《熒光光譜法》PPT課件.ppt

1、第五章是熒光光譜法。當(dāng)紫外光照射一些物質(zhì)時，這些物質(zhì)會發(fā)出各種顏色和強(qiáng)度的可見光，當(dāng)紫外光停止照射時，這種光會很快消失。這種光被稱為熒光。某些物質(zhì)的定性分析和定量分析是利用某些物質(zhì)經(jīng)紫外光照射后產(chǎn)生的熒光來進(jìn)行的，這種熒光可以反映物質(zhì)的特性。熒光分析的靈敏度一般高于最廣泛使用的比色法和分光光度法。比色法和分光光度法的靈敏度通常為百萬分之幾；然而，熒光分析的靈敏度通常是十億分之幾，甚至十億分之幾。熒光分析的另一個優(yōu)點是它的高選擇性。熒光分析還具有方法快速、重現(xiàn)性好、取樣容易、樣品要求少等優(yōu)點。熒光分析也有它的缺點。主要是指其應(yīng)用范圍與其他方法相比不夠廣泛。因為有許多物質(zhì)本身不會產(chǎn)生熒光。第一節(jié)是

2、熒光光譜的基本原理。熒光是當(dāng)分子從激發(fā)態(tài)的最低振動能級回到其初始基態(tài)時發(fā)出的光，并且由于光的吸收而完成激發(fā)。吸收與熒光密切相關(guān)，因為吸收必須先于熒光發(fā)射。由于碰撞和熱耗散，一部分吸收的能量經(jīng)常損失，并且剩余的熒光能量小于吸收的能量，因此熒光以更長的波長發(fā)射。1.熒光的產(chǎn)生：如果激發(fā)光的波長和強(qiáng)度保持不變，熒光物質(zhì)產(chǎn)生的熒光通過單色儀照射到檢測器上，單色儀移動到各種波長，由檢測器測量熒光強(qiáng)度，然后將熒光強(qiáng)度與熒光波長進(jìn)行比較所繪制的曲線稱為熒光物質(zhì)的熒光發(fā)射光譜。熒光光譜表示物質(zhì)產(chǎn)生的熒光中不同波長成分的比較強(qiáng)度。吸收光譜和熒光光譜的能級躍遷示意圖，在吸收光并被激發(fā)到第一個或多個電子激發(fā)態(tài)的各種

3、振動能級之后，大多數(shù)分子通常急劇下降到第一個電子激發(fā)態(tài)的最低振動能級，并且在達(dá)到一個能級的過程中，它們與同類分子或其他分子碰撞并消耗相當(dāng)于這些能級之間的能量，因此它們不發(fā)光，即沒有輻射躍遷。當(dāng)?shù)谝浑娮蛹ぐl(fā)態(tài)的最低振動能級繼續(xù)下降到基態(tài)的不同振動能級時，它以光的形式發(fā)射，這就是熒光，熒光光譜和吸收光譜之間的鏡像對稱關(guān)系，以及蒽乙醇溶液的熒光光譜(右)和吸收光譜(左)。從圖中可以看出，激發(fā)光譜和熒光光譜大致呈鏡像對稱。熒光光譜(發(fā)射光譜)的形狀與基態(tài)S0(即能量區(qū)間)振動能級的分布有關(guān)。激發(fā)光譜(吸收光譜)的形狀與激發(fā)態(tài)S1的振動能級分布有關(guān)。S0、S1狀態(tài)下的振動能級分布相似(表明峰值形狀相似)

4、。根據(jù)弗蘭肯頓的原理，在電子躍遷過程中，原子核的相對位置是不變的(近似)。如果吸收光譜中某一振動帶的躍遷幾率最大，則相反的躍遷幾率在熒光發(fā)射光譜中也應(yīng)該最大(表示峰到峰、低峰到低峰)。非鏡像對稱峰的出現(xiàn)表明散射光或雜質(zhì)的存在。(2)產(chǎn)生熒光的過程和條件。熒光物質(zhì)產(chǎn)生熒光的過程可分為四個步驟：(1)處于基態(tài)最低振動能級的熒光物質(zhì)分子被紫外線照射，吸收與其具有相同特征頻率的光，并躍遷到第一電子激發(fā)態(tài)的每個振動能級；2.不同振動能量的分子分子產(chǎn)生熒光有兩個條件。第一個必要條件是物質(zhì)的分子必須具有與照射光相同的頻率，這與分子的結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。產(chǎn)生熒光的第二個必要條件是，吸收了與其自身特征頻率相同的能量的

5、分子必須具有高熒光效率。強(qiáng)熒光物質(zhì)的結(jié)構(gòu)特征，分子吸收輻射的能力越強(qiáng)，產(chǎn)生的熒光或磷光就越強(qiáng)。幾乎所有能強(qiáng)烈發(fā)光的分子都通過吸收躍遷達(dá)到電子激發(fā)態(tài)。因此，只有那些具有共軛雙鍵的分子，特別是那些具有剛性、平面和多環(huán)結(jié)構(gòu)的分子，才有利于發(fā)光。第二部分是熒光效率及其影響因素。首先，熒光效率表示物質(zhì)發(fā)射熒光的能力=發(fā)射熒光分子的數(shù)量/激發(fā)分子的總數(shù)或=發(fā)射熒光分子的數(shù)量/吸收光分子的數(shù)量，kc，Kc和kx:非輻射能量去除過程的速度常數(shù)；Kf和kp依次代表熒光和磷光過程的速度常數(shù)；任何能增加kf值和降低其他ki值的因素都能增強(qiáng)熒光。熒光過程的量子效率為f :如kfkc和kx，f1。如果是kc或kxkf，

6、那么f 0。KF，KP取決于分子結(jié)構(gòu)；kx-依賴于分子結(jié)構(gòu)，在一定程度上受環(huán)境影響。Kc，KC-受環(huán)境影響很大，但受分子結(jié)構(gòu)影響較小。kf_(高kf值)的特征是大共軛雙鍵，剛性平面多環(huán)結(jié)構(gòu)，最低的單重態(tài)激發(fā)態(tài)S1，取代基是電子給體。這是由分子的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)決定的，也就是內(nèi)因。Kf是硫硫電子躍遷幾率的量度。這意味著影響分子吸收帶強(qiáng)度的因素也將影響kf，因此吸收帶的最大能量可以作為kf的定性度量?？梢钥闯觯?dāng)出現(xiàn)最大下降時，kf相應(yīng)地下降。第二，熒光猝滅，廣義地說，是指能夠降低物質(zhì)的熒光強(qiáng)度的任何效應(yīng)，能夠使熒光強(qiáng)度與熒光物質(zhì)的濃度不呈線性關(guān)系的任何效應(yīng)，或者能夠降低熒光量子產(chǎn)率的任何效應(yīng)。狹義上，

7、它是指熒光分子與溶劑分子或溶質(zhì)分子之間的物理或化學(xué)過程，導(dǎo)致熒光強(qiáng)度降低。熒光淬滅劑：一種與熒光物質(zhì)分子相互作用并導(dǎo)致熒光強(qiáng)度降低的物質(zhì)。1。相互作用過程(能量傳遞過程等。)在熒光物質(zhì)的動態(tài)淬滅劑和激發(fā)態(tài)分子之間會產(chǎn)生瞬時激發(fā)態(tài)復(fù)合物(其不發(fā)射熒光，或者熒光的發(fā)射特性不同于原始熒光物質(zhì))，從而引起熒光淬滅現(xiàn)象。動態(tài)猝滅的效率受到熒光物質(zhì)的激發(fā)分子的壽命和猝滅劑濃度的限制。1-萘胺的熒光在堿性溶液中被淬滅，但其吸收光譜不變，這是動態(tài)淬滅的一個例子。2.靜態(tài)淬滅劑與基態(tài)熒光物質(zhì)分子反應(yīng)，降低熒光物質(zhì)的熒光強(qiáng)度。動態(tài)猝滅中的熒光量子產(chǎn)率受光反應(yīng)動力學(xué)控制，而靜態(tài)猝滅中的熒光量子產(chǎn)率僅受基態(tài)配位熱力學(xué)

8、控制。3。猝滅劑氧氣可以使大多數(shù)熒光物質(zhì)產(chǎn)生不同程度的熒光猝滅。胺是大多數(shù)未取代芳烴的有效猝滅劑。鹵素化合物、重金屬離子和硝基化合物也是常見的淬滅劑。鹵素離子對奎寧有明顯的猝滅作用。但是它對某些物質(zhì)沒有淬滅作用。這表明淬滅劑和熒光物質(zhì)分子之間的相互作用是選擇性的。自猝滅當(dāng)熒光物質(zhì)的濃度超過1g/L時，經(jīng)常會發(fā)生熒光的自猝滅現(xiàn)象(濃度猝滅)?？赡艿脑颍篴 .熒光輻射的自吸收，當(dāng)熒光物質(zhì)的吸收光譜和發(fā)射光譜重疊很大時，這種現(xiàn)象很嚴(yán)重。B根據(jù)比爾定律，如果=Ia=i0-it=i0 (1-e-LC)代入上式：如果=I0(1-10-l-c)=I0(1-e-2.3 l-c):如果=2.3 I0 lc在一

9、定條件下：如果=K-c熒光強(qiáng)度。(如果a=104，則C=5.010-6摩爾/升，b=1.0被替換為abc0.05) B .自猝滅是由熒光分子和溶劑分子之間的碰撞引起的。自動滅火。當(dāng)熒光發(fā)射波長與化合物的吸收峰重疊時，發(fā)生自吸收，當(dāng)熒光穿過溶液時，它被部分吸收。第3節(jié)熒光測量，1。熒光分光光度計，激發(fā)光源功能：提供連續(xù)輻射，激發(fā)樣品要求：光源(I0)強(qiáng)度足夠；強(qiáng)度與波長無關(guān)：汞弧光燈、氫燈或氙燈。激發(fā)單色儀-功能：用于選擇激發(fā)光的波長。樣品池由應(yīng)時制成，其形狀為：方形、矩形和圓形。在低溫測量過程中，將一個裝有液氮的透明應(yīng)時真空瓶放在應(yīng)時罐外。發(fā)射單色儀用于選擇發(fā)射到檢測器的熒光波長。檢測器的熒光

10、或磷光強(qiáng)度很弱，這要求檢測器具有高靈敏度。2。熒光分析法，1。標(biāo)準(zhǔn)曲線法：用已知的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，經(jīng)過與樣品相同的處理，制備一系列標(biāo)準(zhǔn)溶液。測量標(biāo)準(zhǔn)溶液的熒光強(qiáng)度，用熒光強(qiáng)度繪制標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度的標(biāo)準(zhǔn)曲線，然后根據(jù)測試溶液的熒光強(qiáng)度計算標(biāo)準(zhǔn)曲線上樣品中熒光物質(zhì)的含量。熒光分析法的靈敏度遠(yuǎn)高于光吸收法，更適用于低濃度物質(zhì)的分子。兩種方法靈敏度的差異主要是由于濃度相關(guān)參數(shù)的測量方法不同。在光度計中，與濃度有關(guān)的參數(shù)是I0/I比值的對數(shù)。當(dāng)測量低濃度液體時，檢測器必須能夠分辨出I和I0信號之間的細(xì)微差別，因此測量精度在低A時會迅速下降。熒光強(qiáng)度f(或磷光強(qiáng)度p)與熒光(磷光)物質(zhì)的濃度成正比。與濃度相關(guān)的參數(shù)是在非常小的噪聲背景下的熒光(磷光)發(fā)射信號本身，并且可以通過增加入射光的強(qiáng)度I0或增加熒光信號的放大倍數(shù)來提高靈敏度。在分光光度法中，如果檢測器的放大倍數(shù)I0和I相同，A的值不會改變。因此，熒光法的靈敏度通常比相應(yīng)的分光光度法高2-4個數(shù)量級。在光度學(xué)中，它表示方法的靈敏度。其測定靈敏度。在熒光方法中，當(dāng)物質(zhì)被激發(fā)和發(fā)射時，靈敏度與量子效率有關(guān)。熒光方法的絕對靈敏度理論被定義為(單位gcm-2)、熒光強(qiáng)度和測定靈敏度的乘積。熒光方法的絕對靈敏度實際上