng)）氮氧化合物的反應(yīng) 一氧化氮與臭氧的氣一氧化氮與臭氧的氣相化學(xué)發(fā)光反應(yīng)有較大的化學(xué)發(fā)光效率相化學(xué)發(fā)光反應(yīng)有較大的化學(xué)發(fā)光效率 （3）氧原子的反應(yīng)）氧原子的反應(yīng) 氣相中的氣相中的SO2、NO、NO2及及CO等能與氧原子產(chǎn)生化學(xué)發(fā)光反應(yīng)等能與氧原子產(chǎn)生化學(xué)發(fā)光反應(yīng) 502火焰化學(xué)

18、發(fā)光火焰化學(xué)發(fā)光火焰化學(xué)發(fā)光是在火焰化學(xué)發(fā)光是在300400的火焰中，熱輻射的火焰中，熱輻射是很小的，某些物質(zhì)可以從火焰的化學(xué)反應(yīng)中是很小的，某些物質(zhì)可以從火焰的化學(xué)反應(yīng)中吸收化學(xué)能而被激發(fā)，從而產(chǎn)生火焰化學(xué)發(fā)光。吸收化學(xué)能而被激發(fā)，從而產(chǎn)生火焰化學(xué)發(fā)光?；鹧婊瘜W(xué)發(fā)光現(xiàn)象多用于硫、磷、氮和鹵素的火焰化學(xué)發(fā)光現(xiàn)象多用于硫、磷、氮和鹵素的測定。測定。51火焰化學(xué)發(fā)光的類型火焰化學(xué)發(fā)光的類型（1）一氧化氮的反應(yīng)）一氧化氮的反應(yīng) 一氧化氮在富氫火焰中一氧化氮在富氫火焰中燃燒時產(chǎn)生很強(qiáng)的火焰化學(xué)發(fā)光反應(yīng)，二氧化氮燃燒時產(chǎn)生很強(qiáng)的火焰化學(xué)發(fā)光反應(yīng)，二氧化氮在富氫火焰中能迅速地被氫原子還原為一氧化氮，在富氫火焰中能迅速地被氫原子還原為一氧化氮，因而此法可用于測定空氣中因而此法可用于測定空氣中NOx的總量。的總量。 （2）揮發(fā)性硫化物的反應(yīng)）揮發(fā)性硫化物的反應(yīng) 當(dāng)揮發(fā)性硫化物如當(dāng)揮發(fā)性硫化物如SO2、H2S、CH3SH及及CH3SCH3等在富氫火焰中等在富氫火焰中燃燒時，產(chǎn)生很強(qiáng)的藍(lán)色化學(xué)發(fā)光。燃燒時，產(chǎn)生很強(qiáng)的藍(lán)色化學(xué)發(fā)光。 523液相化學(xué)發(fā)光液相化學(xué)發(fā)光 常