分析化學(xué)11熒光課件

第11章熒光分析法

Molecularfluorometry第11章熒光分析法Molecularfluorome111.1概述熒光：物質(zhì)分子接受光子能量被激發(fā)后，從激發(fā)態(tài)的最低振動(dòng)能級(jí)返回基態(tài)時(shí)發(fā)射出的光。熒光分析法：根據(jù)物質(zhì)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。熒光分析法的優(yōu)點(diǎn)：靈敏度高、選擇性好第一激發(fā)單重態(tài)的最低振動(dòng)能級(jí)分子熒光分析法（molecularfluorometry）11.1概述熒光：物質(zhì)分子接受光子能量被激發(fā)后，從激2自旋量子數(shù)s=1/2或-1/2總自旋量子數(shù)S＝0多重性2S＋1＝111.2基本原理基態(tài)單重態(tài)激發(fā)單重態(tài)激發(fā)三重態(tài)自旋量子數(shù)s=1/2或-1/2總自旋量子數(shù)S＝0多重性3熒光和磷光產(chǎn)生示意圖吸收振動(dòng)馳豫內(nèi)部能量轉(zhuǎn)換熒光發(fā)射體系間跨越磷光發(fā)射熒光和磷光產(chǎn)生示意圖吸收振動(dòng)內(nèi)部能量轉(zhuǎn)換熒光發(fā)射體系間磷光發(fā)4振動(dòng)馳豫內(nèi)部能量轉(zhuǎn)換處于激發(fā)態(tài)各振動(dòng)能級(jí)的分子通過與溶劑分子的碰撞而將部分振動(dòng)能量傳遞給溶劑分子，其電子則返回到同一電子激發(fā)態(tài)的最低振動(dòng)能級(jí)的過程。當(dāng)兩個(gè)電子激發(fā)態(tài)之間的能量相差較小以至其振動(dòng)能級(jí)有重疊時(shí)，受激分子由高電子能級(jí)轉(zhuǎn)移至低電子能級(jí)的過程。無輻射躍遷振動(dòng)馳豫內(nèi)部能量轉(zhuǎn)換處于激發(fā)態(tài)各振動(dòng)能級(jí)的分子通過與溶劑分子5關(guān)于熒光熒光的產(chǎn)生需經(jīng)歷兩個(gè)過程：吸收發(fā)射第一激發(fā)單重態(tài)的最低振動(dòng)能級(jí)振動(dòng)馳豫內(nèi)部能量轉(zhuǎn)換關(guān)于熒光熒光的產(chǎn)生需經(jīng)歷兩個(gè)過程：吸收第一激發(fā)單重態(tài)的最低振6例題1.所謂熒光，即某些物質(zhì)經(jīng)入射光照射后，吸收了入射光的能量，從而輻射出比入射光：A波長長的光線

B波長短的光線

C能量大的光線

D頻率高的光線

例題1.所謂熒光，即某些物質(zhì)經(jīng)入射光照射后，吸收了入射711.2.2激發(fā)光譜與發(fā)射光譜

1.激發(fā)光譜：excitationspectrum熒光光譜表示不同激發(fā)波長的輻射引起物質(zhì)發(fā)射某一波長熒光的相對(duì)效率。2.發(fā)射光譜：fluorescence/emissionspectrum

F–λexF-λem表示在所發(fā)射的熒光中各種波長組分的相對(duì)強(qiáng)度。11.2.2激發(fā)光譜與發(fā)射光譜1.激發(fā)光譜：excit8熒光光譜的特征（1）斯托克斯位移（Stokesshift）：λem＞λex產(chǎn)生原因：能量損失（1）內(nèi)轉(zhuǎn)換和振動(dòng)馳豫（2）激發(fā)態(tài)分子返回基態(tài)不同振動(dòng)能級(jí)（3）激發(fā)態(tài)分子與溶劑分子的相互作用熒光光譜的特征（1）斯托克斯位移（Stokesshift）9熒光光譜的特征（2）熒光光譜的形狀與激發(fā)波長無關(guān)產(chǎn)生原因：熒光發(fā)射是從特定的激發(fā)態(tài)返回基態(tài)熒光光譜的強(qiáng)度與激發(fā)波長有關(guān)熒光光譜的特征（2）熒光光譜的形狀與激發(fā)波長無關(guān)產(chǎn)生原因：熒10熒光光譜的特征（3）熒光光譜與激發(fā)光譜的鏡像關(guān)系產(chǎn)生原因：電子基態(tài)的振動(dòng)能級(jí)分布與激發(fā)態(tài)的相似熒光光譜的特征（3）熒光光譜與激發(fā)光譜的鏡像關(guān)系產(chǎn)生原因：11例題下列說法哪個(gè)是錯(cuò)誤的？A熒光光譜的形狀與激發(fā)波長無關(guān)B熒光波長總是大于激發(fā)光波長C熒光光譜的最短波長和激發(fā)光譜的最長波長相對(duì)應(yīng)D最長的熒光波長與最長的激發(fā)光波長相對(duì)應(yīng)

例題下列說法哪個(gè)是錯(cuò)誤的？12

11.2.3分子結(jié)構(gòu)與熒光的關(guān)系分子產(chǎn)生熒光必須具備兩個(gè)條件：1.強(qiáng)的紫外－可見吸收2.一定的熒光效率11.2.3分子結(jié)構(gòu)與熒光的關(guān)系分子產(chǎn)生熒光必須具備13

熒光效率（熒光量子產(chǎn)率）1.熒光效率

φf0～1熒光效率（熒光量子產(chǎn)率）1.熒光效率φf0～114

2.分子結(jié)構(gòu)對(duì)熒光效率的影響分子產(chǎn)生熒光必須具備兩個(gè)條件：1.強(qiáng)的紫外－可見吸收2.一定的熒光效率長共軛結(jié)構(gòu)分子的剛性和共平面性取代基作用2.分子結(jié)構(gòu)對(duì)熒光效率的影響分子產(chǎn)生熒光必須具備兩個(gè)15λex205nm286nm356nmλem278nm321nm404nm

φf0.110.290.36

（1）長共軛結(jié)構(gòu)結(jié)論：π電子共軛程度越大，熒光強(qiáng)度（熒光效率）越大，熒光波長長移λex205nm286nm16聯(lián)苯φf0.2芴φf1.0（2）分子的剛性和共平面性聯(lián)苯φf0.2芴φf1.0（2）分17結(jié)論：在相同的長共軛分子中，分子的剛性和共平面性越強(qiáng)，熒光效率越大，熒光波長長移2、分子的剛性和共平面性結(jié)論：在相同的長共軛分子中，分子的剛性和共平面性越強(qiáng)，熒光效18（3）取代基作用給電子基團(tuán)吸電子基團(tuán)與電子體系相互作用較小的取代基－NH2、－OH、－OCH3、－NHR、－NR2熒光效率提高、熒光波長長移－COOH、－NO2、－C＝O、－NO、鹵素?zé)晒庑蕼p弱甚至熄滅（3）取代基作用給電子基團(tuán)吸電子基團(tuán)與電子體系相互作用較小的19例題關(guān)于熒光效率，下面錯(cuò)誤的敘述是：A具有長共軛的ππ*躍遷的物質(zhì)具有較大的熒光效率

B分子的剛性和共平面性越大，熒光效率越大

C順式異構(gòu)體的熒光效率大于反式異構(gòu)體D共軛體系上的取代基不同，對(duì)熒光效率的影響也不同

例題關(guān)于熒光效率，下面錯(cuò)誤的敘述是：2011.2.4影響熒光強(qiáng)度的外部因素溫度溶劑pH熒光熄滅散射光學(xué)習(xí)目的:提高熒光分析的靈敏度和選擇性11.2.4影響熒光強(qiáng)度的外部因素溫度學(xué)習(xí)目的:211.溫度熒光素鈉的乙醇溶液在下列哪種條件下熒光強(qiáng)度最強(qiáng)？A0℃B-100℃C-200℃D-300℃

1.一般情況下，隨著溫度的升高，溶液中熒光物質(zhì)的熒光效率和熒光強(qiáng)度將降低。2.原因:溫度升高時(shí)，分子運(yùn)動(dòng)速度加快，分子間碰撞幾率增加，使無輻射躍遷增加，從而降低了熒光效率1.溫度熒光素鈉的乙醇溶液在下列哪種條件下熒光強(qiáng)度最強(qiáng)？1222.溶劑萘在下列哪種溶劑中的熒光強(qiáng)度最強(qiáng)？A1－氯丙烷B1－溴丙烷C1－碘丙烷D1，2－二氯丙烷一般情況下，熒光波長隨著溶劑極性的增強(qiáng)而長移，熒光強(qiáng)度也增強(qiáng)。2.原因:在極性溶劑中，的能量差小2.溶劑萘在下列哪種溶劑中的熒光強(qiáng)度最強(qiáng)？一般情況下，熒光233.pH的影響苯胺在下列哪種條件下熒光強(qiáng)度最強(qiáng)？ApH＝1BpH＝3CpH＝13DpH＝10當(dāng)熒光物質(zhì)本身是弱酸或弱堿時(shí)，溶液的酸度對(duì)熒光強(qiáng)度有較大影響，主要是因?yàn)樵诓煌岫戎蟹肿雍碗x子間的平衡的改變。3.pH的影響苯胺在下列哪種條件下熒光強(qiáng)度最強(qiáng)？當(dāng)244.熒光熄滅的影響熒光熄滅，又稱熒光猝滅，是指熒光物質(zhì)分子與溶劑分子或溶質(zhì)分子的相互作用而引起熒光強(qiáng)度降低或熒光強(qiáng)度與濃度偏離線性關(guān)系的現(xiàn)象（1）選擇合適的溶劑（2）溶液濃度在合適的范圍4.熒光熄滅的影響熒光熄滅，又稱熒光猝滅，255.散射光的干擾散射光選擇適當(dāng)?shù)募ぐl(fā)波長消除拉曼光的干擾瑞利光拉曼光5.散射光的干擾散射光選擇適當(dāng)?shù)募ぐl(fā)波長消除拉曼光的干擾瑞26分析化學(xué)11熒光課件2711.3定量分析方法Quantitativeanalysisoffluorometry11.3定量分析方法Quantitativeanaly2811.3.1熒光強(qiáng)度與熒光物質(zhì)濃度的關(guān)系1.觀測方向:與激發(fā)光源垂直2.原因:消除透射光的影響11.3.1熒光強(qiáng)度與熒光物質(zhì)濃度的關(guān)系1.觀測方向:29關(guān)于靈敏度的問題紫外可見:10-5熒光:10-7關(guān)于靈敏度的問題紫外可見:10-5熒光:10-730?????csFs－F0Fx－F0cx11.3.2定量分析方法1、標(biāo)準(zhǔn)曲線法?????csFs－F0Fx－F0cx11.3.2定量分析3111.3.2定量分析方法2、比例法（對(duì)照法）11.3.2定量分析方法2、比例法（對(duì)照法）32例題在測量分子熒光強(qiáng)度時(shí)，要在與入射光成直角的方向上進(jìn)行測量，這是由于：A熒光是向各個(gè)方向發(fā)射的，為了減小透射光的影響B(tài)只有在與入射光成直角的方向上，才有熒光C熒光強(qiáng)度比透射光強(qiáng)度小

D熒光的波長比入射光波長長例題在測量分子熒光強(qiáng)度時(shí)，要在與入射光成直角的方向上進(jìn)行3311.4熒光分析技術(shù)及應(yīng)用光源激發(fā)單色器樣品池發(fā)射單色器檢測器11.4熒光分析技術(shù)及應(yīng)用光源激發(fā)單色器樣品池發(fā)射檢34

1.光源

2.單色器：3.樣品池：4.檢測器：熒光分光光度計(jì)的主要部件氙燈：波長范圍250~700nm，300~400nm譜線強(qiáng)度幾乎相等光電倍增管激發(fā)單色器、發(fā)射單色器石英、四面透光1.光源熒光分光光度計(jì)的主要部件氙燈：353、作用1、熒光試劑（熒光探針）2、化學(xué)物質(zhì)（1）提高測定的靈敏度和選擇性（2）擴(kuò)大熒光分析法的應(yīng)用范圍11.4.2應(yīng)用與示例（1）熒光胺（2）鄰苯二甲醛（3）丹酰氯3、作用1、熒光試劑（熒光探針）2、化學(xué)物質(zhì)（1）提高測定的36第11章熒光分析法

Molecularfluorometry第11章熒光分析法Molecularfluorome3711.1概述熒光：物質(zhì)分子接受光子能量被激發(fā)后，從激發(fā)態(tài)的最低振動(dòng)能級(jí)返回基態(tài)時(shí)發(fā)射出的光。熒光分析法：根據(jù)物質(zhì)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。熒光分析法的優(yōu)點(diǎn)：靈敏度高、選擇性好第一激發(fā)單重態(tài)的最低振動(dòng)能級(jí)分子熒光分析法（molecularfluorometry）11.1概述熒光：物質(zhì)分子接受光子能量被激發(fā)后，從激38自旋量子數(shù)s=1/2或-1/2總自旋量子數(shù)S＝0多重性2S＋1＝111.2基本原理基態(tài)單重態(tài)激發(fā)單重態(tài)激發(fā)三重態(tài)自旋量子數(shù)s=1/2或-1/2總自旋量子數(shù)S＝0多重性39熒光和磷光產(chǎn)生示意圖吸收振動(dòng)馳豫內(nèi)部能量轉(zhuǎn)換熒光發(fā)射體系間跨越磷光發(fā)射熒光和磷光產(chǎn)生示意圖吸收振動(dòng)內(nèi)部能量轉(zhuǎn)換熒光發(fā)射體系間磷光發(fā)40振動(dòng)馳豫內(nèi)部能量轉(zhuǎn)換處于激發(fā)態(tài)各振動(dòng)能級(jí)的分子通過與溶劑分子的碰撞而將部分振動(dòng)能量傳遞給溶劑分子，其電子則返回到同一電子激發(fā)態(tài)的最低振動(dòng)能級(jí)的過程。當(dāng)兩個(gè)電子激發(fā)態(tài)之間的能量相差較小以至其振動(dòng)能級(jí)有重疊時(shí)，受激分子由高電子能級(jí)轉(zhuǎn)移至低電子能級(jí)的過程。無輻射躍遷振動(dòng)馳豫內(nèi)部能量轉(zhuǎn)換處于激發(fā)態(tài)各振動(dòng)能級(jí)的分子通過與溶劑分子41關(guān)于熒光熒光的產(chǎn)生需經(jīng)歷兩個(gè)過程：吸收發(fā)射第一激發(fā)單重態(tài)的最低振動(dòng)能級(jí)振動(dòng)馳豫內(nèi)部能量轉(zhuǎn)換關(guān)于熒光熒光的產(chǎn)生需經(jīng)歷兩個(gè)過程：吸收第一激發(fā)單重態(tài)的最低振42例題1.所謂熒光，即某些物質(zhì)經(jīng)入射光照射后，吸收了入射光的能量，從而輻射出比入射光：A波長長的光線

B波長短的光線

C能量大的光線

D頻率高的光線

例題1.所謂熒光，即某些物質(zhì)經(jīng)入射光照射后，吸收了入射4311.2.2激發(fā)光譜與發(fā)射光譜

1.激發(fā)光譜：excitationspectrum熒光光譜表示不同激發(fā)波長的輻射引起物質(zhì)發(fā)射某一波長熒光的相對(duì)效率。2.發(fā)射光譜：fluorescence/emissionspectrum

F–λexF-λem表示在所發(fā)射的熒光中各種波長組分的相對(duì)強(qiáng)度。11.2.2激發(fā)光譜與發(fā)射光譜1.激發(fā)光譜：excit44熒光光譜的特征（1）斯托克斯位移（Stokesshift）：λem＞λex產(chǎn)生原因：能量損失（1）內(nèi)轉(zhuǎn)換和振動(dòng)馳豫（2）激發(fā)態(tài)分子返回基態(tài)不同振動(dòng)能級(jí)（3）激發(fā)態(tài)分子與溶劑分子的相互作用熒光光譜的特征（1）斯托克斯位移（Stokesshift）45熒光光譜的特征（2）熒光光譜的形狀與激發(fā)波長無關(guān)產(chǎn)生原因：熒光發(fā)射是從特定的激發(fā)態(tài)返回基態(tài)熒光光譜的強(qiáng)度與激發(fā)波長有關(guān)熒光光譜的特征（2）熒光光譜的形狀與激發(fā)波長無關(guān)產(chǎn)生原因：熒46熒光光譜的特征（3）熒光光譜與激發(fā)光譜的鏡像關(guān)系產(chǎn)生原因：電子基態(tài)的振動(dòng)能級(jí)分布與激發(fā)態(tài)的相似熒光光譜的特征（3）熒光光譜與激發(fā)光譜的鏡像關(guān)系產(chǎn)生原因：47例題下列說法哪個(gè)是錯(cuò)誤的？A熒光光譜的形狀與激發(fā)波長無關(guān)B熒光波長總是大于激發(fā)光波長C熒光光譜的最短波長和激發(fā)光譜的最長波長相對(duì)應(yīng)D最長的熒光波長與最長的激發(fā)光波長相對(duì)應(yīng)

例題下列說法哪個(gè)是錯(cuò)誤的？48

11.2.3分子結(jié)構(gòu)與熒光的關(guān)系分子產(chǎn)生熒光必須具備兩個(gè)條件：1.強(qiáng)的紫外－可見吸收2.一定的熒光效率11.2.3分子結(jié)構(gòu)與熒光的關(guān)系分子產(chǎn)生熒光必須具備49

熒光效率（熒光量子產(chǎn)率）1.熒光效率

φf0～1熒光效率（熒光量子產(chǎn)率）1.熒光效率φf0～150

2.分子結(jié)構(gòu)對(duì)熒光效率的影響分子產(chǎn)生熒光必須具備兩個(gè)條件：1.強(qiáng)的紫外－可見吸收2.一定的熒光效率長共軛結(jié)構(gòu)分子的剛性和共平面性取代基作用2.分子結(jié)構(gòu)對(duì)熒光效率的影響分子產(chǎn)生熒光必須具備兩個(gè)51λex205nm286nm356nmλem278nm321nm404nm

φf0.110.290.36

（1）長共軛結(jié)構(gòu)結(jié)論：π電子共軛程度越大，熒光強(qiáng)度（熒光效率）越大，熒光波長長移λex205nm286nm52聯(lián)苯φf0.2芴φf1.0（2）分子的剛性和共平面性聯(lián)苯φf0.2芴φf1.0（2）分53結(jié)論：在相同的長共軛分子中，分子的剛性和共平面性越強(qiáng)，熒光效率越大，熒光波長長移2、分子的剛性和共平面性結(jié)論：在相同的長共軛分子中，分子的剛性和共平面性越強(qiáng)，熒光效54（3）取代基作用給電子基團(tuán)吸電子基團(tuán)與電子體系相互作用較小的取代基－NH2、－OH、－OCH3、－NHR、－NR2熒光效率提高、熒光波長長移－COOH、－NO2、－C＝O、－NO、鹵素?zé)晒庑蕼p弱甚至熄滅（3）取代基作用給電子基團(tuán)吸電子基團(tuán)與電子體系相互作用較小的55例題關(guān)于熒光效率，下面錯(cuò)誤的敘述是：A具有長共軛的ππ*躍遷的物質(zhì)具有較大的熒光效率

B分子的剛性和共平面性越大，熒光效率越大

C順式異構(gòu)體的熒光效率大于反式異構(gòu)體D共軛體系上的取代基不同，對(duì)熒光效率的影響也不同

例題關(guān)于熒光效率，下面錯(cuò)誤的敘述是：5611.2.4影響熒光強(qiáng)度的外部因素溫度溶劑pH熒光熄滅散射光學(xué)習(xí)目的:提高熒光分析的靈敏度和選擇性11.2.4影響熒光強(qiáng)度的外部因素溫度學(xué)習(xí)目的:571.溫度熒光素鈉的乙醇溶液在下列哪種條件下熒光強(qiáng)度最強(qiáng)？A0℃B-100℃C-200℃D-300℃

1.一般情況下，隨著溫度的升高，溶液中熒光物質(zhì)的熒光效率和熒光強(qiáng)度將降低。2.原因:溫度升高時(shí)，分子運(yùn)動(dòng)速度加快，分子間碰撞幾率增加，使無輻射躍遷增加，從而降低了熒光效率1.溫度熒光素鈉的乙醇溶液在下列哪種條件下熒光強(qiáng)度最強(qiáng)？1582.溶劑萘在下列哪種溶劑中的熒光強(qiáng)度最強(qiáng)？A1－氯丙烷B1－溴丙烷C1－碘丙烷D1，2－二氯丙烷一般情況下，熒光波長隨著溶劑極性的增強(qiáng)而長移，熒光強(qiáng)度也增強(qiáng)。2.原因:在極性溶劑中，的能量差小2.溶劑萘在下列哪種溶劑中的熒光強(qiáng)度最強(qiáng)？一般情況下，熒光593.pH的影響苯胺在下列哪種條件下熒光強(qiáng)度最強(qiáng)？ApH＝1BpH＝3CpH＝13DpH＝10當(dāng)熒光物質(zhì)本身是弱酸或弱堿時(shí)，溶液的酸度對(duì)熒光強(qiáng)度有較大影響，主要是因?yàn)樵诓煌岫戎蟹肿雍碗x子間的平衡的改變。3.pH的影響苯胺在下列哪種條件下熒光強(qiáng)度最強(qiáng)？當(dāng)604.熒光熄滅的影響熒光熄滅，又稱熒光猝滅，是指熒光物質(zhì)分子與溶劑分子或溶質(zhì)分子的相互作用而引起熒光強(qiáng)度降低或熒光強(qiáng)度與濃度偏離線性關(guān)系的現(xiàn)象（1）選擇合適的溶劑（2）溶液濃度在合適的范圍4.熒光熄滅的影響熒光熄滅，又稱熒光猝滅，615.散射光的干擾散射光選擇適當(dāng)?shù)募ぐl(fā)波長消除拉曼光的干擾瑞利光拉曼光5.散射光的干擾散射光選擇適當(dāng)?shù)募ぐl(fā)波長消除拉曼光的干擾瑞62分析化學(xué)11熒光課件6311.3定量分析方法Quantitativeanalysis