师范仪器分析考试重点分子发光分析法.pptx

师范仪器分析考试重点分子发光分析法师范仪器分析考试重点分子发光分析法2 2教学要求教学要求:1、掌握荧光、磷光的产生过、掌握荧光、磷光的产生过程程2、掌握荧光、磷光光谱的区、掌握荧光、磷光光谱的区别别3、掌握荧光、磷光分析法的、掌握荧光、磷光分析法的应用应用4、理解荧光、磷光光谱仪的、理解荧光、磷光光谱仪的结构结构5、掌握化学发光的反应类型、掌握化学发光的反应类型6、掌握化学发光分析法的应、掌握化学发光分析法的应用用第1页/共47页3 3参考书目：参考书目：1、仪器分析教程、仪器分析教程 北京大学北京大学化学系仪器分析教学组化学系仪器分析教学组 北京：北京：北京大学出版社，北京大学出版社，1997.2、仪器分析、仪器分析 （第（第2版）刘密版）刘密新新 罗国安罗国安 张新荣等张新荣等 北京：北京：清华大学出版社，清华大学出版社，2002.3、仪器分析、仪器分析 （第（第3版）朱明版）朱明华华 北京：高等教育出版社，北京：高等教育出版社，2000.第2页/共47页4 4分子发光分析法分子发光分析法处于基态的分子吸收能量被激发至激发态，通过测量被激发分子处于基态的分子吸收能量被激发至激发态，通过测量被激发分子处于基态的分子吸收能量被激发至激发态，通过测量被激发分子处于基态的分子吸收能量被激发至激发态，通过测量被激发分子回到基态所发射的光辐射进行定量分析的方法。回到基态所发射的光辐射进行定量分析的方法。回到基态所发射的光辐射进行定量分析的方法。回到基态所发射的光辐射进行定量分析的方法。荧光分析荧光分析荧光分析荧光分析磷光分析磷光分析磷光分析磷光分析化学发光分析化学发光分析化学发光分析化学发光分析第3页/共47页5 5一、荧光产生的机理一、荧光产生的机理 光致发光光致发光第一节第一节第一节第一节 荧光分析法原理荧光分析法原理荧光分析法原理荧光分析法原理第4页/共47页6 61.分子能级与跃迁 分子能级:电子能级、振动能级、转动能级 分子轨道：成键轨道、反键轨道 基态激发态振动能级电子能级转动能级BA第5页/共47页7 72.2.2.2.电子激发态的多重度电子激发态的多重度电子激发态的多重度电子激发态的多重度激发单重态：电子自旋配对M=2s+1=1单重态以S1，S2表示基态：电子自旋配对M=2s+1=1单重态以S0表示激发三重态：电子自旋不配对M=2s+1=三重态以T1，T2表示第6页/共47页8 8激发单重态与激发三重态激发单重态与激发三重态激发单重态与激发三重态激发单重态与激发三重态激发单重态激发单重态激发三重态激发三重态电子自旋电子自旋 自旋配对自旋配对自旋平行自旋平行平均寿命平均寿命10-8-10-6 s10-4-10 s基态到激发态跃迁基态到激发态跃迁允许的跃迁允许的跃迁禁阻的跃迁禁阻的跃迁能量能量高高低低第7页/共47页9 93.3.分子的去活化过程分子的去活化过程激发态激发态基态的能量传递途径基态的能量传递途径传递途径辐射跃迁无辐射跃迁 荧光磷光振动弛豫内转换系间窜跃外转换第8页/共47页S2S1S0T1吸收发射荧光发射磷光系间窜跃内转换振动弛豫能量 1 2 4 外转换 3T2内转换振动弛豫第9页/共47页（1 1 1 1）非辐射能量传递过程）非辐射能量传递过程）非辐射能量传递过程）非辐射能量传递过程振动弛豫同一电子能级内,由高振动能级跃迁至低振动能级，以热的形式释放能量。10-12 s。通过内转换和振动弛豫，高激发单（或三）重态的电子跃回第一激发单（或三）重态的最低振动能级。内转换在相同多重态内，电子在不同电子能级间的无辐射跃迁。(S2 S1,T2 T1)10 1 s第10页/共47页 系间窜跃系间窜跃系间窜跃系间窜跃 不同多重态，有重叠不同多重态，有重叠不同多重态，有重叠不同多重态，有重叠的振动能级间的非辐的振动能级间的非辐的振动能级间的非辐的振动能级间的非辐射跃迁。射跃迁。射跃迁。射跃迁。(S S1 1 T T1 1)禁阻跃迁禁阻跃迁禁阻跃迁禁阻跃迁 10 10 s s外转换激发分子与溶剂或其他分子之间产生相互作用而转移能量的非辐射跃迁。外转换使荧光或磷光减弱或“猝灭”。第11页/共47页1313（2 2 2 2）辐射能量传递过程）辐射能量传递过程）辐射能量传递过程）辐射能量传递过程 荧光发射电子由第一激发单重态的最低振动能级基态各振动能级（S1 S0）。发射荧光的能量比分子吸收的能量小 波长：3 1 2；10-710-9 s；光照停止，荧光发射停止。第12页/共47页1414磷光发射磷光发射磷光发射磷光发射 电子由电子由电子由电子由第一激发三重态最低振动能级第一激发三重态最低振动能级第一激发三重态最低振动能级第一激发三重态最低振动能级基态各振动基态各振动基态各振动基态各振动能级（能级（能级（能级（T T1 1 S S0 0跃迁）；跃迁）；跃迁）；跃迁）；发射磷光的能量比分子吸收的能量小发射磷光的能量比分子吸收的能量小发射磷光的能量比分子吸收的能量小发射磷光的能量比分子吸收的能量小 波长：波长：波长：波长：4 4 1 1 2 2 ；禁阻跃迁；禁阻跃迁；禁阻跃迁；禁阻跃迁；1010-4-410 s 10 s；光照停止后，可持续一段时间。光照停止后，可持续一段时间。光照停止后，可持续一段时间。光照停止后，可持续一段时间。第13页/共47页1515S0 T1：（：（禁阻跃迁）禁阻跃迁）S0 激发激发 S 系间窜跃系间窜跃 T1（高振动能层（高振动能层)振动振动弛豫弛豫 T1（低振动能层）低振动能层）第14页/共47页1616二、激发光谱与荧光二、激发光谱与荧光二、激发光谱与荧光二、激发光谱与荧光(磷光磷光磷光磷光)光谱光谱光谱光谱荧光(磷光)：光致发光v任何荧（磷）光物质都具有两种特征光谱：激发光谱与发射光谱v它们是荧（磷）光定性定量分析的基础。第15页/共47页17171.1.1.1.荧光荧光荧光荧光(磷光磷光磷光磷光)的激发光谱曲线的激发光谱曲线的激发光谱曲线的激发光谱曲线 固固固固定定定定测测测测量量量量荧荧荧荧光光光光波波波波长长长长(最最最最大大大大发发发发射射射射波长波长波长波长)改改改改变变变变激激激激发发发发光光光光波波波波长长长长，测测测测量量量量荧荧荧荧（磷）光的强度变化。（磷）光的强度变化。（磷）光的强度变化。（磷）光的强度变化。应用：选择最适宜的激发光波应用：选择最适宜的激发光波应用：选择最适宜的激发光波应用：选择最适宜的激发光波长，用于定量分析。长，用于定量分析。长，用于定量分析。长，用于定量分析。ex第16页/共47页1818形状相同形状相同形状相同形状相同性质不同：性质不同：性质不同：性质不同：激发光谱曲线：激发光谱曲线：激发光谱曲线：激发光谱曲线：荧光强度与波长的关系曲线荧光强度与波长的关系曲线荧光强度与波长的关系曲线荧光强度与波长的关系曲线，吸收曲线：，吸收曲线：，吸收曲线：，吸收曲线：吸光度与吸光度与吸光度与吸光度与波长的关系曲线波长的关系曲线波长的关系曲线波长的关系曲线。激发光谱曲线与吸收曲线第17页/共47页19192.2.2.2.发射光谱发射光谱发射光谱发射光谱荧光光谱荧光光谱荧光光谱荧光光谱(或磷光光谱或磷光光谱或磷光光谱或磷光光谱)固定激发光波长(最大激发波长)测定不同波长处的荧光强度应用:定性分析第18页/共47页200260320380440500560620激发光谱荧光光谱磷光光谱室温下菲的乙醇溶液荧（磷）光光谱第19页/共47页3.3.荧光光谱的特性荧光光谱的特性a.Stokes位移 荧光波长激发光波长 (无辐射跃迁)b.荧光光谱的形状与激发光波长无关 分子吸收能量跃迁到不同激发态产生不同吸收带(2,1)第一激发单重态的最低振动能级跃迁回基态产生荧光(3)。c.镜像规则 通常荧光光谱与吸收光谱成镜像对称关系。第20页/共47页2222200250300350400450500吸收光谱荧光光谱nm蒽的激发光谱和荧光光谱第21页/共47页 例：基态零振动能级与第一激发态的第二振动能级之间的能量差最大，吸收峰波长最短，相反,第一激发态的零振动能级与基态的第二振动能级之间的能量差最小，荧光峰波长最长。S1S0荧光光谱：基态各振动能层分布吸收光谱：第一激发态各振动能层分布210210第22页/共47页2424三、荧光的产生与分子结构的关系三、荧光的产生与分子结构的关系三、荧光的产生与分子结构的关系三、荧光的产生与分子结构的关系 1.分子产生荧光必须具备的条件（1）能吸收紫外-可见光；（2）具有一定的荧光量子产率。荧光量子产率（f）：第23页/共47页25252.2.2.2.荧光与分子结构的关系荧光与分子结构的关系荧光与分子结构的关系荧光与分子结构的关系（1）跃迁类型：不含杂原子的芳香族化合物和共轭烯烃：*含杂原子的烯烃：n*（2）共轭效应：共轭体系增加，荧光效率增加,红移。（3）刚性平面结构：降低分子振动，减少碰撞去活化的可能性,荧光增强。（4）取代基效应：v芳环上有供电基：p-共轭，荧光增强,红移。吸电基：S1T1增强,荧光减弱，磷光增强。v重原子效应：荧光减弱，磷光增强。第24页/共47页2626四、影响荧光强度的因素四、影响荧光强度的因素四、影响荧光强度的因素四、影响荧光强度的因素1.荧光强度与溶液浓度的关系w If =Iaw 根据朗伯-比尔定律 Ia=I0-It=I0(1-e-l C)w 极稀的溶液中，If =K c第25页/共47页27272.影响荧光强度的因素影响荧光强度的因素1.1.1.1.溶剂的影响溶剂的影响溶剂的影响溶剂的影响 除除除除一一一一般般般般溶溶溶溶剂剂剂剂效效效效应应应应外外外外，溶溶溶溶剂剂剂剂的的的的极极极极性性性性、氢氢氢氢键键键键、配配配配位位位位键键键键的的的的形成都将使化合物的荧光发生变化；形成都将使化合物的荧光发生变化；形成都将使化合物的荧光发生变化；形成都将使化合物的荧光发生变化；2.2.2.2.温度的影响温度的影响温度的影响温度的影响 荧荧荧荧光光光光强强强强度度度度对对对对温温温温度度度度变变变变化化化化敏敏敏敏感感感感，温温温温度度度度增增增增加加加加，外外外外转转转转换换换换去去去去活活活活化的几率增加。化的几率增加。化的几率增加。化的几率增加。3.3.溶液溶液溶液溶液pHpH 对酸碱化合物，溶液对酸碱化合物，溶液对酸碱化合物，溶液对酸碱化合物，溶液pHpH影响较大，需严格控制；影响较大，需严格控制；影响较大，需严格控制；影响较大，需严格控制；4.4.4.4.荧光的猝灭荧光的猝灭荧光的猝灭荧光的猝灭第26页/共47页2828第二节第二节 荧光分析仪器荧光分析仪器四个部分：激发光源、试样池、双单色器系统、检测器特殊点：有两个单色器，光源与检测器通常成直角。光源：氙灯和高压汞灯，激光单色器：激发单色器：选择激发光波长发射单色器：选择荧光波长试样池：石英检测器：光电倍增管第27页/共47页2929第三节第三节 荧光分析方法荧光分析方法与应用与应用1.1.1.1.定量分析定量分析定量分析定量分析(1)定量依据 If=Kc（2）定量方法 校准曲线法 标准对照法 第28页/共47页30302.2.2.2.特点特点特点特点（1）灵敏度高 比紫外-可见分光光度法高24个数量级；If=Kc A=lg(I0/I)=bc（2）选择性强 既可依据发射光谱，又可根据激发光谱；（3）试样量少缺点：应用范围小。第29页/共47页31313.3.荧光分析法的应用荧光分析法的应用(1)无机化合物的分析 与有机试剂配合物后测量；可测量约60多种元素。铍、铝、硼、镓、硒、镁、稀土常采用荧光分析法；氟、硫、铁、银、钴、镍采用荧光熄灭法测定；铜、铍、铁、钴、锇及过氧化氢采用催化荧光法测定；铬、铌、铀、碲采用低温荧光法测定；铈、铕、锑、钒、铀采用固体荧光法测定(2)生物与有机化合物的分析 第30页/共47页3232第31页/共47页3333第32页/共47页3434第四节第四节 磷光分析磷光分析一、磷光分析法原理一、磷光分析法原理 T1S0S2S1S0T1吸收发射荧光发射磷光系间窜跃内转换振动弛豫能量 1 2 4 外转换 3T2内转换振动弛豫第33页/共47页35351.磷光的特点磷光的特点波长：磷光波长：磷光荧光荧光寿命：磷光寿命：磷光荧光（荧光（S1T1S0)磷光的寿命和辐射强度对于重原子和顺磁性磷光的寿命和辐射强度对于重原子和顺磁性磷光的寿命和辐射强度对于重原子和顺磁性磷光的寿命和辐射强度对于重原子和顺磁性离子敏感。离子敏感。离子敏感。离子敏感。第34页/共47页36362.低温磷光低温磷光3.重原子效应重原子效应4.室温磷光室温磷光第35页/共47页200260320380440500560620激发光谱荧光光谱磷光光谱室温下菲的乙醇溶液荧（磷）光光谱第36页/共47页3838二、磷光的检测二、磷光的检测二、磷光的检测二、磷光的检测荧光计上配上磷光测量附件即可对磷光进行测量。测量方法：（1）通常借助于荧光和磷光寿命的差别，采用磷光镜的装置将荧光隔开。（2）采用脉冲光源和可控检测及时间分辨技术。第37页/共47页3939三、磷光分析法的应用三、磷光分析法的应用三、磷光分析法的应用三、磷光分析法的应用1.稠环芳烃分析 采取固体表面室温磷光分析法快速灵敏测定稠环芳烃和杂环化合物（致癌物质）2.农药、生物碱、植物生长激素的分析 烟碱、降烟碱、新烟碱3.药物分析和临床分析 第38页/共47页4040第39页/共47页4141第40页/共47页4242第五节第五节 化学发光分析法化学发光分析法某些物质在进行化学反应时，由于某些物质在进行化学反应时，由于某些物质在进行化学反应时，由于某些物质在进行化学反应时，由于吸收了反应时产生的吸收了反应时产生的吸收了反应时产生的吸收了反应时产生的化学能化学能化学能化学能，而使而使而使而使反应产物分子激发至激发态反应产物分子激发至激发态反应产物分子激发至激发态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，受激分子由激发态回到基态时，受激分子由激发态回到基态时，受激分子由激发态回到基态时，便发出一定波长的光。这种便发出一定波长的光。这种便发出一定波长的光。这种便发出一定波长的光。这种吸收化学能使分子发光的过程称为化吸收化学能使分子发光的过程称为化吸收化学能使分子发光的过程称为化吸收化学能使分子发光的过程称为化学发光学发光学发光学发光。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法。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法。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法。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法。第41页/共47页4343一、化学发光分析的基本原理一、化学发光分析的基本原理 AP*P+hvv化学激活化学激活vv发光发光第42页/共47页44441.1.1.1.直接化学发光和间接化学发光直接化学发光和间接化学发光直接化学发光和间接化学发光直接化学发光和间接化学发光（1 1 1 1）直接化学发光）直接化学发光）直接化学发光）直接化学发光 A+BA+B C*+D C*+D C*C*C+h C+h（2 2 2 2）间接化学发光）间接化学发光）间接化学发光）间接化学发光 A+BA+B C*+D C*+D C*+F C*+F F*+E F*+E F*F*F+h F+h 二、化学发光反应类型二、化学发光反应类型第43页/共47页4545（1 1）气相化学发光）气相化学发光）气相化学发光）气相化学发光 主要有主要有主要有主要有OO3 3、NONO、S S的化学发光反应，可用于监测空气中的的化学发光反应，可用于监测空气中的的化学发光反应，可用于监测空气中的的化学发光反应，可用于监测空气中的OO3 3、NONO、SOSO2 2、H H2 2S S、COCO、NONO2 2等。等。等。等。（2 2）液相化学发光）液相化学发光）液相化学发光）液相化学发光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第44页/共47页4646试样室试样室试样室试样室光检测器光检测器光检测器光检测器放大器放大器放大器放大器信号显示记录系统信号显示记录系统信号显示记录系统信号显示记录系统 三、化学发光的测量装置三、化学发光的测量装置第45页/共47页4747四、化学发光分析的特点四、化学发光分析的特点灵敏度高，检出限低灵敏度高，检出限低线性范围宽线性范围宽操作简便，易于实现自动化操作简便，易于实现自动化第46页/共47页