分子發(fā)光分析法課件

1、分子發(fā)光分析法分子發(fā)光分析法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)； 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(yīng)單重態(tài)能級低； 大多數(shù)有機(jī)分子的基態(tài)處于單重態(tài)； S0T1 禁阻躍遷；通過其他途徑進(jìn)入(見能級圖)；進(jìn)入的幾率?。?2022/9/92.電子激發(fā)態(tài)的多重度 電子激發(fā)態(tài)的多重度：M=2S+12.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(shí)，通過輻射躍遷(發(fā)光)和無輻射躍遷等方式失去能量；傳遞途徑輻射躍遷熒光延遲熒光磷光內(nèi)轉(zhuǎn)移外轉(zhuǎn)移系間跨越振動(dòng)弛豫無輻射躍遷 激發(fā)態(tài)停留時(shí)間短、返回速度快的途徑，發(fā)生的幾

2、率大，發(fā)光強(qiáng)度相對大；熒光：10-710 -9 s,第一激發(fā)單重態(tài)的最低振動(dòng)能級基態(tài)；磷光：10-410s；第一激發(fā)三重態(tài)的最低振動(dòng)能級基態(tài)；2022/9/92.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S2S1S0T1吸收發(fā)射熒光發(fā)射磷光系間跨越內(nèi)轉(zhuǎn)換振動(dòng)弛豫能量l 2l 1l 3 外轉(zhuǎn)換l 2T2內(nèi)轉(zhuǎn)換振動(dòng)弛豫2022/9/9S2S1S0T1吸發(fā)發(fā)系間跨越內(nèi)轉(zhuǎn)換振動(dòng)弛豫能l 2l 1l非輻射能量傳遞過程 振動(dòng)弛豫：同一電子能級內(nèi)以熱能量交換形式由高振動(dòng)能級至低相鄰振動(dòng)能級間的躍遷。發(fā)生振動(dòng)弛豫的時(shí)間10 -12 s。 內(nèi)轉(zhuǎn)換：同多重度電子能級中,等能級間的無輻射能級交換。 通過內(nèi)轉(zhuǎn)換

3、和振動(dòng)弛豫，高激發(fā)單重態(tài)的電子躍回第一激發(fā)單重態(tài)的最低振動(dòng)能級。 外轉(zhuǎn)換：激發(fā)分子與溶劑或其他分子之間產(chǎn)生相互作用而轉(zhuǎn)移能量的非輻射躍遷； 外轉(zhuǎn)換使熒光或磷光減弱或“猝滅”。系間跨越：不同多重態(tài),有重疊的轉(zhuǎn)動(dòng)能級間的非輻射躍遷。 改變電子自旋，禁阻躍遷，通過自旋軌道耦合進(jìn)行。2022/9/9非輻射能量傳遞過程 振動(dòng)弛豫：同一電子能級內(nèi)以熱能量交換形式輻射能量傳遞過程 熒光發(fā)射：電子由第一激發(fā)單重態(tài)的最低振動(dòng)能級基態(tài)（ 多為 S1 S0躍遷），發(fā)射波長為 2的熒光； 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

4、最低振動(dòng)能級基態(tài)（ T1 S0躍遷）； 電子由S0進(jìn)入T1的可能過程：（ S0 T1禁阻躍遷） S0 激發(fā)振動(dòng)弛豫內(nèi)轉(zhuǎn)移系間跨越振動(dòng)弛豫 T1 發(fā)光速度很慢： 10-4100 s 。 光照停止后，可持續(xù)一段時(shí)間。2022/9/9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(dòng)能二、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 固定測量波長(選最大發(fā)射波長),化合物發(fā)射的熒光(磷光)強(qiáng)度與照射光波長的關(guān)系曲線 （圖中曲線I ） 。 激發(fā)

5、光譜曲線的最高處，處于激發(fā)態(tài)的分子最多，熒光強(qiáng)度最大；2022/9/9二、激發(fā)光譜與熒光(磷光)光譜 excitation sp2.熒光光譜(或磷光光譜) 固定激發(fā)光波長(選最大激發(fā)波長), 化合物發(fā)射的熒光(或磷光強(qiáng)度)與發(fā)射光波長關(guān)系曲線(圖中曲線II或III)。2022/9/92.熒光光譜(或磷光光譜) 固定激發(fā)光波長(選最大激發(fā)2022/9/92022/9/6復(fù)旦大學(xué) 區(qū)別分子的熒光發(fā)射和磷光發(fā)射，并討論其原因？2022/9/9復(fù)旦大學(xué) 區(qū)別分子的熒光發(fā)射和磷光發(fā)射，并討論其原因？2023.激發(fā)光譜與發(fā)射光譜的關(guān)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

6、比激發(fā)光譜的長，振動(dòng)弛豫消耗了能量。 b.發(fā)射光譜的形狀與激發(fā)波長無關(guān) 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)生不同吸收帶，但均回到第一激發(fā)單重態(tài)的最低振動(dòng)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(guān)系。 2022/9/93.激發(fā)光譜與發(fā)射光譜的關(guān)系 a.Stokes位移202鏡像規(guī)則的解釋 基態(tài)上的各振動(dòng)能級分布與第一激發(fā)態(tài)上的各振動(dòng)能級分布類似； 基態(tài)上的零振動(dòng)能級與第一激發(fā)態(tài)的二振動(dòng)能級之間的躍遷幾率最大，相反躍遷也然。 2022/9/9鏡像規(guī)則的解釋 基態(tài)上的各振

7、動(dòng)能級分布與第一激發(fā)態(tài)上的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2022/9/9200250300350400450500熒光激發(fā)光譜熒光發(fā)三、熒光的產(chǎn)生與分子結(jié)構(gòu)的關(guān)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(jié)構(gòu)；（2）具有一定的熒光量子產(chǎn)率。 熒光量子產(chǎn)率（）： 熒光量子產(chǎn)率與激發(fā)態(tài)能量釋放各過程的速率常數(shù)有關(guān)，如外轉(zhuǎn)換過程速度快，不出現(xiàn)熒光發(fā)射；2022/9/9三、熒光的產(chǎn)生與分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系 relation betw2

8、.化合物的結(jié)構(gòu)與熒光（1）躍遷類型：* 的熒光效率高，系間跨越過程的速率常數(shù)小，有利于熒光的產(chǎn)生；（2）共軛效應(yīng)：提高共軛度有利于增加熒光效率并產(chǎn)生紅移（3）剛性平面結(jié)構(gòu)：可降低分子振動(dòng)，減少與溶劑的相互作用，故具有很強(qiáng)的熒光。如熒光素和酚酞有相似結(jié)構(gòu)，熒光素有很強(qiáng)的熒光，酚酞卻沒有。（4）取代基效應(yīng)：電子基團(tuán)，使熒光增強(qiáng)吸電子基團(tuán)，使熒光減弱重原子效應(yīng)2022/9/92.化合物的結(jié)構(gòu)與熒光（1）躍遷類型：* 的熒光效率2022/9/92022/9/6四、影響熒光強(qiáng)度的因素 relation between fluorescence and molecular structure 影響熒光強(qiáng)度

9、的外部因素1.溶劑的影響 除一般溶劑效應(yīng)外，溶劑的極性、氫鍵、配位鍵的形成都將使化合物的熒光發(fā)生變化；2.溫度的影響 熒光強(qiáng)度對溫度變化敏感，溫度增加，外轉(zhuǎn)換去活的幾率增加。3. 溶液pH 對酸堿化合物，溶液pH的影響較大，需要嚴(yán)格控制；2022/9/9四、影響熒光強(qiáng)度的因素 relation between 5.溶液熒光的猝滅 碰撞猝滅； 組成化合物猝滅 氧的熄滅作用等。 自猝滅2022/9/95.溶液熒光的猝滅 碰撞猝滅；2022/9第六章 分子發(fā)光分析法一、 儀器與結(jié)構(gòu)流程instrument and general process 二、 熒光分析法和應(yīng)用fluorescence ana

10、lysis and application三、 磷光分析法的應(yīng)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 2022/9/9第六章 分子發(fā)光分析法一、 儀器與結(jié)構(gòu)流程第二節(jié) 分一、儀器結(jié)構(gòu)流程 測量熒光的儀器主要由四個(gè)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(diǎn)：有兩個(gè)單色器，光源與檢測器通常成直角。 基本流程如圖：單色器：選擇激發(fā)光波長的第一單色器和選

11、擇發(fā)射光(測量)波長的第二單色器；光源：氙燈和高壓汞燈，染料激光器(可見與紫外區(qū))檢測器：光電倍增管。2022/9/9一、儀器結(jié)構(gòu)流程 測量熒光的儀器主要由四個(gè)部分組成：激二、熒光分析方法與應(yīng)用1. 特點(diǎn)（1）靈敏度高 比紫外-可見分光光度法高24個(gè)數(shù)量級；為什么？ 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(qiáng) 既可依據(jù)特征發(fā)射光譜，又可根據(jù)特征吸收光譜；（3）試樣量少 缺點(diǎn)：應(yīng)用范圍小。2022/9/9二、熒光分析方法與應(yīng)用1. 特點(diǎn)2022/9/62.定量依據(jù)與方法(1)定量依據(jù) 熒光強(qiáng)度 If正比于吸收的光量Ia和熒光量子效率

12、 ： 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(shí)，將括號(hào)項(xiàng)近似處理后： If = 2.3 I0 l c = Kc2022/9/92.定量依據(jù)與方法(1)定量依據(jù)2022/9/6（2）定量方法標(biāo)準(zhǔn)曲線法： 配制一系列標(biāo)準(zhǔn)濃度試樣測定熒光強(qiáng)度，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，再在相同條件下測量未知試樣的熒光強(qiáng)度，在標(biāo)準(zhǔn)曲線上求出濃度；比較法： 在線性范圍內(nèi)，測定標(biāo)樣和試樣的熒光強(qiáng)度，比較；2022/9/9（2）定量方法標(biāo)準(zhǔn)曲線法：2022/9/63.熒光分析法的應(yīng)用(1)無機(jī)化合物的分析 與有機(jī)試

13、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?zé)晒夥y定； 鈰、銪、銻、釩、鈾采用固體熒光法測定(2)生物與有機(jī)化合物的分析 脂肪族化合物芳香族化合物 2022/9/93.熒光分析法的應(yīng)用(1)無機(jī)化合物的分析2022/9/62022/9/92022/9/62022/9/92022/9/67-4 磷光分析法7-4-1 1.磷光的特點(diǎn)磷光輻射的波長比熒光長磷光壽命比熒光長磷光的壽命和輻射強(qiáng)度對于重原子和順磁性離子是極其敏感的2022/9/97-4 磷光分析法7-4-1 2022/9/62.低溫磷光激發(fā)三重態(tài)的壽命長，非輻射過程概率大。所以在低溫下測量。2022/9/92.低溫磷光2022/9/62022/9/92022/9/62022/9/92022/9/6第六章 分子發(fā)光分析法第三節(jié) 化學(xué)發(fā)光分析法molecular luminescenceanalysischemiluminescenceanalysis2022/9/9第六章 分子發(fā)光分析法第三節(jié) 化學(xué)發(fā)光分析法mol一、基本原理 principle1. 化學(xué)發(fā)光反應(yīng) 在化學(xué)反應(yīng)過程中，某些化合物接受能量而被激發(fā)，從激發(fā)態(tài)返回基態(tài)時(shí)，發(fā)射出一定波