chapter分子磷光和熒光課件

1、光分析法及其特點概念基于電磁輻射能量與待測物質(zhì)相互作用后所產(chǎn)生的輻射信號與物質(zhì)組成及結構關系所建立起來的分析方法相互作用方式發(fā)射、吸收、反射、折射、散射、干涉、衍射等第1頁，共79頁。 電磁輻射基本性質(zhì) (1) 吸收 物質(zhì)選擇性吸收特定頻率的輻射能，并從低能 級躍遷到高能級； (2) 發(fā)射 將吸收的能量以光的形式釋放出； (3) 散射 丁鐸爾散射和分子散射； (4) 折射 折射是光在兩種介質(zhì)中的傳播速度不同； (5) 反射 (6) 干涉 干涉現(xiàn)象； (7) 衍射 光繞過物體而彎曲地向他后面?zhèn)鞑サ默F(xiàn)象； (8) 偏振 只在一個固定方向有振動的光稱為平面偏振光。第2頁，共79頁。電磁輻射范圍：射線

2、-無線電波所有范圍光分析法在研究物質(zhì)組成、結構表征、表面分析等方面具有其他方法不可取代的地位第3頁，共79頁。三個基本過程（1） 能源提供能量（2） 能量與被測物之間的相互作用（3） 產(chǎn)生信號基本特點（1）所有光分析法均包含三個基本過程（2）選擇性測量，不涉及混合物分離（3）涉及大量光學元件第4頁，共79頁。三、光分析法分類1、光譜法基于物質(zhì)與輻射能作用時，分子發(fā)生能級躍遷而產(chǎn)生的發(fā)射、吸收或散射的波長強度進行分析的方法（1）原子光譜：常見三種基于原子外層電子躍遷:原子吸收光譜（AAS）、原子發(fā)射光譜（AES）、原子熒光光譜（AFS）基于原子內(nèi)層電子躍遷: X-射線熒光光譜（XFS）基于原子核

3、與射線作用: 穆斯堡譜，能量分辨率可高達10-13 第5頁，共79頁。（2）分子光譜基于分子中電子能級、振-轉能級躍遷紫外光譜法（UV）紅外光譜法（IR）分子熒光光譜法（MFS）分子磷光光譜法（MPS）核磁共振與順磁共振波譜（NMR）2、非光譜法不涉及能級躍遷，物質(zhì)與輻射作用時，僅改變轉播方向等物理性質(zhì)；偏振法、干涉法（測膜厚和折射率）、旋光法等第6頁，共79頁。光分析法光譜分析法非光譜分析法原子光譜分析法分子光譜分析法原子吸收光譜原子發(fā)射光譜原子熒光光譜X射線熒光光譜折射法圓二色性法X射線衍射法干涉法旋光法紫外光譜法紅外光譜法分子熒光光譜法分子磷光光譜法核磁共振波譜法第7頁，共79頁。 各種

4、光分析法1. 原子發(fā)射光譜分析法 以火焰、電弧、等離子炬等作為光源，使氣態(tài)原子的外層電子受激發(fā)射出特征光譜進行定量分析的方法2. 原子吸收光譜分析法 利用特殊光源發(fā)射出待測元素的共振線，并將溶液中離子轉變成氣態(tài)原子后，測定氣態(tài)原子對共振線吸收而進行的定量分析方法第8頁，共79頁。3. 原子熒光分析法 氣態(tài)原子吸收特征波長的輻射后，外層電子從基態(tài)或低能態(tài)躍遷到高能態(tài)，在10-8s后躍回基態(tài)或低能態(tài)時，發(fā)射出與吸收波長相同或不同的熒光輻射，在與光源成90度的方向上，測定熒光強度進行定量分析的方法4. 分子熒光分析法 某些物質(zhì)被紫外光照射激發(fā)后，在回到基態(tài)的過程中發(fā)射出比原激發(fā)波長更長的熒光，通過測

5、量熒光強度進行定量分析的方法第9頁，共79頁。5. 分子磷光分析法 處于第一最低單重激發(fā)態(tài)分子以無輻射弛豫方式進入第一三重激發(fā)態(tài)，再躍遷返回基態(tài)發(fā)出磷光。測定磷光強度進行定量分析的方法。6. X射線熒光分析法 原子受高能輻射，其內(nèi)層電子發(fā)生能級躍遷，發(fā)射出特征X射線（ X射線熒光），測定其強度可進行定量分析。7. 化學發(fā)光分析法 利用化學反應提供能量，使待測分子被激發(fā)，返回基態(tài)時發(fā)出一定波長的光，依據(jù)其強度與待測物濃度之間的線性關系進行定量分析的方法。第10頁，共79頁。8. 紫外吸收光譜分析法 利用溶液中分子吸收紫外和可見光產(chǎn)生躍遷所記錄的吸收光譜圖，可進行化合物結構分析，根據(jù)最大吸收波長強

6、度變化可進行定量分析。9. 紅外吸收光譜分析法 利用分子中基團吸收紅外光產(chǎn)生的振動-轉動吸收光譜進行定量和有機化合物結構分析的方法。10. 核磁共振波普分析法 在外磁場的作用下，核自旋磁矩與磁場相互作用而裂分為能量不同的核磁能級，吸收射頻輻射后產(chǎn)生能級躍遷，根據(jù)吸收光譜可進行有機化合物結構分析。第11頁，共79頁。11. 順磁共振波譜分析法 在外磁場的作用下，電子的自旋磁矩與磁場相互作用而裂分為磁量子數(shù)不同的磁能級，吸收微波輻射后產(chǎn)生能級躍遷，根據(jù)吸收光譜可進行結構分析。12. 旋光法 溶液的旋光性與分子的非對稱結構有密切關系，可利用旋光法研究某些天然產(chǎn)物及配合物的立體化學問題，旋光計測定糖的

7、含量。13. 衍射法 X射線衍射：研究晶體結構，不同晶體具有不同衍射圖 電子衍射：電子衍射是透射電子顯微鏡的基礎，研究物質(zhì)的內(nèi)部組織結構。第12頁，共79頁。一、熒光與磷光的產(chǎn)生過程luminescence process of molecular fluorescence phosphorescence1. 分子能級與躍遷 分子能級比原子能級復雜； 在每個電子能級上，都存在振動、轉動能級； 基態(tài)(S0)激發(fā)態(tài)(S1、S2、激發(fā)態(tài)振動能級)：吸收特定頻率的輻射；量子化；躍遷一次到位； 激發(fā)態(tài)基態(tài)：多種途徑和方式(見能級圖)；速度最快、激發(fā)態(tài)壽命最短的途徑占優(yōu)勢； 第一、第二、電子激發(fā)單重態(tài) S

8、1 、S2 ； 第一、第二、電子激發(fā)三重態(tài) T1 、 T2 ；第13頁，共79頁。2.電子激發(fā)態(tài)的多重度電子激發(fā)態(tài)的多重度：M=2S+1 S為電子自旋量子數(shù)的代數(shù)和(0或1)；分子中一對電子為自旋反平行，S=0，M=1，這種態(tài)被稱為單重態(tài)或單線態(tài)，大多數(shù)有機分子的基態(tài)處于單重態(tài)。處于S0態(tài)的一對電子吸收光子受激后，產(chǎn)生了在兩個軌道中自旋方向平行的電子，這時S=1，M=3，這種狀態(tài)稱為三重態(tài)或三線態(tài)。 平行自旋比成對自旋穩(wěn)定(洪特規(guī)則)，三重態(tài)能級比相應單重態(tài)能級低；第14頁，共79頁。2.激發(fā)態(tài)基態(tài)的能量傳遞途徑 電子處于激發(fā)態(tài)是不穩(wěn)定狀態(tài)，返回基態(tài)時，通過輻射躍遷(發(fā)光)和無輻射躍遷（熱）等

9、方式失去能量；傳遞途徑輻射躍遷熒光延遲熒光磷光內(nèi)轉移外轉移系間跨躍振動弛豫無輻射躍遷 激發(fā)態(tài)停留時間短、返回速度快的途徑，發(fā)生的幾率大，發(fā)光強度相對大；熒光：10-710 -9 s,第一激發(fā)單重態(tài)的最低振動能級基態(tài)；磷光：10-410s；第一激發(fā)三重態(tài)的最低振動能級基態(tài)；第15頁，共79頁。 S2S1S0T1吸 收發(fā)射熒光發(fā)射磷光系間跨躍內(nèi)轉換振動弛豫能量l 2l 1l 3外轉換l 2T2內(nèi)轉換振動弛豫第16頁，共79頁。1)振動弛豫(Vibrational Relaxation, VR) 在液相或壓力足夠高的氣相中，處于激發(fā)態(tài)的分子因碰撞將能量以熱的形式傳遞給周圍的分子，從而從高振動能層失活

10、至低振動能層的過程，稱為振動弛豫。2)內(nèi)轉化( Internal Conversion，IC ) 對于具有相同多重度的分子，若較高電子能級的低振動能層與較低電子能級的高振動能層相重疊時，則電子可在重疊的能層之間通過振動耦合產(chǎn)生無輻射躍遷，如S2-S1；T2-T1。 非輻射能量傳遞過程第17頁，共79頁。3)系間跨躍 指不同多重態(tài)間的無輻射躍遷，例如S1T1就是一種系間跨躍。通常，發(fā)生系間跨躍時，電子由S1的較低振動能級轉移至T1的較高振動能級處。 有時，通過熱激發(fā)，有可能發(fā)生T1S1，然后由S1發(fā)生熒光。這是產(chǎn)生延遲熒光的機理。4)外轉換(External Conversion，EC) 受激分

11、子與溶劑或其它溶質(zhì)分子相互作用發(fā)生能量轉換而使熒光或磷光強度減弱甚至消失的過程，也稱“熄滅”或“猝滅”。第18頁，共79頁。輻射能量傳遞過程熒光發(fā)射：電子由第一激發(fā)單重態(tài)的最低振動能級基態(tài)（ 多為 S1 S0躍遷），發(fā)射波長為 2的熒光；而且不論電子開始被激發(fā)至什么高能級，最終將只發(fā)射出波長為 2的熒光。時間 10-710 -9 s 。 由圖可見，發(fā)射熒光的能量比分子吸收的能量小，波長長； 2 2 1 ；磷光發(fā)射：電子由第一激發(fā)三重態(tài)的最低振動能級基態(tài)（ T1 S0躍遷）； 電子由S0進入T1的可能過程（ S0 T1）是禁阻躍遷，幾率小。發(fā)光速度很慢： 10-4100 s 。 光照停止后，可持

12、續(xù)一段時間。所謂的在黑暗中發(fā)光的材料通常都是磷光性材料，如夜明珠。 第19頁，共79頁。二、激發(fā)光譜與熒光(磷光)光譜 excitation spectrum and fluore-scence spectrum 熒光(磷光)：光致發(fā)光，照射光波長如何選擇？1.熒光(磷光)的激發(fā)光譜曲線 激發(fā)光的光源用單色器分光，測定不同波長激發(fā)光照射下熒光強度的變化。以激發(fā)波長（）為橫坐標，熒光強度（IF）為縱坐標作圖，便可得到熒光物質(zhì)的激發(fā)光譜 （圖中曲線I ） 。激發(fā)光譜中熒光強度最大處所對應的激發(fā)波長稱為最大激發(fā)波長。激發(fā)光譜的形狀與測量時選擇的發(fā)射波長無關，但其相對強度與發(fā)射波長有關。通常用最大激發(fā)

13、波長輻射樣品。 第20頁，共79頁。2.熒光光譜(或磷光光譜)固定激發(fā)光波長和強度(選最大激發(fā)波長), 讓物質(zhì)發(fā)出的熒光通過單色器測定不同波長的熒光強度。以熒光的波長（）為橫坐標，熒光強度（IF）為縱坐標作圖，便得熒光光譜。(圖中曲線II或III)。熒光光譜中熒光強度最大處所對應的發(fā)射波長稱為最大發(fā)射波長。第21頁，共79頁。第22頁，共79頁。3.激發(fā)光譜與發(fā)射光譜的關系 a.Stokes位移 激發(fā)光譜與發(fā)射光譜之間的波長差值。發(fā)射光譜的波長比激發(fā)光譜的長，振動弛豫消耗了能量。 b.發(fā)射光譜的形狀與激發(fā)波長無關 電子躍遷到不同激發(fā)態(tài)能級，吸收不同波長的能量(如能級圖 2 , 1)，產(chǎn)生不同吸

14、收帶，經(jīng)過內(nèi)轉化和振動弛豫但均回到第一激發(fā)單重態(tài)的最低振動能級再躍遷回到基態(tài)，產(chǎn)生波長一定的熒光(如 2 )。 c. 鏡像規(guī)則 通常熒光發(fā)射光譜與它的吸收光譜（與激發(fā)光譜形狀一樣）成鏡像對稱關系。 第23頁，共79頁。鏡像規(guī)則的解釋第24頁，共79頁。解釋1：能層結構相似性 熒光為第一電子激發(fā)單重態(tài)的最低振動能層躍遷到基態(tài)的各個振動能層而形成，即其形狀與基態(tài)振動能級分布有關。 吸收光譜是由基態(tài)最低振動能層躍遷到第一電子激發(fā)單重態(tài)的各個振動能層而形成，即其形狀與第一電子激發(fā)單重態(tài)的振動能級分布有關。由于激發(fā)態(tài)和基態(tài)的振動能層分布具有相似性，因而呈鏡像對稱。 S1S0第25頁，共79頁。解釋2：位

15、能曲線(Frank-Condon原理) 由于電子吸收躍遷速率極快(10-15s)，此時核的相對位置可視為不變(核較重)。當兩個能層間吸收躍遷的幾率越大，其相反躍遷的幾率也越大，即產(chǎn)生的光譜呈鏡像對稱。第26頁，共79頁。200250300350400450500熒光激發(fā)光譜熒光發(fā)射光譜nm蒽的激發(fā)光譜和熒光光譜第27頁，共79頁。三、熒光的產(chǎn)生與分子結構的關系 relation between fluorescence and molecular structure 1.分子產(chǎn)生熒光必須具備的條件（1）具有合適的結構：分子必須具有與所照射的輻射頻率相適應的結構, 才能吸收激發(fā)光；（2）具有一定

16、的熒光量子產(chǎn)率。熒光量子產(chǎn)率也叫熒光效率或量子效率，它表示物質(zhì)發(fā)射熒光的能力，通常用下式表示 熒光量子產(chǎn)率（）：在產(chǎn)生熒光的過程中，涉及到許多輻射和無輻射躍遷過程，如熒光發(fā)射、內(nèi)轉移、系間跨躍和外轉移等。因此，熒光的量子產(chǎn)率，將與上述每一個過程的速率常數(shù)有關。如外轉換過程速度快，不出現(xiàn)熒光發(fā)射。第28頁，共79頁。2 .化合物的結構與熒光(1)躍遷類型 對于大多數(shù)熒光物質(zhì)，首先經(jīng)歷或n(非鍵電子軌道)激發(fā)，然后經(jīng)過振動弛豫或其它無輻射躍遷，再發(fā)生或n躍遷而得到熒光。 躍遷常能發(fā)出較強的熒光(較大的量子產(chǎn)率)。這是由于躍遷具有較大的摩爾吸光系數(shù)(一般比n大100-1000倍)。 其次，躍遷的壽命

17、約為10-710-9s，比n躍遷的壽命10-510-7s要短。在各種躍遷過程的競爭中，它是有利于發(fā)射熒光的。此外，在躍遷過程中，通過系間跨躍至三重態(tài)的速率常數(shù)也較小，有利于熒光的產(chǎn)生。 S1T1能級差較大，這也有利于熒光的發(fā)射。 總之，躍遷是產(chǎn)生熒光的主要躍遷類型。第29頁，共79頁。(2)共軛效應 容易實現(xiàn)激發(fā) 的芳香族化合物容易發(fā)生熒光，能發(fā)生熒光的脂肪族和脂環(huán)族化合物極少(僅少數(shù)高度共軛體系化合物除外)。 此外，增加體系的共軛度，熒光效率一般也將增大。例如：在多烯結構中，Ph(CH=CH)3 Ph和Ph(CH=CH)2 Ph在苯中的熒光效率分別為0.68和0.28。共軛效應使熒光增強的原

18、因 ： 主要是由于增大熒光物質(zhì)的摩爾吸光系數(shù)，有利于產(chǎn)生更多的激發(fā)態(tài)分子，從而有利于熒光的發(fā)生。第30頁，共79頁。(3)剛性平面結構 多數(shù)具有剛性平面結構的有機分子具有強烈的熒光。因為這種結構可以減少分子的振動，使分子與溶劑或其它溶質(zhì)分子的相互作用減少，也就減少了碰撞去活的可能性。(4)取代基效應 芳香族化合物苯環(huán)上的不同取代基對該化合物的熒光強度和熒光光譜有很大的影響。給電子基團，如-OH、-OR、-CN、-NH2 、 -NR2等，使熒光增強。因為產(chǎn)生了p-共軛作用，增強了電子共軛程度，使最低激發(fā)單重態(tài)與基態(tài)之間的躍遷幾率增大。吸電子基團，如-COOH、-NO、-C O、鹵素等，會減弱甚至

19、會猝滅熒光。第31頁，共79頁。 鹵素取代基隨原子序數(shù)的增加而熒光降低。這可能是由所謂“重原子效應”使系間竄躍速率增加所致。在重原子中，能級之間的交叉現(xiàn)象比較嚴重，因此容易發(fā)生自旋軌道的相互作用，增加了由單重態(tài)轉化為三重態(tài)的概率。 取代基的空間障礙對熒光也有影響。 立體異構現(xiàn)象對熒光強度有顯著的影響。5 、金屬螯合物的熒光 除過渡元素的順磁性原子會發(fā)生線狀熒光光譜外，大多數(shù)無機鹽類金屬離子，在溶液中只能發(fā)生無輻射躍遷，因而不產(chǎn)生熒光。但是，在某些情況下，金屬螯合物卻能產(chǎn)生很強的熒光，并可用于痕量金屬元素分析。第32頁，共79頁。(1)螯合物中配位體的發(fā)光 不少有機化合物雖然具有共軛雙鍵，但由于

20、不是剛性結構，分子處于非同一平面，因而不發(fā)生熒光。若這些化合物和金屬離子形成螯合物，隨著分子的剛性增強，平面結構的增大，常會發(fā)生熒光。 如：8-羥基喹啉本身有很弱的熒光，但其金屬螯合物具有很強的熒光。(2)螯合物中金屬離子的特征熒光 這類發(fā)光過程通常是螯合物首先通過配位體的躍遷激發(fā)，接著配位體把能量轉給金屬離子，導致dd*躍遷和ff*躍遷，最終發(fā)射的是dd*躍遷和ff*躍遷光譜。第33頁，共79頁。第34頁，共79頁。四 影響熒光強度的因素 溶劑對熒光強度的影響 溶劑的影響可分為一般溶劑效應和特殊溶劑效應。 一般溶劑效應：溶劑的折射率和介電常數(shù)的影響。 特殊溶劑效應：熒光體和溶劑分子間的特殊化

21、學作用，如氫鍵的生成和化合作用。 一般溶劑效應是普遍的，而特殊溶劑效應則決定于溶劑和熒光體的化學結構。特殊溶劑效應所引起熒光光譜的移動值，往往大于一般溶劑效應所引起的影響。由于溶質(zhì)分子與溶劑分子間的作用，使同一種熒光物質(zhì)在不同的溶劑同一種第35頁，共79頁。 熒光物質(zhì)在不同的溶劑中的熒光光譜可能會有顯著不同。 有的情況，增大溶劑的極性，將使n躍遷的能量增大， 躍遷的能量減小，而導致熒光增強，熒光峰紅移。 但也有相反的情況，例如，苯胺、萘磺酸類化合物在戊醇、丁醇、丙醇、乙醇和甲醇中，隨著醇的極性增大，熒光強度減小，熒光峰藍移。因此熒光光譜的位置和強度與溶劑極性之間的關系，應根據(jù)熒光物質(zhì)與溶劑的不

22、同而異。 如果溶劑和熒光物質(zhì)形成了化合物，或溶劑使熒光物質(zhì)的電性狀態(tài)改變，則熒光峰位和強度都會發(fā)生較大的變化。第36頁，共79頁。 溫度對熒光強度的影響 溫度上升使熒光強度下降。 其中一個原因是分子的內(nèi)部能量轉化作用。當激發(fā)分子接受額外熱能時，有可能使激發(fā)能轉換為基態(tài)的振動能量，隨后迅速振動弛豫而喪失振動能量。 另一個原因是碰撞頻率增加，使外轉換的去活幾率增加。 溶液pH值對熒光強度的影響 帶有酸性或堿性官能團的大多數(shù)芳香族化合物的熒光與溶液的pH有關。 具有酸性或堿性基團的有機物質(zhì)，在不同pH值時，其結構 可能發(fā)生變化，因而熒光強度將發(fā)生改變；對無機熒光物質(zhì)，因pH值會影響其穩(wěn)定性，因而也可

23、使其熒光強度發(fā)生改變。第37頁，共79頁。 對于金屬離子與有機試劑形成的發(fā)光螯合物，一方面pH會影響合螯物的形成，另一方面還會影響螯合物的組成，從而影響它們的熒光性質(zhì)。 內(nèi)濾光作用和自吸收現(xiàn)象 溶液中若存在能吸收激發(fā)或熒光物質(zhì)所發(fā)射光能的物質(zhì)，就會使熒光減弱，這種現(xiàn)象稱為“內(nèi)濾光作用”。如色胺酸中的重鉻酸鉀。 如熒光物質(zhì)的熒光發(fā)射光譜的短波長的一端與該物質(zhì)的吸收光譜的長波長一端有重疊，產(chǎn)生“自吸收”現(xiàn)象，而降低了溶液的熒光強度，如蒽化合物 。第38頁，共79頁。順磁性物質(zhì)的存在，使激發(fā)單重態(tài)的系間跨躍速率增大,因而會使熒光效率降低。5、溶液熒光猝滅 熒光物質(zhì)分子與溶劑分子或其它溶質(zhì)分子的相互作

24、用引起熒光強度降低的現(xiàn)象稱為熒光猝滅。能引起熒光強度降低的物質(zhì)稱為猝滅劑。 導致熒光猝滅的主要類型： 碰撞猝滅 碰撞猝滅是指處于激發(fā)單重態(tài)的熒光分子與猝滅劑分子相碰撞，使激發(fā)單重態(tài)的熒光分子以無輻射躍遷的方式回到基態(tài)，產(chǎn)生猝滅作用。第39頁，共79頁。 靜態(tài)猝滅(組成化合物的猝滅) 由于部分熒光物質(zhì)分子與猝滅劑分子生成非熒光的配合物而產(chǎn)生的。此過程往往還會引起溶液吸收光譜的改變。 轉入三重態(tài)的猝滅 分子由于系間的跨越躍遷，由單重態(tài)躍遷到三重態(tài)。轉入三重態(tài)的分子在常溫下不發(fā)光，它們在與其它分子的碰撞中消耗能量而使熒光猝滅。 溶液中的溶解氧對有機化合物的熒光產(chǎn)生猝滅效應。是由于三重態(tài)基態(tài)的氧分子和

25、單重激發(fā)態(tài)的熒光物質(zhì)分子碰撞，形成了單重激發(fā)態(tài)的氧分子和三重態(tài)的熒光物質(zhì)分子，使熒光猝滅。第40頁，共79頁。 發(fā)生電子轉移反應的猝滅 某些猝滅劑分子與熒光物質(zhì)分子相互作用時，發(fā)生了電子轉移反應，因而引起熒光猝滅。 熒光物質(zhì)的自猝滅 在濃度較高的熒光物質(zhì)溶液中，單重激發(fā)態(tài)的分子在發(fā)生熒光之前和未激發(fā)的熒光物質(zhì)分子碰撞而引起的自猝滅。有些熒光物質(zhì)分子在溶液濃度較高時會形成二聚體或多聚體，使它們的吸收光譜發(fā)生變化，也引起溶液熒光強度的降低或消失。第41頁，共79頁。一、 儀器與結構流程instrument and general process 二、 熒光分析法和應用fluorescence an

26、alysis and application三、 磷光分析法的應用phosphorescence analysis and application第二節(jié) 分子熒光與磷光分析法molecular luminescenceanalysis molecular fluorescence and phosphorescence analysis 第五章分子發(fā)光分析法第42頁，共79頁。一、儀器結構流程 測量熒光的儀器主要由四個部分組成：激發(fā)光源、樣品池、雙單色器系統(tǒng)、檢測器。 特殊點：有兩個單色器，光源與檢測器通常成直角。光源：氙燈、高壓汞燈，染料激光器(可見與紫外區(qū))樣品池：石英(低熒光材料)單色器

27、：選擇激發(fā)光波長的第一單色器和選擇發(fā)射光(測量)波長的第二單色器；檢測器：光電倍增管。第43頁，共79頁。儀器光路圖第44頁，共79頁。儀器框圖該型儀器可進行熒光、磷光和發(fā)光分析；第45頁，共79頁。同步掃描技術 根據(jù)激發(fā)和發(fā)射單色器在掃描過程中彼此間所保持的關系，同步掃描可分為固定波長差()和固定能量差及可變波長三種； 同步掃描技術可簡化光譜，譜帶變窄，減少光譜重疊，提高分辨率； 如圖。 合適的可減少光譜重疊；酪氨酸和色氨酸的熒光激發(fā)光譜相似，發(fā)射光譜嚴重重疊，但60nm時，只顯示色氨酸的特征光譜，實現(xiàn)分別測定。第46頁，共79頁?？色@得三維光譜圖的儀器 可獲得激發(fā)光譜與發(fā)射光譜同時變化時的

28、熒(磷)光光譜圖第47頁，共79頁。黃酒的熒光光譜研究獲得激發(fā)波長與發(fā)射波長同時變化時的熒光強度信息采用FLS920穩(wěn)態(tài)熒光光譜儀第48頁，共79頁。磷光檢測熒光計上配上磷光測量附件即可對磷光進行測量。在有熒光發(fā)射的同時測量磷光。 測量方法：（1）通常借助于熒光和磷光壽命的差別，采用磷光鏡的裝置將熒光隔開。（2）采用脈沖光源和可控檢測及時間分辨技術。 第49頁，共79頁。二、熒光分析方法與應用1. 特點（1）靈敏度高 比紫外-可見分光光度法高24個數(shù)量級； 檢測下限：0.10.1g/cm-3 相對靈敏度：0.05mol/L 奎寧硫酸氫鹽的硫酸溶液。（2）選擇性強 可同時用激發(fā)光譜和熒光發(fā)射光譜

29、定性。（3）試樣量少 缺點：主要是因為能發(fā)熒光的物質(zhì)不具普遍性、增強熒光的方法有限、外界環(huán)境對熒光量子效率影響大、干擾測量的因素較多。第50頁，共79頁。2. 定量依據(jù)與方法(1)定量依據(jù) 熒光強度 If正比于吸收的光量Ia和熒光量子效率 ： If = Ia 由朗-比耳定律： Ia = I0(1-10- l c ) If = I0(1-10- l c ) = I0(1-e-2.3 l c ) 濃度很低時，將括號項近似處理后： If = 2.3 I0 l c = Kc第51頁，共79頁。（2）定量方法標準曲線法： 配制一系列標準濃度試樣測定熒光強度，繪制標準曲線，再在相同條件下測量未知試樣的熒光

30、強度，在標準曲線上求出濃度；比較法： 在線性范圍內(nèi)，測定標樣和試樣的熒光強度，比較；第52頁，共79頁。3.熒光分析法的應用(1)無機化合物的分析 與有機試劑配合物后測量；可測量約60多種元素。 鈹、鋁、硼、鎵、硒、鎂、稀土常采用熒光分析法； 氟、硫、鐵、銀、鈷、鎳采用熒光熄滅法測定； 銅、鈹、鐵、鈷、鋨及過氧化氫采用催化熒光法測定； 鉻、鈮、鈾、碲采用低溫熒光法測定； 鈰、銪、銻、釩、鈾采用固體熒光法測定(2)生物與有機化合物的分析 見表 第53頁，共79頁。第54頁，共79頁。第55頁，共79頁。三、磷光分析法的應用1.稠環(huán)芳烴分析 采取固體表面室溫磷光分析法快速靈敏測定稠環(huán)芳烴和雜環(huán)化合

31、物（致癌物質(zhì)）；見表2.農(nóng)藥、生物堿、植物生長激素的分析 煙堿、降煙堿、新煙堿等分析 檢測限0.01 g/cm-3 3.藥物分析和臨床分析 見表第56頁，共79頁。第57頁，共79頁。第58頁，共79頁。第五章 分子發(fā)光分析法一、基本原理principle 二、化學發(fā)光分析的特點characteristics三 裝置與技術instrument and technology第三節(jié) 化學發(fā)光分析法molecular luminescenceanalysischemiluminescenceanalysis第59頁，共79頁。一、基本原理 principle1. 化學發(fā)光反應 在化學反應過程中，某些

32、物質(zhì)由于吸收了反應時產(chǎn)生的化學能，而使反應產(chǎn)物分子激發(fā)至激發(fā)態(tài)，受激分子由激發(fā)態(tài)回到基態(tài)時，便發(fā)出一定波長的光。 A +B = C + D* D* D + h（1）能夠發(fā)光的化合物大多為有機化合物，芳香族化合物；（2）化學發(fā)光反應多為氧化還原反應，激發(fā)能與反應能相當 E=170300 kJ/mol；位于可見光區(qū)；（3）發(fā)光持續(xù)時間較長，反應持續(xù)進行； 化學發(fā)光反應存在于生物體(螢火蟲、海洋發(fā)光生物)中，稱生物發(fā)光(bioluminescence)。第60頁，共79頁。2.化學發(fā)光效率化學效率：發(fā)光效率：時刻t 的化學發(fā)光強度(單位時間發(fā)射的光量子數(shù))：dc/dt 分析物參加反應的速率；第61頁

33、，共79頁。3.化學發(fā)光強度與化學發(fā)光分析的依據(jù)在化學發(fā)光分析中，被分析物相對于發(fā)光試劑小得多，對于一級動力學反應： dc/dt =Kc；K 為反應速率常數(shù)。定性依據(jù)：（1）在一定條件下，峰值光強度與被測物濃度成線性；（2）在一定條件下，曲線下面積為發(fā)光總強度(S)，其與被測物濃度成線性：第62頁，共79頁。4.化學發(fā)光反應的類型（1）氣相化學發(fā)光反應主要有O3、NO、S的化學發(fā)光反應，可用于監(jiān)測空氣中的O3、NO、SO2、H2S、CO、NO2等。a. 一氧化氮與O3的發(fā)光反應 NO + O3 NO2* NO2* NO2 + h 發(fā)射的光譜范圍：600875 nm，靈敏度1ng/cm-3；b.

34、氧原子與SO2、NO、CO的發(fā)光反應 O3 O2 + O （1000 C石英管中進行） SO2 + O + O SO2* + O2 SO2 * SO2* + h 最大發(fā)射波長：200 nm；靈敏度1 ng/cm-3； 第63頁，共79頁。 O3 O2 + O （1000 C石英管中進行） NO + O NO2* NO2 * NO2 + h 發(fā)射光譜范圍：4001400 nm；靈敏度1 ng/cm-3；氧原子與CO的發(fā)光反應： CO + O CO2* CO2 * CO2 + h 發(fā)射光譜范圍：300500 nm；靈敏度1 ng/cm-3； 氧原子與NO的發(fā)光反應：第64頁，共79頁。（2）火焰中

35、的化學發(fā)光反應 在富氫火焰中，也存在著很強的化學發(fā)光反應；a. 一氧化氮 NO + H HNO* HNO * HNO + h 發(fā)射光譜范圍：660770 nm； 最大發(fā)射波長：690 nm； 在富氫火焰中： NO2 + 2H NO + H2O 該反應十分迅速；第65頁，共79頁。b.硫化物 揮發(fā)性硫化物SO2 、H2S 、CH3SH、 CH3SCH3等在富氫火焰中燃燒，產(chǎn)生很強的化學發(fā)光（藍色）： SO2 + 2H2 S + 2H2O S + S 2S2 * S2 * S2 + h 發(fā)射光譜范圍：350460 nm； 最大發(fā)射波長：394 nm； 靈敏度： 0.2 ng/cm-3； 發(fā)射光強度

36、與硫化物濃度的平方成正比。第66頁，共79頁。（3）液相化學發(fā)光反應 機理研究較多，在分析中應用最多；可測痕量的H2O2 、Cu、Mn、Co、V、Fe、Cr、Ce、Hg、Th等。 應用最多的發(fā)光試劑：魯米諾（3-氨基苯二甲酰肼）； 化學發(fā)光反應效率：0.150. 05； 魯米諾在堿性溶液中與雙氧水的反應過程：該發(fā)光反應速度慢，某些金屬離子可催化反應；利用這一現(xiàn)象可測定這些金屬離子。第67頁，共79頁。魯米諾作為一種有效的化學發(fā)光試劑。利用金屬離子或過渡金屬離子的不飽和配合物對魯米諾發(fā)光體系有很強的催化作用，可以測定金屬離子或有機配體。苯甲酸與Cu(II)形成的不飽和配合物對魯米諾-H2O2體系

37、的催化作用，建立了測定苯甲酸的流動注射分析方法。利用有機化合物或稀土離子對魯米諾化學發(fā)光反應的抑制作用，測定對化學發(fā)光反應具有猝滅作用的有機化合物或稀土。堿性條件下?lián)錈嵯⑼磳︳斆字Z-鐵氰化鉀體系發(fā)光反應的強烈抑制作用，可化學發(fā)光測定痕量撲熱息痛。通過偶合反應可以間接測定無機或有機化合物。第68頁，共79頁。5. 化學與生物發(fā)光分析的應用（1） 該發(fā)光反應速度慢，某些金屬離子可催化反應；利用這一現(xiàn)象可間接測定這些金屬離子。可測痕量的Cu2+ 、Mn2+、Co2+、V4+、Fe2+、 Fe3+、 Ni2+、Ag+、Au3+、Hg2+等（2） 可檢測低至 10-9 mol/L 的H2O2；（3） 間接測定某些生物試樣 氨基酸 + O2 酮酸 +NH3 +