仪器分析-分子发光分析法教学内容.ppt

第五章第五章 分子分子(fnz)(fnz)发光分析法发光分析法（Molecular luminescence Molecular luminescence AnalysisAnalysis）第一节第一节荧光荧光(ynggung)(ynggung)分析法分析法（FluorescenceFluorescence）第二节第二节磷光分析法磷光分析法（Phosphorescence）第三节第三节化学发光分析法化学发光分析法（Chemiluminescence）第一页，共32页。第一节第一节荧光荧光(ynggung)(ynggung)分析法（分析法（FluorescenceFluorescence）一、分子发射光谱与分子能级一、分子发射光谱与分子能级(nngj)结构结构吸光吸光无辐射跃迁无辐射跃迁系间跨越系间跨越单重线态单重线态T T1 1三重线态三重线态荧光荧光磷光磷光S0S1S2振动振动(zhndng)弛豫弛豫内部转换内部转换1.1 1.1 概述概述第二页，共32页。二、分子二、分子(fnz)吸收光谱与分子吸收光谱与分子(fnz)荧光光谱荧光光谱吸光吸光荧光荧光(ynggung)250300350400450蒽乙醇溶液吸收和荧光蒽乙醇溶液吸收和荧光(ynggung)光谱光谱相对强度相对强度第三页，共32页。300 400 500相对相对(xingdu)强度强度荧光光谱与吸收光谱荧光光谱与吸收光谱(x shu un p)镜像对称镜像对称荧光光谱较吸收光谱荧光光谱较吸收光谱(x shu un p)简单简单硫酸硫酸(li sun)奎宁在稀硫酸奎宁在稀硫酸(li sun)中的荧光光谱与吸收光谱中的荧光光谱与吸收光谱第四页，共32页。三、荧光三、荧光(ynggung)量子产率（荧光量子产率（荧光(ynggung)效率）效率）发荧光的两个必要条件发荧光的两个必要条件 分子能吸收光子而跃迁分子能吸收光子而跃迁(yuqin)(yuqin)至激发态至激发态 激发态分子能以光的形式释放能量激发态分子能以光的形式释放能量荧光荧光(ynggung)(ynggung)效率（效率（f f）=发出光子数发出光子数吸收光子数吸收光子数 如果一个分子将吸收的光子全部释如果一个分子将吸收的光子全部释放，则其量子产率为放，则其量子产率为100%100%。第五页，共32页。化合物化合物 荧光荧光(ynggung)(ynggung)效率效率溶剂溶剂荧光荧光(ynggung)(ynggung)素素0.920.92（0.1MNaOH0.1MNaOH）曙红曙红0.190.19（0.1MNaOH 0.1MNaOH）罗丹明罗丹明B B0.970.97（乙醇）（乙醇）蒽蒽0.310.31（己烷）（己烷）核黄素核黄素0.260.26（水，（水，pH7pH7）菲菲0.100.10（乙醇）（乙醇）萘萘0.120.12（乙醇）（乙醇）酚酚0.220.22（水）（水）叶绿素叶绿素0.320.32（苯）（苯）某些化合物的荧光某些化合物的荧光(ynggung)效率效率第六页，共32页。四、量子产率与分子结构四、量子产率与分子结构(fn z ji u)荧光通常发生在具有刚性结构和平面结构的荧光通常发生在具有刚性结构和平面结构的-电子电子共轭体系分子中，任何共轭体系分子中，任何(rnh)(rnh)有利于提高有利于提高-电子共轭度电子共轭度的结构改变，都将提高荧光量子产率，或使荧光波长向的结构改变，都将提高荧光量子产率，或使荧光波长向长波长方向移动。长波长方向移动。化合物化合物荧光效率荧光效率平均波长平均波长苯苯0.070.07283283联苯联苯0.180.18316316对联三苯对联三苯0.930.93342342第七页，共32页。化合物化合物荧光效率荧光效率平均波长平均波长(bchng)(bchng)苯苯0.070.07283283萘萘0.230.23334334蒽蒽0.360.36402402苯苯0.070.07283283甲苯甲苯0.170.17285285乙苯乙苯0.180.18286286第八页，共32页。五、荧光分析的特点五、荧光分析的特点1 1、灵敏度高、灵敏度高2 2、选择性好、选择性好3 3、仪器简单、仪器简单(jindn)(jindn)4 4、应用范围广、应用范围广第九页，共32页。1.21.2荧光定量分析荧光定量分析(dnglingfnx)(dnglingfnx)基础基础If=fIa=f(Io-I)If:If:荧光强度荧光强度 Ia:Ia:所吸收所吸收(xshu)(xshu)的辐射强度；的辐射强度；f f：荧光：荧光效率效率一、荧光强度一、荧光强度(qingd)与浓度与浓度第十页，共32页。将指数将指数(zhsh)展开：展开：如果如果(rgu)(rgu)吸光度吸光度A 0.05,A (qingd)紫外紫外-可见吸收光谱光源可见吸收光谱光源激光激光(jgung)(jgung)诱导荧光诱导荧光Laser Induced fluorescenceLaser Induced fluorescence低压汞灯：低压汞灯：254 nm254 nm2 2、单色器、单色器滤光片滤光片棱镜棱镜光栅光栅第十八页，共32页。400 500600nmRelative FL IntensityEXEMWavelength/Stocks位移(wiy)第十九页，共32页。标准标准(biozhn)1(biozhn)1样品样品(yngpn)2(yngpn)2Wavelength/If荧光荧光(ynggung)光谱光谱If1 1A1 If2 2A2=量子产率的测定量子产率的测定第二十页，共32页。1A1 If1 2A2 If2=奎宁奎宁(ku nn)(ku nn)在在0.1M0.1M的硫酸中荧光的硫酸中荧光量子产率的绝对值为量子产率的绝对值为0.550.55。荧光分析荧光分析(fnx)的缺点的缺点散射光影响散射光影响第二十一页，共32页。磷光分析的仪器磷光分析的仪器(yq)光源光源(gungyun)检测器检测器贝克勒耳圆盘贝克勒耳圆盘(yun pn)第二节第二节 磷光分析法磷光分析法第二十二页，共32页。基本原理基本原理磷光是分子磷光是分子(fnz)(fnz)从亚稳的三重态跃迁至基态时所产生从亚稳的三重态跃迁至基态时所产生的辐射的辐射特点：（特点：（1 1）磷光）磷光(ln un)(ln un)辐射的波长比荧光长，这是辐射的波长比荧光长，这是因为分子的因为分子的T1T1态能量比态能量比S1S1态低；态低；（2 2）磷光）磷光(ln un)(ln un)的寿命比荧光长。由于荧光是的寿命比荧光长。由于荧光是S1-S1-S0-S0跃迁产生的，这种跃迁是自旋许可的跃迁，跃迁产生的，这种跃迁是自旋许可的跃迁，S1S1态的辐态的辐射寿命通常在射寿命通常在10-710-9s10-710-9s；磷光；磷光(ln un)(ln un)是是T1S0T1S0跃跃迁产生的，这种跃迁是自旋禁阻的跃迁，其速率常数要小迁产生的，这种跃迁是自旋禁阻的跃迁，其速率常数要小得多，因而寿命要长，大约在得多，因而寿命要长，大约在10-410s10-410s；（3 3）磷光）磷光(ln un)(ln un)的寿命和辐射强度对于重原子和顺的寿命和辐射强度对于重原子和顺磁性离子是极其敏感的。磁性离子是极其敏感的。第二十三页，共32页。当磷光物质当磷光物质(wzh)(wzh)的浓度很小时，的浓度很小时，磷光强度与浓度成正比磷光强度与浓度成正比,即：即：Ip:Ip:磷光强度磷光强度(qingd)Io:(qingd)Io:激发光强度激发光强度(qingd)(qingd)；p p：磷：磷光效率光效率第二十四页，共32页。低温磷光分析低温磷光分析固体固体(gt)基质室温磷光分析基质室温磷光分析胶束增稳的溶液室温磷光分析胶束增稳的溶液室温磷光分析敏化溶液室温磷光分析敏化溶液室温磷光分析磷光分析的缺点磷光分析的缺点仪器复杂，需要固体基质仪器复杂，需要固体基质(j zh)或保护或保护第二十五页，共32页。分析分析(fnx)物（能量给物（能量给予体）予体）S1 激发激发S0 能量(nngling)受体 T1 S0 T1敏化磷光敏化磷光(ln un)跃迁示意图跃迁示意图第二十六页，共32页。化学发光分析化学发光分析(fnx)的仪器的仪器记录器第三节第三节化学发光分析法化学发光分析法第二十七页，共32页。基本原理基本原理 某些物质在进行化学反应时，由于吸某些物质在进行化学反应时，由于吸收收(xshu)(xshu)了反应时产生的化学能，而使了反应时产生的化学能，而使反应产物分子激发至激发态，受激分子由反应产物分子激发至激发态，受激分子由激发态回到基态时，便发出一定波长的光激发态回到基态时，便发出一定波长的光 这种吸收这种吸收(xshu)(xshu)化学能使分子发光化学能使分子发光的过程称为化学发光。利用化学发光反应的过程称为化学发光。利用化学发光反应而建立起来的分析方法称为化学发光分析而建立起来的分析方法称为化学发光分析法法 化学发光也发生于生命体系，这种发化学发光也发生于生命体系，这种发光专称为生物发光。光专称为生物发光。第二十八页，共32页。CL=发射的光子数发射的光子数参加反应的分子数参加反应的分子数=r f r=激发态分子数激发态分子数参加反应的分子数参加反应的分子数 f=发射的光子数发射的光子数激发态分子数激发态分子数生成激发态分子的生成激发态分子的化学化学(huxu)效率效率激发态分子激发态分子(fnz)的发的发光效率光效率化学发光效率化学发光效率(xio l)：第二十九页，共32页。ICL(t)=dcdt CL 化学发光反应的发光强度以单位化学发光反应的发光强度以单位(dnwi)(dnwi)时时间内发射的光子数表示，它与化学发光反应的速间内发射的光子数表示，它与化学发光反应的速率有关。率有关。由于化学发光的强度随时间和反应物消耗的变由于化学发光的强度随时间和反应物消耗的变化逐渐减小，如果反应是一级动力学反应，化逐渐减小，如果反应是一级动力学反应，t t时刻时刻(shk)(shk)的的ICL(t)ICL(t)与该时刻与该时刻(shk)(shk)分析物浓度成正分析物浓度成正比，即化学发光峰值强度与分析物浓度成线性关系比，即化学发光峰值强度与分析物浓度成线性关系 另一种分析方法是利用总发光强度与分析物另一种分析方法是利用总发光强度与分析物浓度浓度(nngd)(nngd)的定量关系。就是在一定时间间隔的定量关系。就是在一定时间间隔里对化学发光强度进行积分。里对化学发光强度进行积分。第三十页，共32页。化学发光反应化学发光反应(fnyng)(fnyng)的类型的类型1 1、直接、直接(zhji)(zhji)化学发光和间接化学发光和间接化学发光化学发光2 2、气相化学发光和液相化学发光、气相化学发光和液相化学发光直接直接 A+B C*+D C*C+hv间接间接 A+B C*+D C*+F F*+E F*F+hv 气相：主要有气相：主要有O3O3、NONO、S S的化学发光反应，可的化学发光反应，可用于监测用于监测(jin c)(jin c)空空气中的气中的O3O3、NONO、NO2NO2、H2SH2S、SO2SO2和和COCO等。等。液相：用于这一类的化学发光分析液相：用于这一类的化学发光分析的发光物质有鲁米诺、光泽精、洛的发光物质有鲁米诺、光泽精、洛粉碱等。其中鲁米诺化学发光机理粉碱等。其中鲁米诺化学发光机理研究最久，其化学发光体系已用于研究最久，其化学发光体系已用于分析测量痕量的分析测量痕量的H H2 2O O2 2以及以及CuCu、MnMn、CoCo、V V、FeFe、CrCr、CeCe、HgHg、ThTh等等第三十一页，共32页。第四节第四节荧光荧光(ynggung)(ynggung)、磷光、化学发光分析、磷光、化学发光分析的应用的应用第三十二页，共32页。