熒光光譜分析

關(guān)于熒光光譜分析第一頁，共十八頁，2022年，8月28日光致發(fā)光（Photoluminescence）:

熒光和磷光是分子吸光成為激發(fā)態(tài)分子，在返回基態(tài)時的發(fā)光現(xiàn)象，稱為光致發(fā)光。特點：★靈敏度高。檢測限比吸收光譜法低1~3個數(shù)量級；★線性范圍寬；★選擇性比吸收光譜法好。因為能產(chǎn)生紫外可見吸收的分子不一定發(fā)射熒光或磷光；★應(yīng)用范圍不如吸收光譜法廣，因為有的分子不發(fā)熒光?；诨衔锏臒晒鉁y量而建立起來的分析方法稱為分子熒光光譜法。第二頁，共十八頁，2022年，8月28日9.1熒光光譜法基本原理

9.1.1分子的激發(fā)與失活1.分子的多重態(tài)單重態(tài)

一個所有電子自旋都配對的分子的電子狀態(tài)。大多數(shù)有機物分子的基態(tài)是單重態(tài)。當基態(tài)一對電子中的一個被激發(fā)到較高能級，其自旋方向不會立刻改變，分子仍處于單重態(tài)。三重態(tài)

有兩個電子的自旋不配對而平行的狀態(tài)。激發(fā)三重態(tài)能量較激發(fā)單重態(tài)低。第三頁，共十八頁，2022年，8月28日2.激發(fā)態(tài)分子的失活:

激發(fā)態(tài)分子不穩(wěn)定，它要以輻射或無輻射躍遷的方式回到基態(tài)。

第四頁，共十八頁，2022年，8月28日無輻射躍遷☆振動弛豫：激發(fā)態(tài)分子由同一電子能級中的較高振動能級轉(zhuǎn)至較低振動能級的過程，其效率較高。

☆內(nèi)轉(zhuǎn)換：相同多重態(tài)的兩個電子能級間，電子由高能級回到低能級的分子內(nèi)過程。

☆系間竄越：

激發(fā)態(tài)分子的電子自旋發(fā)生倒轉(zhuǎn)而使分子的多重態(tài)發(fā)生變化的過程。

☆外轉(zhuǎn)換：激發(fā)態(tài)分子與溶劑與其他溶質(zhì)相互作用、能量轉(zhuǎn)換而使熒光

（或磷光）減弱甚至消失的過程。熒光強度的減弱或消失，稱為熒光熄滅（或猝滅）。

第五頁，共十八頁，2022年，8月28日輻射躍遷:熒光：受光激發(fā)的分子從第一激發(fā)單重態(tài)的最低振動能級回到基態(tài)所發(fā)出的輻射。壽命為10-8~10-11s。由于是相同多重態(tài)之間的躍遷，幾率較大，速度大，速率常數(shù)kf為106~109s-1。

磷光：從第一激發(fā)三重態(tài)的最低振動能級回到基態(tài)所發(fā)出的輻射。由于磷光的產(chǎn)生伴隨自旋多重態(tài)的改變，輻射速度遠小于熒光，磷光壽命為10-4~10s。第六頁，共十八頁，2022年，8月28日1.熒光強度與濃度的關(guān)系F=K′（I0—I）I0——入射光輻射功率；I——透射光輻射功率；熒光量子產(chǎn)率（Ф）。9.1.2熒光強度及影響熒光的因素

熒光是物質(zhì)吸收光子之后發(fā)出的輻射，熒光強度（F）與熒光物質(zhì)的吸光程度及其發(fā)射熒光的能力有關(guān)。第七頁，共十八頁，2022年，8月28日F=K′（I0—I）根據(jù)朗伯-比爾定律，=εbc則假設(shè)εbc＜0.05F=K’I02.303εbc當I0一定時F=K·C(K=K’I02.303εb)即在低濃度時，溶液的熒光強度與熒光物質(zhì)的濃度成正比，這是熒光法定量的基礎(chǔ)。第八頁，共十八頁，2022年，8月28日2.熒光量子產(chǎn)率Φ物質(zhì)分子發(fā)射熒光的能力用熒光量子產(chǎn)率（Φ）表示：

凡是使熒光速率常數(shù)kf增大而使其他失活過程（系間竄越、外轉(zhuǎn)換、內(nèi)轉(zhuǎn)換）的速率常數(shù)減小的因素都可使熒光增強。Φ與失活過程的速率常數(shù)k有關(guān)：第九頁，共十八頁，2022年，8月28日熒光與結(jié)構(gòu)的關(guān)系

（1）電子躍遷類型

發(fā)射π*→π躍遷比π*→n躍遷更常見（2）共軛效應(yīng)

芳香族化合物的熒光最常見且最強，大多數(shù)未取代芳烴在溶液中發(fā)熒光，隨著環(huán)的數(shù)目和稠合程度增加，熒光峰紅移，Φ↑。簡單雜環(huán)化合物不發(fā)熒光，但具有稠環(huán)結(jié)構(gòu)的雜環(huán)化合物都發(fā)熒光。（3）平面剛性結(jié)構(gòu)效應(yīng)

有剛性結(jié)構(gòu)的分子容易發(fā)熒光，剛性和共平面性的增加有利于熒光發(fā)射。CH2聯(lián)苯Φ=0.2

芴Φ=1

第十頁，共十八頁，2022年，8月28日化合物相對熒光強度苯10C6H5COOHC6H5NO230C6H5CH3C6H5OHC6H5OCH3C6H5NH2C6H5CN1718202020C6H5ClC6H5BrC6H5I750(4)取代基的影響芳環(huán)上有羧基、羰基或亞硝基等吸電子基團取代時，熒光減弱；給電子取代基如-OH、-NH2、-CN、-OCH3等會使熒光強度增加。重原子效應(yīng)含有重原子的分子中，系間竄躍的幾率大,使熒光減弱，磷光增強。第十一頁，共十八頁，2022年，8月28日熒光與環(huán)境因素的關(guān)系★溫度降低會使熒光強度增大；★帶有酸性或堿性取代基的芳香化合物的熒光與pH有關(guān)；★溶劑溶劑極性增加有時會使熒光強度增加，熒光波長紅移；若溶劑和熒光物質(zhì)形成氫鍵或使熒光物質(zhì)電離狀態(tài)改變，會使熒光強度、熒光波長改變；含重原子的溶劑（碘乙烷、四溴化碳）使熒光減弱?！锶芙庋醯拇嬖谕篃晒鈴姸冉档??；衔锵鄬晒鈴姸菴6H5OH18C6H5O—

10C6H5NH2

20+C6H5NH3

0第十二頁，共十八頁，2022年，8月28日9.1.3激發(fā)光譜和熒光光譜

任何熒光化合物都具有兩種特征光譜：熒光激發(fā)光譜（吸收光譜）—固定某一發(fā)射波長，測定該波長下的熒光發(fā)射強度隨激發(fā)波長變化所得的光譜。熒光發(fā)射光譜（熒光光譜）——固定某一激發(fā)波長，測定熒光發(fā)射強度隨發(fā)射波長變化得到的光譜。第十三頁，共十八頁，2022年，8月28日熒光光譜的特點：①斯托克斯位移（Stokesshift)。與激發(fā)光譜相比，熒光光譜的波長總是出現(xiàn)在更長的波長處；②熒光光譜與激發(fā)波長無關(guān)。無論用λ=250和350nm作激發(fā)光源，所得熒光光譜形狀和峰的位置都是相同；③吸收光譜與發(fā)射光譜大致成鏡像對稱。第十四頁，共十八頁，2022年，8月28日9.2熒光分析儀器和熒光法的應(yīng)用

9.2.1熒光分光光度計熒光分光光度計既可用于定量分析，也可用于測繪激發(fā)光譜和熒光光譜。第一單色器選擇激發(fā)光波長（＞250nm的紫外光），故稱為激發(fā)單色器。第二單色器（熒光單色器）與激發(fā)光入射方向垂直，并選擇熒光波長，可提高方法的選擇性和準確度。

第十五頁，共十八頁，2022年，8月28日9.2.2熒光法的應(yīng)用熒光法靈敏度高、選擇性好，可用于痕量分析，但是能發(fā)生熒光的化學(xué)體系不多，這是熒光法的應(yīng)用特點。無機物通過與熒光試劑作用生成熒光螯合物而進行熒光分析，非過渡金屬離子的熒光螯合物較多，熒光試劑具有兩個（或以上）與MZ+形成螯合物的電子給予體官能團的芳香結(jié)構(gòu)。第十六頁，共十八頁，2022年，8月28日名稱結(jié)構(gòu)式應(yīng)用9-蒽基重氮甲烷