chapter5分子磷光和熒光課件

一、分子熒光與磷光產(chǎn)生過程luminescenceprocessofmolecularfluorescencephosphorescence二、激發(fā)光譜與熒光光譜excitationspectrumandfluore-scencespectrum三、熒光的產(chǎn)生與分子結(jié)構(gòu)關(guān)系

relationbetween

fluorescenceandmolecularstructure四、影響熒光強度的因素factorinfluenced

fluorescencemolecularluminescence

analysis

molecularfluorescenceandphosphorescence第五章分子發(fā)光分析法第一節(jié)分子熒光和磷光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(jié)構(gòu)關(guān)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。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(xué)元件三、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）基于原子核與射線作用:穆斯堡譜，能量分辨率可高達10-13

（2）分子光譜基于分子中電子能級、振-轉(zhuǎn)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(zhuǎn)播方向等物理性質(zhì)；偏振法、干涉法（測膜厚和折射率）、旋光法等各種光分析法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(zhuǎn)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，通過測量熒光強度進行定量分析的方法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(xué)發(fā)光分析法

利用化學(xué)反應(yīng)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(guān)系進行定量分析的方法。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(jié)構(gòu)分析。12.旋光法

溶液的旋光性與分子的非對稱結(jié)構(gòu)有密切關(guān)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(xué)問題，旋光計測定糖的含量。13.衍射法

X射線衍射：研究晶體結(jié)構(gòu)，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(chǔ)，研究物質(zhì)的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)。一、熒光與磷光的產(chǎn)生過程

luminescenceprocessofmolecularfluorescencephosphorescence1.分子能級與躍遷分子能級比原子能級復(fù)雜；在每個電子能級上，都存在振動、轉(zhuǎn)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)S1、S2…

；第一、第二、…電子激發(fā)三重態(tài)T1、T2…

；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(yīng)單重態(tài)能級低；

S2S1S0T1吸收發(fā)射熒光發(fā)射磷光系間跨躍內(nèi)轉(zhuǎn)換振動弛豫能量l2l1l

3外轉(zhuǎn)換l

2T2內(nèi)轉(zhuǎn)換振動弛豫1)振動弛豫(VibrationalRelaxation,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至低振動能層的過程，稱為振動弛豫。2)內(nèi)轉(zhuǎn)化(

InternalConversion，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3)系間跨躍

指不同多重態(tài)間的無輻射躍遷，例如S1→T1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(zhuǎn)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T1→S1，然后由S1發(fā)生熒光。這是產(chǎn)生延遲熒光的機理。4)外轉(zhuǎn)換(ExternalConversion，EC)

受激分子與溶劑或其它溶質(zhì)分子相互作用發(fā)生能量轉(zhuǎn)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”。二、激發(fā)光譜與熒光(磷光)光譜

excitationspectrumandfluore-scencespectrum

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（λ）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(yīng)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(guān)，但其相對強度與發(fā)射波長有關(guān)。通常用最大激發(fā)波長輻射樣品。

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（λ）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(yīng)的發(fā)射波長稱為最大發(fā)射波長。鏡像規(guī)則的解釋解釋1：能層結(jié)構(gòu)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(guān)。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(guān)。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。

S1S0三、熒光的產(chǎn)生與分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系

relationbetweenfluorescenceandmolecularstructure1.分子產(chǎn)生熒光必須具備的條件（1）具有合適的結(jié)構(gòu)：分子必須具有與所照射的輻射頻率相適應(yīng)的結(jié)構(gòu),才能吸收激發(fā)光；（2）具有一定的熒光量子產(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(zhuǎn)移、系間跨躍和外轉(zhuǎn)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(guān)。如外轉(zhuǎn)換過程速度快，不出現(xiàn)熒光發(fā)射。2.化合物的結(jié)構(gòu)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，躍遷的壽命約為10-7—10-9s，比n躍遷的壽命10-5—10-7s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?？傊?，躍遷是產(chǎn)生熒光的主要躍遷類型。(2)共軛效應(yīng)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(jié)構(gòu)中，Ph(CH=CH)3Ph和Ph(CH=CH)2Ph在苯中的熒光效率分別為0.68和0.28。共軛效應(yīng)使熒光增強的原因：

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。(3)剛性平面結(jié)構(gòu)

多數(shù)具有剛性平面結(jié)構(gòu)的有機分子具有強烈的熒光。因為這種結(jié)構(gòu)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(yīng)

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、-CO、鹵素等，會減弱甚至?xí)鐭晒狻?/p>

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(yīng)”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(zhuǎn)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(gòu)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。(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，但由于不是剛性結(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)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(zhuǎn)給金屬離子，導(dǎo)致dd*躍遷和ff*躍遷，最終發(fā)射的是dd*躍遷和ff*躍遷光譜。四影響熒光強度的因素①溶劑對熒光強度的影響

溶劑的影響可分為一般溶劑效應(yīng)和特殊溶劑效應(yīng)。一般溶劑效應(yīng)：溶劑的折射率和介電常數(shù)的影響。特殊溶劑效應(yīng)：熒光體和溶劑分子間的特殊化學(xué)作用，如氫鍵的生成和化合作用。一般溶劑效應(yīng)是普遍的，而特殊溶劑效應(yīng)則決定于溶劑和熒光體的化學(xué)結(jié)構(gòu)。特殊溶劑效應(yīng)所引起熒光光譜的移動值，往往大于一般溶劑效應(yīng)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(dǎo)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(guān)系，應(yīng)根據(jù)熒光物質(zhì)與溶劑的不同而異。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。②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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)換的去活幾率增加。③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(guān)。具有酸性或堿性基團的有機物質(zhì)，在不同pH值時，其結(jié)構(gòu)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，因而也可使其熒光強度發(fā)生改變。

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)。

④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

。⑤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(dǎo)致熒光猝滅的主要類型：①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。②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。③轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(yīng)。是由于三重態(tài)基態(tài)的氧分子和單重激發(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。④發(fā)生電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)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(zhuǎn)移反應(yīng)，因而引起熒光猝滅。⑤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。一、儀器與結(jié)構(gòu)流程instrumentandgeneral

process

二、熒光分析法和應(yīng)用fluorescenceanalysisandapplication三、磷光分析法的應(yīng)用phosphorescenceanalysisandapplication第二節(jié)

分子熒光與磷光分析法molecularluminescence

analysis

molecularfluorescenceandphosphorescenceanalysis

第五章分子發(fā)光分析法一、儀器結(jié)構(gòu)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：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。儀

器

光

路

圖儀器框圖該型儀器可進行熒光、磷光和發(fā)光分析；同步掃描技術(shù)

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(guān)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(shù)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<15nm的同步光譜只顯示酪氨酸特征光譜；>60nm時，只顯示色氨酸的特征光譜，實現(xiàn)分別測定?？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熒(磷)光光譜圖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(shù)。

二、熒光分析方法與應(yīng)用1.特點（1）靈敏度高比紫外-可見分光光度法高2～4個數(shù)量級；檢測下限：0.1～0.1g/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。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-lc)If=I0(1-10-lc)=I0(1-e-2.3lc)濃度很低時，將括號項近似處理后：

If

=2.3I0lc

=Kc（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；3.熒光分析法的應(yīng)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?zé)晒夥y定；鈰、銪、銻、釩、鈾采用固體熒光法測定(2)生物與有機化合物的分析見表三、磷光分析法的應(yīng)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0.01g/cm-3

3.藥物分析和臨床分析

見表第五章

分子發(fā)光分析法一、基本原理principle

二、化學(xué)發(fā)光分析的特點characteristics三裝置與技術(shù)instrumentandtechnology第三節(jié)

化學(xué)發(fā)光分析法molecularluminescence

analysischemiluminescence

analysis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，某些物質(zhì)由于吸收了反應(yīng)時產(chǎn)生的化學(xué)能，而使反應(yīng)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(xué)發(fā)光反應(yīng)多為氧化還原反應(yīng)，激發(fā)能與反應(yīng)能相當E=170～300kJ/mol；位于可見光區(qū)；（3）發(fā)光持續(xù)時間較長，反應(yīng)持續(xù)進行；化學(xué)發(fā)光反應(yīng)存在于生物體(螢火蟲、海洋發(fā)光生物)中，稱生物發(fā)光(bioluminescence)。2.化學(xué)發(fā)光效率化學(xué)效率：發(fā)光效率：時刻t的化學(xué)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(yīng)的速率；3.化學(xué)發(fā)光強度與化學(xué)發(fā)光分析的依據(jù)在化學(xué)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(xué)反應(yīng)：

dc/dt=Kc；K為反應(yīng)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：4.化學(xué)發(fā)光反應(yīng)的類型（1）氣相化學(xué)發(fā)光反應(yīng)主要有O3、NO、S的化學(xué)發(fā)光反應(yīng)，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(yīng)

NO+O3→NO2*NO2*→NO2+h發(fā)射的光譜范圍：600～875nm，靈敏度1ng/cm-3；b.氧原子與SO2、NO、CO的發(fā)光反應(yīng)

O3

→O2+O（1000C石英管中進行）

SO2+O+O→SO2*+O2

SO2*→SO2*+h最大發(fā)射波長：200nm；靈敏度1ng/cm-3；

O3

→O2+O（1000C石英管中進行）

NO+O→NO2*

NO2*→NO2+h發(fā)射光譜范圍：400～1400nm；靈敏度1ng/cm-3；氧原子與CO的發(fā)光反應(yīng)：

CO+O→CO2*

CO2*→CO2+h發(fā)射光譜范圍：300～500nm；靈敏度1ng/cm-3；氧原子與NO的發(fā)光反應(yīng)：（2）火焰中的化學(xué)發(fā)光反應(yīng)

在富氫火焰中，也存在著很強的化學(xué)發(fā)光反應(yīng)；a.一氧化氮

NO+H→HNO*

HNO

*→HNO+h發(fā)射光譜范圍：660～770nm；

最大發(fā)射波長：690nm；

在富氫火焰中：

NO2+2H→NO+H2O該反應(yīng)十分迅速；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(xué)發(fā)光（藍色）：SO2+2H2→S+2H2OS+S→2S2*

S2*→S2+h發(fā)射光譜范圍：350～460nm；

最大發(fā)射波長：394nm；靈敏度：0.2ng/cm-3；

發(fā)射光強度與硫化物濃度的平方成正比。（3）液相化學(xué)發(fā)光反應(yīng)

機理研究較多，在分析中應(yīng)用最多；可測痕量的H2O2、Cu、Mn、Co、V、Fe、Cr、Ce、Hg、Th等。

應(yīng)用最多的發(fā)光試劑：魯米諾（3-氨基苯二甲酰肼）；化學(xué)發(fā)光反應(yīng)效率：0.15～0.05；魯米諾在堿性溶液中與雙氧水的反應(yīng)過程：該發(fā)光反應(yīng)速度慢，某些金屬離子可催化反應(yīng)；利用這一現(xiàn)象可測定這些金屬離子。魯米諾作為一種有效的化學(xué)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(xué)發(fā)光反應(yīng)的抑制作用，測定對化學(xué)發(fā)光反應(yīng)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(yīng)的強烈抑制作用，可化學(xué)發(fā)光測定痕量撲熱息痛。通過偶合反應(yīng)可以間接測定無機或有機化合物。5.化學(xué)與生物發(fā)光分析的應(yīng)用（1）該發(fā)光反應(yīng)速度慢，某些金屬離子可催化反應(yīng)；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10-9mol/L的H2O2；（3）間接測定某些生物試樣氨基酸+O2

酮酸+NH3+H2O2氨基酸氧化酶葡萄糖+O2+H2O葡萄糖酸+H2O2通過測定生成的H2O2