磷光化學(xué)發(fā)光PPT學(xué)習(xí)教案

1、會計(jì)學(xué)1磷光化學(xué)發(fā)光磷光化學(xué)發(fā)光6.1 分子熒光分析及磷光分析分子熒光分析及磷光分析分子發(fā)光：處于基態(tài)的分子吸收能量（電、熱、化學(xué)和光分子發(fā)光：處于基態(tài)的分子吸收能量（電、熱、化學(xué)和光 能等）被激發(fā)至激發(fā)態(tài)，然后從不穩(wěn)定的激發(fā)態(tài)返回能等）被激發(fā)至激發(fā)態(tài)，然后從不穩(wěn)定的激發(fā)態(tài)返回 至基態(tài)并發(fā)射出光子，此種現(xiàn)象稱為發(fā)光。發(fā)光分析至基態(tài)并發(fā)射出光子，此種現(xiàn)象稱為發(fā)光。發(fā)光分析 包括熒光、磷光、化學(xué)發(fā)光、生物發(fā)光等。包括熒光、磷光、化學(xué)發(fā)光、生物發(fā)光等。 物質(zhì)分子吸收光能后所產(chǎn)生的光輻射稱之為熒光和磷光。物質(zhì)分子吸收光能后所產(chǎn)生的光輻射稱之為熒光和磷光。一、基本原理一、基本原理1. 1. 分子能級、熒

2、光及磷光的產(chǎn)生分子能級、熒光及磷光的產(chǎn)生分子能級分子能級=電子能級電子能級(Ee)+振動能級振動能級(Ev)+轉(zhuǎn)動能級轉(zhuǎn)動能級(Er)。其中電子能級包含振其中電子能級包含振-轉(zhuǎn)能級，如圖。轉(zhuǎn)能級，如圖。第1頁/共34頁激發(fā)三重態(tài)：分子吸收能激發(fā)三重態(tài)：分子吸收能量，電子自旋不再配對，量，電子自旋不再配對，為三重態(tài)，稱為激發(fā)三為三重態(tài)，稱為激發(fā)三重態(tài)，以重態(tài)，以T1，T2.表示。表示?；鶓B(tài)：電子自旋配對，基態(tài)：電子自旋配對，多重度多重度=2s+1=1，為單，為單重態(tài)，以重態(tài)，以S0表示。表示。激發(fā)單重態(tài)：分子吸收能激發(fā)單重態(tài)：分子吸收能量，電子自旋仍然配對，量，電子自旋仍然配對，為單重態(tài)，稱為激

3、發(fā)單為單重態(tài)，稱為激發(fā)單重態(tài)，以重態(tài)，以S1，S2表示表示三重態(tài)能級低于單重態(tài)三重態(tài)能級低于單重態(tài)（Hund規(guī)則）規(guī)則）第2頁/共34頁2. 2. 去活化過程（去活化過程（DeactivationDeactivation） 處于激發(fā)態(tài)分子不穩(wěn)定，通過輻射或非輻射躍遷等去處于激發(fā)態(tài)分子不穩(wěn)定，通過輻射或非輻射躍遷等去活化過程返回至基態(tài)活化過程返回至基態(tài) 。這些過程包括：。這些過程包括：1）振動弛豫（）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)的分子因碰撞將剩余的振動能量以熱的形式傳遞給周

4、圍的分子，從而從撞將剩余的振動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至低振動能層的過程，稱為振動弛豫。高振動能層失活至低振動能層的過程，稱為振動弛豫。2）內(nèi)轉(zhuǎn)換（）內(nèi)轉(zhuǎn)換（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(shí)，常發(fā)生電子從能層與較低電子能級的高振動能層相重疊時(shí)，常發(fā)生電子從高電子能級以無輻射躍遷形式轉(zhuǎn)移至低電子能級。如高電子能級以無輻射躍遷形式轉(zhuǎn)移至低電子能級。如S2-S1；T2-T1。第3頁/共34頁 3 3）熒光發(fā)射）熒光發(fā)射 分子

5、電子從單重激發(fā)態(tài)（分子電子從單重激發(fā)態(tài)（KashaKasha規(guī)則）的最低振動能級在很規(guī)則）的最低振動能級在很短時(shí)間（短時(shí)間（1010-9-9-10-10-6-6s s）躍遷到基態(tài)各振動能級時(shí)所產(chǎn)生的光子）躍遷到基態(tài)各振動能級時(shí)所產(chǎn)生的光子輻射稱為熒光。由于各種去活化過程的存在，熒光輻射能通常輻射稱為熒光。由于各種去活化過程的存在，熒光輻射能通常要比激發(fā)能量低，或者說，熒光波長大于激發(fā)波長（要比激發(fā)能量低，或者說，熒光波長大于激發(fā)波長（StokesStokes效效應(yīng)）。應(yīng)）。4）系間跨躍（）系間跨躍（Intersystem Conversion，ISC） 系間跨躍是發(fā)生在兩個(gè)不同多重態(tài)之間的無輻

6、射躍遷，如系間跨躍是發(fā)生在兩個(gè)不同多重態(tài)之間的無輻射躍遷，如從從S1到到T1，該躍遷是禁阻的。然而，當(dāng)不同多重態(tài)的兩個(gè)電子，該躍遷是禁阻的。然而，當(dāng)不同多重態(tài)的兩個(gè)電子能層有較大重疊時(shí)，處于這兩個(gè)能層上的受激電子的自旋方向能層有較大重疊時(shí)，處于這兩個(gè)能層上的受激電子的自旋方向發(fā)生變化，即可通過自旋發(fā)生變化，即可通過自旋-軌道耦合而產(chǎn)生無輻射躍遷，該過軌道耦合而產(chǎn)生無輻射躍遷，該過程稱為系間跨躍。程稱為系間跨躍。第4頁/共34頁0 0S S1 1T T1 1T T1 1S S磷光發(fā)射動能層）（振動動弛動能層）（跨躍系振低振高間5）磷光發(fā)射）磷光發(fā)射 從單重態(tài)到三重態(tài)分子間發(fā)生系間跨躍躍遷后，再經(jīng)

7、振從單重態(tài)到三重態(tài)分子間發(fā)生系間跨躍躍遷后，再經(jīng)振動弛豫回到三重態(tài)最低振動能層，最后，在動弛豫回到三重態(tài)最低振動能層，最后，在10-4-10s內(nèi)躍遷到內(nèi)躍遷到基態(tài)的各振動能層所產(chǎn)生的輻射。基態(tài)的各振動能層所產(chǎn)生的輻射。6）外轉(zhuǎn)換（）外轉(zhuǎn)換（External Conversion，EC） 受激分子與溶劑或其它分子相互作用發(fā)生能量轉(zhuǎn)換而使熒受激分子與溶劑或其它分子相互作用發(fā)生能量轉(zhuǎn)換而使熒光或磷光強(qiáng)度減弱甚至消失的過程，也稱光或磷光強(qiáng)度減弱甚至消失的過程，也稱“熄滅熄滅”或或“猝滅猝滅”。第5頁/共34頁3. 3. 定性分析定性分析 熒光和磷光均屬于光致發(fā)光。熒光和磷光均屬于光致發(fā)光。任何熒（磷）

8、光都具有兩種特任何熒（磷）光都具有兩種特征光譜：激發(fā)光譜與發(fā)射光譜熒（磷）光定性分析的基礎(chǔ)。征光譜：激發(fā)光譜與發(fā)射光譜熒（磷）光定性分析的基礎(chǔ)。1）激發(fā)光譜）激發(fā)光譜 通過測量熒光通過測量熒光( (或磷光或磷光) )體的發(fā)光強(qiáng)度隨激發(fā)光波長的變化體的發(fā)光強(qiáng)度隨激發(fā)光波長的變化而獲得的光譜，稱為激發(fā)光譜。而獲得的光譜，稱為激發(fā)光譜。具體測繪方法：通過掃描激發(fā)單色器，使不同波長的入射光照具體測繪方法：通過掃描激發(fā)單色器，使不同波長的入射光照射激發(fā)熒光射激發(fā)熒光( (磷光磷光) )體，發(fā)出的熒光體，發(fā)出的熒光( (磷光磷光) )通過固定波長的發(fā)射通過固定波長的發(fā)射單色器而照射到檢測器上，檢測其熒光單

9、色器而照射到檢測器上，檢測其熒光( (磷光磷光) )強(qiáng)度，最后通過強(qiáng)度，最后通過記錄儀記錄光強(qiáng)度對激發(fā)光波長的關(guān)系曲線，即為激發(fā)光譜。記錄儀記錄光強(qiáng)度對激發(fā)光波長的關(guān)系曲線，即為激發(fā)光譜。通過激發(fā)光譜，選擇最佳激發(fā)波長通過激發(fā)光譜，選擇最佳激發(fā)波長發(fā)射熒光發(fā)射熒光( (磷光磷光) )強(qiáng)度最強(qiáng)度最大的激發(fā)光波長，常用大的激發(fā)光波長，常用exex表示。表示。 第6頁/共34頁2 2）發(fā)射光譜）發(fā)射光譜 ，也稱熒光光也稱熒光光譜或磷光光譜譜或磷光光譜 通過測量熒光通過測量熒光( (或磷光或磷光) )體的發(fā)光強(qiáng)度隨發(fā)射光波長的變體的發(fā)光強(qiáng)度隨發(fā)射光波長的變化而獲得的光譜，稱為發(fā)射光譜。化而獲得的光譜，

10、稱為發(fā)射光譜。其測繪方法，是固定激發(fā)光的波其測繪方法，是固定激發(fā)光的波長，掃描發(fā)射光的波長，記錄發(fā)長，掃描發(fā)射光的波長，記錄發(fā)射光強(qiáng)度對發(fā)射光波長的關(guān)系曲射光強(qiáng)度對發(fā)射光波長的關(guān)系曲線，即為發(fā)射光譜。通過發(fā)射光線，即為發(fā)射光譜。通過發(fā)射光譜選擇最佳的發(fā)射波長譜選擇最佳的發(fā)射波長發(fā)射發(fā)射熒光熒光( (磷光磷光) )強(qiáng)度最大的發(fā)射波長，強(qiáng)度最大的發(fā)射波長，常用常用emem表示，磷光發(fā)射波長表示，磷光發(fā)射波長 比比熒光來得長，右圖為萘的激發(fā)光熒光來得長，右圖為萘的激發(fā)光譜及熒光和磷光的發(fā)射光譜。譜及熒光和磷光的發(fā)射光譜。第7頁/共34頁3）激發(fā)光譜與發(fā)射光譜）激發(fā)光譜與發(fā)射光譜的特征的特征 i）斯托

11、克斯位移斯托克斯位移 與激發(fā)（或吸收）波長相比，熒光發(fā)射波長更長，即產(chǎn)與激發(fā)（或吸收）波長相比，熒光發(fā)射波長更長，即產(chǎn)生所謂生所謂Stokes位移。（振動弛豫失活所致）位移。（振動弛豫失活所致）ii）熒光發(fā)射光譜的形狀與激發(fā)波長無關(guān)熒光發(fā)射光譜的形狀與激發(fā)波長無關(guān) 盡管分子受激可到達(dá)不同能級的激發(fā)態(tài)，但由于去活化盡管分子受激可到達(dá)不同能級的激發(fā)態(tài)，但由于去活化（內(nèi)轉(zhuǎn)換和振動弛豫）到達(dá)第一電子激發(fā)態(tài)的速率或幾率很（內(nèi)轉(zhuǎn)換和振動弛豫）到達(dá)第一電子激發(fā)態(tài)的速率或幾率很大，好像是分子受激只到達(dá)第一激發(fā)態(tài)一樣。大，好像是分子受激只到達(dá)第一激發(fā)態(tài)一樣。 換句話說，不管激發(fā)波長如何，電子都是從電子第一激換句

12、話說，不管激發(fā)波長如何，電子都是從電子第一激發(fā)態(tài)的最低振動能層躍遷到基態(tài)的各個(gè)振動能層。發(fā)態(tài)的最低振動能層躍遷到基態(tài)的各個(gè)振動能層。第8頁/共34頁iii）熒光激發(fā)光譜的形狀與發(fā)射波長無關(guān)熒光激發(fā)光譜的形狀與發(fā)射波長無關(guān) 由于在稀溶液中，熒光發(fā)射的效率由于在稀溶液中，熒光發(fā)射的效率( (稱為量子產(chǎn)率稱為量子產(chǎn)率) )與激與激發(fā)光的波長無關(guān)，因此用不同發(fā)射波長繪制激發(fā)光譜時(shí)，激發(fā)光的波長無關(guān)，因此用不同發(fā)射波長繪制激發(fā)光譜時(shí)，激發(fā)光譜的形狀不變，只是發(fā)射強(qiáng)度不同而已。發(fā)光譜的形狀不變，只是發(fā)射強(qiáng)度不同而已。 iV）鏡像對稱）鏡像對稱 通常熒光光譜與吸收光譜呈鏡像對稱關(guān)系（如下圖）。通常熒光光譜與

13、吸收光譜呈鏡像對稱關(guān)系（如下圖）。第9頁/共34頁解釋解釋1：能層結(jié)構(gòu)相似性：能層結(jié)構(gòu)相似性 熒光為第一電子激發(fā)單重態(tài)的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(gè)振最低振動能層躍遷到基態(tài)的各個(gè)振動能層而形成，即其形狀與基態(tài)振動能層而形成，即其形狀與基態(tài)振動能級分布有關(guān)。動能級分布有關(guān)。 吸收光譜是由基態(tài)最低振動能吸收光譜是由基態(tài)最低振動能層躍遷到第一電子激發(fā)單重態(tài)的各層躍遷到第一電子激發(fā)單重態(tài)的各個(gè)振動能層而形成，即其形狀與第個(gè)振動能層而形成，即其形狀與第一電子激發(fā)單重態(tài)的振動能級分布一電子激發(fā)單重態(tài)的振動能級分布有關(guān)。有關(guān)。 由于激發(fā)態(tài)和基態(tài)的振動能層由于激發(fā)態(tài)和基態(tài)的振動能層分

14、布具有相似性，因而呈鏡像對稱。分布具有相似性，因而呈鏡像對稱。S1S0第10頁/共34頁解釋解釋2：位能曲線（：位能曲線（Frank-Condon原理）原理）。由于電子吸收躍遷速率極快（由于電子吸收躍遷速率極快（10-15s），此時(shí)核的相對位置），此時(shí)核的相對位置可視為不變（核較重）。當(dāng)兩個(gè)能層間吸收躍遷的幾率越可視為不變（核較重）。當(dāng)兩個(gè)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11頁/共34頁4. 4. 影響熒光及熒光強(qiáng)度的因素影響熒光及熒光強(qiáng)度的因素 iFFkkk吸收的光量子數(shù)發(fā)射的熒光量子數(shù)產(chǎn)生并可觀察到

15、熒光的條件：產(chǎn)生并可觀察到熒光的條件：i）分子具有與輻射頻率相應(yīng)的熒光結(jié)構(gòu)（內(nèi)因）；）分子具有與輻射頻率相應(yīng)的熒光結(jié)構(gòu)（內(nèi)因）；ii）吸收特征頻率的光后，應(yīng)可產(chǎn)生具一定量子效率的熒光。）吸收特征頻率的光后，應(yīng)可產(chǎn)生具一定量子效率的熒光。即量子效率即量子效率 足夠大：足夠大： kF熒光發(fā)射過程的速率常數(shù)，熒光發(fā)射過程的速率常數(shù)，ki為其它有關(guān)過程的速率常數(shù)為其它有關(guān)過程的速率常數(shù)的總合。可見，凡是使的總合?？梢?，凡是使 kF 增加，使其它去活化常數(shù)降低的因增加，使其它去活化常數(shù)降低的因素均可增加熒光量子產(chǎn)率。通常，素均可增加熒光量子產(chǎn)率。通常， kF 由分子結(jié)構(gòu)決定（內(nèi)由分子結(jié)構(gòu)決定（內(nèi)因），而

16、其它參數(shù)則由化學(xué)環(huán)境（外因）和結(jié)構(gòu)共同決定。因），而其它參數(shù)則由化學(xué)環(huán)境（外因）和結(jié)構(gòu)共同決定。第12頁/共34頁下面討論影響熒光及強(qiáng)度的因素。下面討論影響熒光及強(qiáng)度的因素。 1）躍遷類型：）躍遷類型：通常，具有通常，具有 *及及n *躍遷結(jié)構(gòu)的分子躍遷結(jié)構(gòu)的分子才會產(chǎn)生熒光。而且具才會產(chǎn)生熒光。而且具 *躍遷的量子效率比躍遷的量子效率比n *躍遷躍遷的要大得的要大得 多（前者多（前者 大、壽命短）。大、壽命短）。2）共軛效應(yīng)：）共軛效應(yīng)：共軛度越大，熒光物質(zhì)的摩爾吸收系數(shù)越大，共軛度越大，熒光物質(zhì)的摩爾吸收系數(shù)越大，熒光越強(qiáng)。熒光越強(qiáng)。3）剛性結(jié)構(gòu)：）剛性結(jié)構(gòu)：分子剛性分子剛性（Rigidi

17、ty）越強(qiáng)，分子振動少，與越強(qiáng)，分子振動少，與其它分子碰撞失活的機(jī)率下降，熒光量子效率提高。如其它分子碰撞失活的機(jī)率下降，熒光量子效率提高。如COHHOOCOCOCHOOHOCHH熒光素?zé)晒馑兀?=0.92）,酚酞酚酞（ =0）芴芴（ =1） 聯(lián)苯聯(lián)苯（ =0.18）第13頁/共34頁 給電子取代基增強(qiáng)熒光給電子取代基增強(qiáng)熒光(p- 共軛共軛)，如，如-OH、-OR、-NH2、 -CN、NR2等；等； 吸電子基降低熒光，如吸電子基降低熒光，如 -COOH、-C=O、 -NO2、-NO、-X等；等； 重原子降低熒光但增強(qiáng)磷光，如苯環(huán)被鹵素取代，從氟苯重原子降低熒光但增強(qiáng)磷光，如苯環(huán)被鹵素取代，從

18、氟苯到碘苯，熒光逐漸減弱到消失。該現(xiàn)象也稱到碘苯，熒光逐漸減弱到消失。該現(xiàn)象也稱重原子效應(yīng)。重原子效應(yīng)。這這是因?yàn)樵有驍?shù)高的原子中，電子自旋和軌道運(yùn)動之間的相是因?yàn)樵有驍?shù)高的原子中，電子自旋和軌道運(yùn)動之間的相互作用大，增大了系間竄躍速度互作用大，增大了系間竄躍速度 4）取代基：）取代基：第14頁/共34頁 溶劑極性可增加或降低熒光強(qiáng)度（改變?nèi)軇O性可增加或降低熒光強(qiáng)度（改變 *及及n * 躍遷的能量）；躍遷的能量）； 與溶劑作用從而改變熒光物質(zhì)結(jié)構(gòu)來增加或降低熒光與溶劑作用從而改變熒光物質(zhì)結(jié)構(gòu)來增加或降低熒光強(qiáng)度。強(qiáng)度。6）溫度）溫度5）溶劑效應(yīng)）溶劑效應(yīng) 溫度增加，熒光強(qiáng)度下降（因?yàn)閮?nèi)、

19、外轉(zhuǎn)換增加、粘溫度增加，熒光強(qiáng)度下降（因?yàn)閮?nèi)、外轉(zhuǎn)換增加、粘度或度或“剛性剛性”降低）。因此體系降低溫度可增加熒光分析降低）。因此體系降低溫度可增加熒光分析靈敏度。靈敏度。第15頁/共34頁9 9）熒光猝滅：）熒光猝滅：熒光物質(zhì)與溶劑分子或其他物質(zhì)的分子的相熒光物質(zhì)與溶劑分子或其他物質(zhì)的分子的相互作用引起熒光強(qiáng)度降低的現(xiàn)象稱為熒光猝滅。引起熒光強(qiáng)互作用引起熒光強(qiáng)度降低的現(xiàn)象稱為熒光猝滅。引起熒光強(qiáng)度降低的物質(zhì)稱為熄滅劑或猝滅劑。熒光猝滅的原因多，機(jī)度降低的物質(zhì)稱為熄滅劑或猝滅劑。熒光猝滅的原因多，機(jī)理復(fù)雜。這里只討論幾種類型：理復(fù)雜。這里只討論幾種類型：8 8）內(nèi)濾光和自吸：）內(nèi)濾光和自吸：體

20、系內(nèi)存在可以吸收熒光的物質(zhì)，或熒體系內(nèi)存在可以吸收熒光的物質(zhì)，或熒光物質(zhì)的熒光短波長與激發(fā)光長波長有重疊，均可使熒光強(qiáng)光物質(zhì)的熒光短波長與激發(fā)光長波長有重疊，均可使熒光強(qiáng)度下降，稱為內(nèi)濾光；當(dāng)熒光物質(zhì)濃度較大時(shí)，可吸收自身度下降，稱為內(nèi)濾光；當(dāng)熒光物質(zhì)濃度較大時(shí)，可吸收自身的熒光發(fā)射，稱為熒光自吸。的熒光發(fā)射，稱為熒光自吸。7 7）pHpH值：值：具酸或堿性基團(tuán)的有機(jī)物質(zhì)，在不同具酸或堿性基團(tuán)的有機(jī)物質(zhì)，在不同pHpH值時(shí)，值時(shí)，其結(jié)構(gòu)可能發(fā)生變化，因而熒光強(qiáng)度將發(fā)生改變；對無機(jī)其結(jié)構(gòu)可能發(fā)生變化，因而熒光強(qiáng)度將發(fā)生改變；對無機(jī)熒光物質(zhì)因熒光物質(zhì)因pHpH值會影響其穩(wěn)定性，因而也可使其熒光強(qiáng)度

21、值會影響其穩(wěn)定性，因而也可使其熒光強(qiáng)度發(fā)生改變。發(fā)生改變。第16頁/共34頁碰撞猝滅碰撞猝滅:主要原因是主要原因是，當(dāng)處在單重激發(fā)態(tài)上的熒光分子當(dāng)處在單重激發(fā)態(tài)上的熒光分子M M* *與熄滅劑與熄滅劑Q Q發(fā)生碰撞，使激發(fā)態(tài)分子以無輻射的躍遷方式回到發(fā)生碰撞，使激發(fā)態(tài)分子以無輻射的躍遷方式回到基態(tài)，產(chǎn)生熒光熄滅作用。這個(gè)過程可用下列反應(yīng)式表示?；鶓B(tài)，產(chǎn)生熒光熄滅作用。這個(gè)過程可用下列反應(yīng)式表示。*MhM*hMMfk熱QMQMQk* 顯然，熒光熄滅程度主要取決于相應(yīng)反應(yīng)的速率常數(shù)的顯然，熒光熄滅程度主要取決于相應(yīng)反應(yīng)的速率常數(shù)的相對大小和熄滅劑相對大小和熄滅劑Q Q的濃度。的濃度。 第17頁/共

22、34頁靜態(tài)猝滅靜態(tài)猝滅: 熒光分子與猝滅劑形成不發(fā)熒光的基態(tài)配合物熒光分子與猝滅劑形成不發(fā)熒光的基態(tài)配合物從而使熒光猝滅。氧是最典型的熒光猝滅劑，從而使熒光猝滅。氧是最典型的熒光猝滅劑，可能是順磁性可能是順磁性的氧分子與處于單重激發(fā)態(tài)的熒光分子相互作用，加速熒光的氧分子與處于單重激發(fā)態(tài)的熒光分子相互作用，加速熒光物質(zhì)激發(fā)態(tài)分子的系間竄躍導(dǎo)致熒光猝滅。物質(zhì)激發(fā)態(tài)分子的系間竄躍導(dǎo)致熒光猝滅。 能量轉(zhuǎn)移：熄滅劑與激發(fā)單重態(tài)的熒光分子作用后，發(fā)生能量轉(zhuǎn)移：熄滅劑與激發(fā)單重態(tài)的熒光分子作用后，發(fā)生能量轉(zhuǎn)移，使熄滅劑能量轉(zhuǎn)移，使熄滅劑Q Q得到激發(fā)。得到激發(fā)。 Q*MQM*自熄滅和自吸收：自熄滅指溶液濃度

23、較大時(shí)，激發(fā)態(tài)分子自熄滅和自吸收：自熄滅指溶液濃度較大時(shí)，激發(fā)態(tài)分子之間的碰撞引起能量損失，使熒光強(qiáng)度降低；自吸收是指，之間的碰撞引起能量損失，使熒光強(qiáng)度降低；自吸收是指，當(dāng)熒光物質(zhì)的吸收光譜與熒光光譜重疊時(shí)熒光被溶液中處于當(dāng)熒光物質(zhì)的吸收光譜與熒光光譜重疊時(shí)熒光被溶液中處于基態(tài)的熒光分子吸收，導(dǎo)致熒光強(qiáng)度降低?；鶓B(tài)的熒光分子吸收，導(dǎo)致熒光強(qiáng)度降低。 第18頁/共34頁5. 5. 定量分析定量分析熒光強(qiáng)度熒光強(qiáng)度IF正比于該體系吸收的激發(fā)光的光強(qiáng)。正比于該體系吸收的激發(fā)光的光強(qiáng)。 )( 0IIKIFI0是入射光的強(qiáng)度；是入射光的強(qiáng)度；I是入射光通過厚度為是入射光通過厚度為b的介質(zhì)后的光的介質(zhì)后

24、的光強(qiáng)；常數(shù)強(qiáng)；常數(shù)K取決于熒光效率。根據(jù)比耳定律取決于熒光效率。根據(jù)比耳定律bcII100代入上式，得代入上式，得 )101 (0bcFIKI第19頁/共34頁展開上式，得展開上式，得 ! 3)3 . 2(! 2)3 . 2(3 . 2320 bcbcbcIkIF05. 0bc上式可近似為，上式可近似為， 03 . 2bcIKIF若恒定，有若恒定，有 KcIF上式表明熒光強(qiáng)度與熒光物質(zhì)的濃度成正比。不過這種線性關(guān)上式表明熒光強(qiáng)度與熒光物質(zhì)的濃度成正比。不過這種線性關(guān)系只在稀溶液中才成立。系只在稀溶液中才成立。 第20頁/共34頁二、熒光儀器二、熒光儀器第一單色器第一單色器或?yàn)V光片或?yàn)V光片記錄

25、儀第二單色器第二單色器或?yàn)V光片或?yàn)V光片熒光熒光光源光源激發(fā)激發(fā)樣品池樣品池1）光源：）光源：要求具有強(qiáng)度大，適用波長范圍寬等特點(diǎn)，常用的有要求具有強(qiáng)度大，適用波長范圍寬等特點(diǎn)，常用的有高壓汞燈和氙燈。前者使用的譜線高壓汞燈和氙燈。前者使用的譜線365nm，405nm，436nm；后；后者是連續(xù)光源，可用于者是連續(xù)光源，可用于200-700nm波長范圍，此范圍內(nèi)光強(qiáng)幾乎波長范圍，此范圍內(nèi)光強(qiáng)幾乎相同。此外還有激光；相同。此外還有激光；第21頁/共34頁3）兩個(gè)單色器：）兩個(gè)單色器：選擇激發(fā)光單色器；分離熒光單色器；選擇激發(fā)光單色器；分離熒光單色器；前者前者用于選擇所需要的激發(fā)光的波長用于選擇所需

26、要的激發(fā)光的波長 ；后者消除溶液中可能存在；后者消除溶液中可能存在的其它光線的干擾，以獲得所需要的熒光的其它光線的干擾，以獲得所需要的熒光 。4）檢測器：）檢測器：光電倍增管。光電倍增管。2）樣品池：）樣品池：石英（低熒光材料）；石英（低熒光材料）；第22頁/共34頁熒光分析的特點(diǎn)：熒光分析的特點(diǎn)：靈敏度高：視不同物質(zhì)，檢測下限在靈敏度高：視不同物質(zhì)，檢測下限在0.10.001 g/mL之間。之間?？煽?見，比見，比UV-Vis的靈敏度高得多！的靈敏度高得多！選擇性好：可同時(shí)用激發(fā)光譜和熒光發(fā)射光譜定性。選擇性好：可同時(shí)用激發(fā)光譜和熒光發(fā)射光譜定性。結(jié)構(gòu)信息量多：包括物質(zhì)激發(fā)光譜、發(fā)射光譜、光

27、強(qiáng)、熒結(jié)構(gòu)信息量多：包括物質(zhì)激發(fā)光譜、發(fā)射光譜、光強(qiáng)、熒光量光量 子效率、熒光壽命等。子效率、熒光壽命等。應(yīng)用不廣泛：主要是因?yàn)槟馨l(fā)熒光的物質(zhì)不具普遍性、增應(yīng)用不廣泛：主要是因?yàn)槟馨l(fā)熒光的物質(zhì)不具普遍性、增強(qiáng)熒光的方法有限、外界環(huán)境對熒光量子效率影響大、干擾強(qiáng)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。測量的因素較多。第23頁/共34頁三、磷光分析三、磷光分析1. 1. 磷光的特點(diǎn)：磷光的特點(diǎn)： 磷光波長比熒光的長磷光波長比熒光的長(T1S1)； 磷光壽命比熒光的磷光壽命比熒光的長長(磷光為禁阻躍遷產(chǎn)生，速率常數(shù)小磷光為禁阻躍遷產(chǎn)生，速率常數(shù)小)； 磷光壽命和強(qiáng)度磷光壽命

28、和強(qiáng)度對重原子和氧敏感對重原子和氧敏感(自旋軌道耦合，使去活化速率常數(shù)增加自旋軌道耦合，使去活化速率常數(shù)增加)。2. 2. 低溫磷光（液氮）低溫磷光（液氮） 由于磷光壽命長，由于磷光壽命長，T1的非輻射躍遷（內(nèi)轉(zhuǎn)換）幾率增加，碰的非輻射躍遷（內(nèi)轉(zhuǎn)換）幾率增加，碰撞失活（振動弛豫）的幾率、光化學(xué)反應(yīng)幾率都增加，從而降低撞失活（振動弛豫）的幾率、光化學(xué)反應(yīng)幾率都增加，從而降低磷光強(qiáng)度。因此有必要在低溫下測量磷光。磷光強(qiáng)度。因此有必要在低溫下測量磷光。 同時(shí)要求溶劑：同時(shí)要求溶劑：易提純且在分析波長區(qū)無強(qiáng)吸收和發(fā)射；易提純且在分析波長區(qū)無強(qiáng)吸收和發(fā)射；低溫下形成具有足夠粘度的透明的剛性玻璃體。低溫下

29、形成具有足夠粘度的透明的剛性玻璃體。 常用的溶劑：常用的溶劑： EPA乙醇乙醇+異戊烷異戊烷+二乙醚（二乙醚（2+2+5） IEPACH3I+EPA（1+10）。）。第24頁/共34頁3. 3. 室溫磷光室溫磷光 低溫磷光需低溫實(shí)驗(yàn)裝置且受到溶劑選擇的限制，低溫磷光需低溫實(shí)驗(yàn)裝置且受到溶劑選擇的限制，1974年后發(fā)展了室溫磷光（年后發(fā)展了室溫磷光（RTP）。）。1）固體基質(zhì)：在室溫下以固體基質(zhì)（如纖維素等）為吸附）固體基質(zhì)：在室溫下以固體基質(zhì)（如纖維素等）為吸附磷光體，增加分子剛性、減少三重態(tài)猝滅等非輻射躍遷，從磷光體，增加分子剛性、減少三重態(tài)猝滅等非輻射躍遷，從而提高磷光量子效率。而提高磷光

30、量子效率。2）膠束增穩(wěn)：利用表面活性劑在臨界濃度形成具有多相性）膠束增穩(wěn)：利用表面活性劑在臨界濃度形成具有多相性的膠束，改變磷光體的微環(huán)境、增加定向約束力，從而減小的膠束，改變磷光體的微環(huán)境、增加定向約束力，從而減小內(nèi)轉(zhuǎn)換和碰撞等去活化的幾率，提高三重態(tài)的穩(wěn)定性。內(nèi)轉(zhuǎn)換和碰撞等去活化的幾率，提高三重態(tài)的穩(wěn)定性。 利用膠束增穩(wěn)、重原子效應(yīng)和溶液除氧是該法的三要素。利用膠束增穩(wěn)、重原子效應(yīng)和溶液除氧是該法的三要素。01T1T1SSBAAAh發(fā)射磷光能量轉(zhuǎn)移系間跨躍受體分析物3）敏化磷光：其過程可以簡單表示為：）敏化磷光：其過程可以簡單表示為：第25頁/共34頁4. 4. 磷光儀器磷光儀器 在熒光儀

31、樣在熒光儀樣品池上增加磷品池上增加磷光配件：低溫光配件：低溫杜瓦瓶和斬光杜瓦瓶和斬光片。如右圖所片。如右圖所示。示。 斬光片的作斬光片的作用是利用其分用是利用其分子受激所產(chǎn)生子受激所產(chǎn)生的熒光與磷光的熒光與磷光的壽命不同獲的壽命不同獲取磷光輻射。取磷光輻射。轉(zhuǎn)筒式轉(zhuǎn)筒式轉(zhuǎn)盤式轉(zhuǎn)盤式第26頁/共34頁6.2 6.2 化學(xué)發(fā)光分析化學(xué)發(fā)光分析一、概述一、概述 1.1.化學(xué)發(fā)光化學(xué)發(fā)光: :利用化學(xué)反應(yīng)所釋放的化學(xué)能激發(fā)了體系中某種利用化學(xué)反應(yīng)所釋放的化學(xué)能激發(fā)了體系中某種 化學(xué)物質(zhì)分子化學(xué)物質(zhì)分子, ,當(dāng)受激分子躍遷回到基態(tài)時(shí)而產(chǎn)生的光發(fā)射當(dāng)受激分子躍遷回到基態(tài)時(shí)而產(chǎn)生的光發(fā)射. .2.2.化學(xué)發(fā)

32、光分析法化學(xué)發(fā)光分析法: : 利用化學(xué)發(fā)光測定體系中化學(xué)物質(zhì)濃利用化學(xué)發(fā)光測定體系中化學(xué)物質(zhì)濃 度的方法度的方法直接化學(xué)發(fā)光：直接化學(xué)發(fā)光：A+BCA+BC* *+D+D； C C* *C+hC+h（被測物（被測物A的產(chǎn)物被激發(fā)發(fā)光）的產(chǎn)物被激發(fā)發(fā)光） 間接化學(xué)發(fā)光：間接化學(xué)發(fā)光：A+BCA+BC* *+D+D；C C* *+FF+FF* *+E+E；F F* *F+hF+h （待測物的產(chǎn)物作為激發(fā)中間體將能量傳給受體（待測物的產(chǎn)物作為激發(fā)中間體將能量傳給受體F F，F(xiàn) F* *發(fā)光。發(fā)光。第27頁/共34頁3. 3. 特點(diǎn)：特點(diǎn)：（1 1）靈敏度極高。例如，用熒光素酶和三磷酸腺苷（）靈敏度極

33、高。例如，用熒光素酶和三磷酸腺苷（ATPATP）的化學(xué)）的化學(xué) 反應(yīng)可測定低至反應(yīng)可測定低至210-17moLL-1的的ATPATP。（2 2）測定線性范圍寬，一般有）測定線性范圍寬，一般有5-65-6個(gè)數(shù)量級。個(gè)數(shù)量級。（3 3）儀器設(shè)備簡單，不存在雜散光、散射光等引起背景的干擾。）儀器設(shè)備簡單，不存在雜散光、散射光等引起背景的干擾。（4 4）分析速度快。流動注射化學(xué)發(fā)光法每小時(shí)可測定）分析速度快。流動注射化學(xué)發(fā)光法每小時(shí)可測定100100個(gè)以上的個(gè)以上的 試樣試樣二、化學(xué)發(fā)光分析原理二、化學(xué)發(fā)光分析原理 1 1 化學(xué)發(fā)光兩個(gè)關(guān)鍵步驟化學(xué)發(fā)光兩個(gè)關(guān)鍵步驟 D*CBA化學(xué)激發(fā)化學(xué)激發(fā)hCC*發(fā)光發(fā)光第28頁/共34頁2 化學(xué)發(fā)光反應(yīng)必須具備的條件化學(xué)發(fā)光反應(yīng)必須具備的條件 （1 1）提供足夠的能量激發(fā)某種分子。多數(shù)發(fā)光反應(yīng)為氧化還）提供足夠的能量激發(fā)某種分子。多數(shù)發(fā)光反應(yīng)為氧化還 原反應(yīng)原反應(yīng). .（2 2）反應(yīng)途徑有利于激發(fā)態(tài)產(chǎn)物的形成）反應(yīng)途徑有利于激發(fā)態(tài)產(chǎn)物的形成（3 3）激發(fā)態(tài)分子能夠以光輻射躍遷的方式返回基態(tài)，或能夠?qū)ⅲ┘ぐl(fā)態(tài)分子能夠以光輻射躍遷的方式返回基態(tài)，或能夠?qū)?其能量轉(zhuǎn)移給可以產(chǎn)生光輻射躍遷的其他分子。其能量轉(zhuǎn)移給可以產(chǎn)生光輻射躍遷的其他分子。 3 3 化學(xué)發(fā)光效率和發(fā)光強(qiáng)度化學(xué)