第七章分子发光分析法精选PPT.ppt
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1、第七章分子发光分析法第1页,本讲稿共47页7.1 7.1 概述概述2第2页,本讲稿共47页 有些物质受到光照射时,会吸收特定波长的光,即会有些物质受到光照射时,会吸收特定波长的光,即会吸收光谱,除此之外,还会发射出比原来吸收波长更长吸收光谱,除此之外,还会发射出比原来吸收波长更长的光。当激发光停止照射后,这种光若随之很快消失,的光。当激发光停止照射后,这种光若随之很快消失,叫荧光;若激发光停止后仍可持续发光一段时间,叫磷叫荧光;若激发光停止后仍可持续发光一段时间,叫磷光。荧光和磷光都属于光致发光。光。荧光和磷光都属于光致发光。还有电致发光、化学发光、生物发光等。还有电致发光、化学发光、生物发光
2、等。由于物质分子结构不同,所吸收光的波长及发射的荧光波长由于物质分子结构不同,所吸收光的波长及发射的荧光波长也不同。利用物质的荧光谱线位置的不同可以定性鉴别物质;同也不同。利用物质的荧光谱线位置的不同可以定性鉴别物质;同种物质的浓度不同,所发射的荧光强度不同,利用这个性质可以种物质的浓度不同,所发射的荧光强度不同,利用这个性质可以定量分析。这种分析法叫荧光分析法。定量分析。这种分析法叫荧光分析法。第3页,本讲稿共47页根据激发光根据激发光波长范围波长范围根据待测物质根据待测物质的存在形式的存在形式X射线荧光分析法射线荧光分析法紫外紫外-可见荧光分析法可见荧光分析法红外荧光分析法红外荧光分析法分
3、子荧光法分子荧光法原子荧光法原子荧光法本章主要介绍分子的紫外本章主要介绍分子的紫外-可见荧光。可见荧光。第4页,本讲稿共47页7.2.1 分子光谱的产生分子光谱的产生-电子自旋的多重性电子自旋的多重性多重性(多重性(multiplicy,M):电子自旋的状态单重态单重态(singlet state,S):分子中所有电子自旋都相反配对的电子态(M=1)三重态三重态(triplet state,T):分子中电子对的电子自旋平行的电子态(M=3)7.2 7.2 分子荧光分析法分子荧光分析法M M的的基基态态与与激激发发态态3s3p5 S0 S1 T1 M=1 M=1 M=3 S-电子的总自旋量子数电
4、子的总自旋量子数第5页,本讲稿共47页对同一物质,物质所处的多重态不同,性质明显不同1S态磁场中不分裂,抗磁性;T态分子磁场中分裂,顺磁性;2 电子在不同的(单、多重)态间跃迁需换向,不易发生;3 各状态能量高低:S2T2S1T1S04 S0T1跃迁禁阻,但是S1 和T1发生互换后,T1 S0跃迁可产生磷光;Jablonski 能级图能级图6第6页,本讲稿共47页1.振动驰豫振动驰豫(vibrational level relaxation,VR)Jablonski 能级图能级图2.内转换内转换(internal conversion,IC)7.外转换外转换(external conversi
5、on,EC)分子的去激发过程分子的去激发过程 (绿色虚线)(绿色虚线)4.系间窜跃系间窜跃(intersystem crossing,ISC)(黑色虚线)(黑色虚线)7第7页,本讲稿共47页5.分子荧光分子荧光(vibrational level relaxation,VR)Jablonski 能级图能级图6.延迟荧光延迟荧光(prompt fluorescence)7.分子磷光分子磷光(delayed fluorescence,DF)分子的去激发过程分子的去激发过程8第8页,本讲稿共47页1 荧光激发光谱荧光激发光谱固定发射波长em,扫描激发波长ex而获得的荧光强度If-激发波长的关系曲线;
6、反应了不同激发波长激发荧光的相对效率;7.2.2 分子荧光的性质分子荧光的性质Ifex2 荧光发射光谱荧光发射光谱固定激发波长em,扫描发射波长em而获得的荧光强度If-发射波长的关系曲线;反应了不同发射波长激发荧光的相对效率;Ifem本质:吸收光谱本质:荧光发射光谱Ifex和Ifem可组成两维光谱,用于选择条件。9第9页,本讲稿共47页a)单色器改变em,同一荧光物质Ifex曲线形状不变,只是灵敏度有变化,即曲线高低变化;b)理论上,ex(max)和和 abs(max)相等,激发光谱和吸收光谱相同;a)荧光光谱的形状(Ifem曲线)和激发波长ex无关,b)分子荧光的em总比其相应的ex长,这
7、种波长的位移表明荧光激发和发射之间的能量损失,称为Stokes位移;c)荧光光谱和吸收光谱有镜像关系(mirror image)荧光激发光谱特点:荧光激发光谱特点:荧光(发射)光谱特点荧光(发射)光谱特点:10第10页,本讲稿共47页7.2.3 分子荧光的参数分子荧光的参数1 荧光寿命荧光寿命(fluorescence lifetime)2 荧光量子产率荧光量子产率 f(quantum efficiency)反映了荧光物质发射荧光的能力;处于激发态的荧光体返回基态之前停留在激发态的平均时间,用表示;激发态分子数目衰减到原来的1/e时所经历的时间。当 t=,有63激发态分子去激实验测定实验测定:
8、ln(I0/It)t作回归曲线,斜率1/便可求出便可求出11第11页,本讲稿共47页1 荧光强度与浓度荧光强度与浓度荧光分析是微量组分或痕量组分分析方法,当浓度增至吸光度A 0.05,产生浓度效应和自吸效应,If与c的关系偏离线性!7.2.4 荧光强度的主要影响因素荧光强度的主要影响因素荧光强度的影响因素荧光强度的影响因素12第12页,本讲稿共47页什么分子产生荧光?什么分子产生荧光?强荧光分子都具有大的共轭键以及供 电子取代基和刚性平面结构,什么分子不产生荧光?什么分子不产生荧光?饱和化合物与只有孤立双键的化合物2 荧光与分子结构荧光与分子结构荧光强度的影响因素荧光强度的影响因素13第13页
9、,本讲稿共47页(1)共轭)共轭键体系键体系荧光最强,环越大,发光越强,发光峰红移程度越大共轭环数相同的芳香族化合物,线性环结构的荧光波长比非线性长14短长第14页,本讲稿共47页(2)刚性平面结构)刚性平面结构i)强荧光分子多具有刚性平面结构:减少自身的振动,与溶剂分子或其他溶质的作用减少,较少碰撞几率;ii)很多同分异构体的反式具有平面结构,通常为荧光物质,而顺式非平面结构不发荧光。15 f-荧光量子产率 0f1第15页,本讲稿共47页(3)取代基效应)取代基效应 供电子取代基使荧光加强基团:NH2,NHR,NR2,OH,OR,CN等n电子云与芳环上的电子轨道平行,形成了p 共轭,扩大共轭
10、体系。但是基团中的n电子转化为共盐后,它们的荧光均大为减弱。16第16页,本讲稿共47页吸电子取代基使荧光减弱,磷光增强基团:COOH,CO,NO2,SH及重氮基等。n电子云并不与芳环上的电子云共平面,不能构成 p共轭,荧光发射弱;重原子效应:而芳环上取代卤素后系间窜跃较为强烈,相应荧光随卤数原子量的增加而减弱,磷光相应增强。17第17页,本讲稿共47页(4)电子跃迁类型)电子跃迁类型 含O、N、S等杂原子的有机物如喹啉和芳酮类化合物含有非键电子n,电子跃迁多为n*型,系间窜跃强,荧光很弱或不发荧光;不含含O、N、S原子的有机体多发生 *类型跃迁,荧光辐射强!3 荧光猝灭荧光猝灭荧光猝灭(fl
11、uorescence quenching):荧光分子与溶剂或其他物质分子作用使荧光强度减弱的现象猝灭剂(quencher):能使荧光猝灭的物质静态猝灭:动态猝灭:基态荧光分子M和猝灭剂Q反应生成非荧光物质MQ激发态M*和Q碰撞发生能量转移而失去荧光性荧光强度的影响因素荧光强度的影响因素18第18页,本讲稿共47页常见的猝灭类型常见的猝灭类型(1)自猝灭:自猝灭:i.荧光物质分子M*和它的基态M碰撞引起猝灭;ii.荧光物质的自吸收,S1激发态的分子发射的荧光被处于基态M的分子所吸收,使荧光强度降低。iii.荧光物质分子的缔合。某些荧光体分子处于基态时会形成二聚体或多聚体,或者激发态分子S1与基态
12、分子M形成激发态二聚体1(M*M)。(2)电荷转移猝灭:)电荷转移猝灭:激发态分子发生氧化还原反应19第19页,本讲稿共47页(3)转入三重态猝灭转入三重态猝灭经系间窜跃进入三重态的分子,多余的能量消耗在碰撞之中使荧光猝灭。溴化物和碘化物由“重原子效应”,促使荧光分子的激发单重态转入激发三重态,导致荧光的猝灭;氧分子也会增强使荧光物质系间窜跃,氧分子是荧光最常见的 猝灭剂。(4)光化学反应猝灭光化学反应猝灭某些光敏物质在紫外或可见光的照射下易发生化学反应或预离解跃迁;DNA、多糖类和蛋白质等物质在UV和VIS下可引起光解作用。20第20页,本讲稿共47页4.温度、酸度、溶剂和表面活性剂的影响温
13、度、酸度、溶剂和表面活性剂的影响荧光强度的影响因素荧光强度的影响因素温度温度对于溶液的荧光强度有着显著的影响。温度降低,分子运动速度变慢,从而使荧光和磷光分子与溶剂分子或其它分了的碰撞机率减小,f 和 If 都增大特别是对于分子磷光,室温下很难观察到磷光,一般分子磷光都是在低温下测定!21第21页,本讲稿共47页pH值值改变会影响弱酸或弱碱的型体分布,进而影响荧光强度;在荧光分析中一般都要较严格地控制溶液的pH值:溶剂的极性改变溶剂的极性改变也也会使荧光物质 的f发生变化;荧光探针(fluorescence probe)对溶液极性敏感。表面活性剂的影响表面活性剂的影响表面活性剂的浓度增大到CM
14、C时,单体缔结成胶束,保护荧光质点,减小猝灭,使f增大,荧光增强。CMC-临界胶束浓度22第22页,本讲稿共47页7.2.5 荧光定量分析法荧光定量分析法(1)工作曲线法)工作曲线法将标准物质配成一系列标准溶液c并测定它们的相对荧光强度If,以If 对c进行线性回归得到工作曲线。(2)比较法)比较法纯物质:cs、Ifs、If0试液:cx、Ifx23第23页,本讲稿共47页(3)荧光猝灭法)荧光猝灭法对于静态猝灭:对于一定浓度的荧光物质,配制加入一系列不同量的猝灭剂Q,I0f/If 对cQ进行线性回归得到工作曲线.(Q cQ)当cQ(猝灭剂的总浓度)cM(荧光物质总浓度)时,上式成立。24I0f
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