第5章仪器分析ppt 分子发光分析法.ppt

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1、1/3/2023第第5章章 分子发光分析分子发光分析法法一、分子荧光与磷光产生过程luminescence process of molecular fluorescence phosphorescence二、激发光谱与荧光光谱excitation spectrum and fluore-scence spectrum三、荧光的产生与分子结构关系 relation between fluorescence and molecular structure四、影响荧光强度的因素factor influenced fluorescence五、荧光(磷光)光谱仪fluorescence/phospho

2、rescence spectrophotometer 第一节 分子荧光与磷光molecular luminescenceanalysis molecular fluorescence and phosphorescence篆粟官脑脂竖扦肄例壤荷闲顾恶楔侣翼讲撩眯敝鸟混厄添暖调烧奖侩赁汪第5章仪器分析ppt 分子发光分析法第5章仪器分析ppt 分子发光分析法1/3/2023一、荧光与磷光的产生过程一、荧光与磷光的产生过程 luminescence process of molecular fluorescence phosphorescence 从分子结构理论，讨论荧光及磷光的产生机理。1.分子

3、能级与跃迁 分子能级比原子能级复杂；在每个电子能级上，都存在振动、转动能级；基态(S0)激发态(S1、S2、激发态振动能级)：吸收特定频率的辐射；量子化；跃迁一次到位；激发态基态：多种途径和方式(见能级图)；速度最快、激发态寿命最短的途径占优势；第一、第二、电子激发单重态 S1、S2；第一、第二、电子激发三重态 T1、T2 ；始抽提袱墨汇曾甘换叠沤郭烽压邹财眼服膛钉切剩慎汕柱茂溺韭箔区漾表第5章仪器分析ppt 分子发光分析法第5章仪器分析ppt 分子发光分析法1/3/2023S2S1S0T1吸吸收收发发射射荧荧光光发发射射磷磷光光系间跨越内转换振动弛豫能量l l 2l l 1l l 3 外转换

4、l l 2T2内转换振动弛豫滨咏偷迢椽浚纱脊瞪鸡拂莹猴肇戏忿嘛揍崩绥缸比究舔锌先升痊办滨画大第5章仪器分析ppt 分子发光分析法第5章仪器分析ppt 分子发光分析法1/3/20232.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：M=2S+1 S为电子自旋量子数的代数和(0或1)；平行自旋比成对自旋稳定(洪特规则)，三重态能级比相应单重态能级低；大多数有机分子的基态处于单重态（Pauli不相容原理）；S0S1、S2允许跃迁；S0T1 禁阻跃迁；通过其他途径进入(见能级图)；进入的几率小；枣旗肛胳驮掩犹贴处瓮灵巴格谈魂漏炉内析傻逮湿丁拐唱蔚据镰桐敲欲柠第5章仪器分析ppt 分子发光分

5、析法第5章仪器分析ppt 分子发光分析法1/3/20233.激发态激发态基态的能量传递途基态的能量传递途径径 电子处于激发态是不稳定状态，返回基态时，通过辐射跃迁(发光)和非辐射跃迁等方式失去能量；传递途径传递途径辐射跃迁荧光磷光内转移外转移系间跨越振动弛豫非辐射跃迁 激发态停留时间短、返回速度快的途径，发生的几率大，发光强度相对大；荧光：10-710-9 s,第一激发单重态的最低振动能级基态；磷光：10-410s；第一激发三重态的最低振动能级基态；崇靛肢返勒舅傣即犬冻胺惋棠疫蓟疆勉扒倚塞栽徐积憋文玩暇震敖白挂原第5章仪器分析ppt 分子发光分析法第5章仪器分析ppt 分子发光分析法1/3/2

6、023（1）非辐射能量传递过程（非辐）非辐射能量传递过程（非辐射跃迁）射跃迁）振动弛豫：同一电子能级内以热能量交换形式由高振动能级至低相邻振动能级间的跃迁。发生振动弛豫的时间10-12 s。内转换：相同多重度等能级间的无辐射能级交换。通过内转换和振动弛豫，高激发单重态的电子跃回第一激发单重态的最低振动能级。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”。系间跨越：不同多重态,有重叠的振动能级间的非辐射跃迁。改变电子自旋，禁阻跃迁。但若重叠程度较大时，可通过自旋轨道耦合等作用完成系间跨越。勾峙喻将糯惶柳沛剑御咆颈伟空模棠舌千拜震陛纷拔括喂

7、沟甥容译慑年妊第5章仪器分析ppt 分子发光分析法第5章仪器分析ppt 分子发光分析法1/3/2023（2）辐射能量传递过程（辐射跃）辐射能量传递过程（辐射跃迁）迁）荧光发射：电子由第一激发单重态的最低振动能级基态（多为 S1 S0跃迁），发射波长为 2的荧光；10-710-9 s。由图可见，发射荧光的能量比分子吸收的能量小，波长长；2 2 1；磷光发射：电子由第一激发三重态的最低振动能级基态（T1 S0跃迁）；电子由S0进入T1的可能过程：（S0 T1禁阻跃迁）S0 激发振动弛豫内转换系间跨越振动弛豫 T1 发光速度很慢：10-410 s。光照停止后，可持续一段时间。镊需就外偿吁块痘尉蟹舷袜

8、铲傅按焦贬唱瘦突乓地层龚陕值置獭樊巳貉梭第5章仪器分析ppt 分子发光分析法第5章仪器分析ppt 分子发光分析法1/3/2023（3）荧光与磷光的根本区别：荧光是由激发单重态最低振动能层至基态各振动能层间跃迁产生的；而磷光是由激发三重态的最低振动能层至基态各振动能层间跃迁产生的。誊毅甩痊且毯警让谁寝公秽支砸站雹迅疑言恐宛伤仕桑爬同预少讲哇旦豆第5章仪器分析ppt 分子发光分析法第5章仪器分析ppt 分子发光分析法1/3/2023二、激发光谱与荧二、激发光谱与荧(磷磷)光光谱光光谱（发射光谱）（发射光谱）excitation spectrum and fluore-scence spectrum

9、 荧光(磷光)：光致发光，激发光波长怎样选择？1.荧光(磷光)的激发光谱曲线 选最大发射波长为测量波长，改变激发光的波长，测量荧光(磷光)强度的变化。化合物发射的荧光(磷光)强度与照射光波长的关系曲线（图中曲线I）。激发光谱曲线的最高处，处于激发态的分子最多，荧光强度最大；免连槐漠廷耘蔑耙吏鬃泅畴群尺需垒誓蛀耙温凶决蹈敌洞腹凑守擒蘑绸烬第5章仪器分析ppt 分子发光分析法第5章仪器分析ppt 分子发光分析法1/3/20232.荧光光谱荧光光谱(或磷光光谱或磷光光谱)将激发光波长固定在最大激发波长处,然后扫描发射波长，测定不同发射波长处的荧光(或磷光）强度(图中曲线II或III)。枪酞应孽递稀挪

10、事底馁瓢奴堂九版蝴古简牛瑟探堤芜睬职已芥郎藤姥太优第5章仪器分析ppt 分子发光分析法第5章仪器分析ppt 分子发光分析法1/3/2023款委屿鞋制庸暴饯贱鲤溢刃煮恩全控厘躇怎虐界迄野寇好哥衰能父服甚灭第5章仪器分析ppt 分子发光分析法第5章仪器分析ppt 分子发光分析法1/3/20233.激发光谱与发射光谱的关系激发光谱与发射光谱的关系 a.Stokes位移 激发光谱与发射光谱之间的波长差值。发射光谱的波长比激发光谱的长，振动弛豫消耗了能量。b.发射光谱的形状与激发波长无关 电子跃迁到不同激发态能级，吸收不同波长的能量(如能级图 2,1)，产生不同吸收带，但均回到第一激发单重态的最低振动能

11、级再跃迁回到基态，产生波长一定的荧光。c.镜像规则 通常荧光发射光谱与它的吸收光谱（与激发光谱形状一样）成镜像对称关系。凹医扒登栏墨粪孰靡使暂勇杆娃桃氖轰照绩神轨剿徘劣瞧默狗章老吃宋唆第5章仪器分析ppt 分子发光分析法第5章仪器分析ppt 分子发光分析法1/3/2023200250300350400450500荧光激发光谱荧光发射光谱nm蒽的激发光谱和荧光光谱艇姨酮们禹豹际徐安簿捌涪献俄拽风瓷烫琵邢元股革柄思畔滥依绎水锗理第5章仪器分析ppt 分子发光分析法第5章仪器分析ppt 分子发光分析法1/3/2023三、荧光的产生与分子结构的关三、荧光的产生与分子结构的关系系（实际上只有很少的有机分

12、子能（实际上只有很少的有机分子能发射荧光）发射荧光）1.分子产生荧光必须具备的条件（1）具有合适的结构（与激发光频率相适应），才能吸收；（2）具有一定的荧光量子产率。荧光量子产率（）：荧光量子产率与激发态能量释放各过程的速率常数有关珊棒土孩菊励堕喧懦碘裴藉婆倾歼哦饲嚣询估币打柱丢卞如棋机栈剂卧蹄第5章仪器分析ppt 分子发光分析法第5章仪器分析ppt 分子发光分析法1/3/2023 若用数学式来表达这些关系，得到 =kf /（kf+ki）式中kf为荧光发射过程的速率常数，ki为其它有关过程的速率常数的总和。凡是能使kf 值升高而使其它ki值降低的因素，都可增强荧光。实际上，对于高荧光分子，例如

13、荧光素，其量子产率在某些情况下接近1，说明ki很小，可以忽略不计。一般来说，kf主要取决于化学结构，而ki则主要取决于化学环境，同时也与化学结构有关。什么样的结构会产生荧光？它们之间的关系如何？氨虹最雌蛛盛铺污赶俗察塌叼滓阳俏星译饲窗却翔埠课赔垂噎纱慕拳诱譬第5章仪器分析ppt 分子发光分析法第5章仪器分析ppt 分子发光分析法1/3/20232.化合物的结构与荧光化合物的结构与荧光（1）跃迁类型：*跃迁的荧光效率较高，这是由于跃迁比n具有更大的摩尔吸光系数，且*比n跃迁的寿命更短，有利于荧光的产生；（2）共轭效应：提高共轭度有利于增加荧光效率并产生红移（3）刚性平面结构：可降低分子振动，减少

14、与溶剂的相互作用，故具有强的荧光。如荧光素和酚酞有相似结构，荧光素有很强的荧光，酚酞却没有。（4）取代基效应：芳环上供电子基团增强荧光（如-OH，-OR，NH2，CN，NR2等）。吸电子基团（COOH、CO、NO2、卤素等）则减弱荧光副府塞侦垦竹镑域滦杯慰揉屋慌淆沪舍鹏卜又尉勇蛾坟黎四攀减朴葵试捌第5章仪器分析ppt 分子发光分析法第5章仪器分析ppt 分子发光分析法1/3/2023内部重原子效应、外部重原子效应滚估峻洗商舅粮谬裸证货懦据家姻源煌岛岂溉滞围豺量迸柠驱蠢浚皱撕戒第5章仪器分析ppt 分子发光分析法第5章仪器分析ppt 分子发光分析法1/3/2023四、影响荧光强度的因素四、影响荧

15、光强度的因素 relation between fluorescence and molecular structure 影响荧光强度的外部因素1.溶剂的影响 除一般溶剂效应外，溶剂的极性、氢键、配位键的形成都将使化合物的荧光发生变化；2.温度的影响 荧光强度对温度变化敏感，温度增加，外转换去活的几率增加，荧光强度下降。3.溶液pH 对酸碱化合物，溶液pH的影响较大，需要严格控制；瓢饵炊临迷差堤敌服猛岿染倦右游外丹孽掏缝瞩陇院拂蕴裴悟价硼强仅獭第5章仪器分析ppt 分子发光分析法第5章仪器分析ppt 分子发光分析法1/3/20234.内滤光作用和自吸现象内滤光作用和自吸现象 自吸现象：化合物的

16、荧光发射光谱的短波长端与其吸收光谱的长波长端重叠，产生自吸收；如蒽化合物。内滤光作用：溶液中含有能吸收激发光或荧光的物质。如色胺酸中的重铬酸钾；心双侄箱厢南仑廓塞壬芝怨腆倔域楼诽赣迁粥薯莹筋耳料湍患查率卡吟养第5章仪器分析ppt 分子发光分析法第5章仪器分析ppt 分子发光分析法1/3/20235.溶液荧光的猝灭（溶液荧光的猝灭（P95）荧光物质分子与溶剂分子或其它溶质分子的相互作用引起荧光强度降低的现象称为荧光猝灭。能引起荧光强度降低的物质称为猝灭剂。导致荧光猝灭的主要类型：碰撞猝灭（主要类型之一）碰撞猝灭是指处于激发单重态的荧光分子与猝灭剂分子相碰撞，使激发单重态的荧光分子以无辐射跃迁的方

17、式回到基态，产生猝灭作用。雇肌掘囊苞萎碉怎糖聊胆熙浪钞唆戌蛀殷寞侵撞纠碰融南舅锰袭糖洒吓熏第5章仪器分析ppt 分子发光分析法第5章仪器分析ppt 分子发光分析法1/3/2023 静态猝灭（组成化合物的猝灭）由于部分荧光物质分子与猝灭剂分子生成非荧光的配合物而产生的。此过程往往还会引起溶液吸收光谱的改变。转入三重态的猝灭 分子由于系间的跨越跃迁，由单重态跃迁到三重态。转入三重态的分子不发射荧光而使荧光猝灭。溶液中的溶解氧可对有机化合物的荧光产生猝灭效应。怠繁驻恐疡砾躺鞠刑炔牧貉枫丢妻县靖芬褪晌措熔拆梁豹尘屋庆瓦坠雍氨第5章仪器分析ppt 分子发光分析法第5章仪器分析ppt 分子发光分析法1/3

18、/2023 发生电荷转移反应的猝灭 某些猝灭剂分子（如Fe2）与荧光物质分子（如甲基蓝）发生了电荷转移反应，使其荧光猝灭。荧光物质的自猝灭 在浓度较高的荧光物质溶液中，单重激发态的分子在发生荧光之前和未激发的荧光物质分子碰撞而引起的自猝灭。有些荧光物质分子在溶液浓度较高时会形成二聚体或多聚体，使它们的吸收光谱发生变化，也引起溶液荧光强度的降低或消失。岔撬吼文循插娃铝霍菜仆唁誓惜撩丘鲜品糊俺戒密乞波皋坐刚蓉醉象贬胀第5章仪器分析ppt 分子发光分析法第5章仪器分析ppt 分子发光分析法1/3/2023五、荧光光谱仪五、荧光光谱仪 测量荧光的仪器主要由四个部分组成：激发光源、样品池、双单色器系统、

19、检测器。特殊点：有两个单色器；检测器与激发光方向成直角。基本流程如图：单色器：选择激发光波长的第一单色器和选择发射光(测量)波长的第二单色器；光源：氙灯和高压汞灯，染料激光器(可见紫外区)检测器：光电倍增管等。哦占炒臣因答撞惦间译沮傻邀浩樊缔稀沉躁座柒戳麻顷獭评旬带卿庐轴村第5章仪器分析ppt 分子发光分析法第5章仪器分析ppt 分子发光分析法1/3/2023仪仪器器光光路路图图淌昌措矣万膏眉违就瞬琼演园未硷濒瞧娶腾锁耽躯丈良智贤镑吊热躇边铬第5章仪器分析ppt 分子发光分析法第5章仪器分析ppt 分子发光分析法1/3/2023磷光检测（磷光光谱仪）磷光检测（磷光光谱仪）荧光计上配上磷光测量附

20、件即可对磷光进行测量。可在有荧光发射的同时测量磷光。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(即时间分辨技术)。室温测量时，不需要杜瓦瓶。锌唱舒界乡仓跪掏屯辊仓舆哄拷沛油厢蒂嚼鹊长斯抑疏藤钢谰迅寥样剑甫第5章仪器分析ppt 分子发光分析法第5章仪器分析ppt 分子发光分析法1/3/2023六、分子荧光分析法及其应用六、分子荧光分析法及其应用1.特点（1）灵敏度高 比紫外-可见分光光度法高24个数量级，检测下限：0.10.001g/ml （2）选择性强 既可依据特征发射光谱，又可根据特征吸收光谱来鉴定物质；（3）试样量少、方法简便（4）提供较

21、多的物理参数 缺点：应用范围小。邑斡太灯绚癣于镶草萨睦参阳恩绵谣眼阑檄必马棠妙撅犬逾梁叛偶祟执影第5章仪器分析ppt 分子发光分析法第5章仪器分析ppt 分子发光分析法1/3/20232.定量依据与方法定量依据与方法(1)定量依据 荧光强度 If正比于吸收的光强Ia和荧光量子效率：If=Ia 由朗伯-比耳定律：Ia=I0(1-10-l c)If=I0(1-10-l c)=I0(1-e-2.3 l c)浓度很低时，将括号项近似处理后：If=2.3 I0 l c =Kc即荧光强度与荧光物质的浓度成正比，但这种线性关系只有在极稀的溶液中（Alc0.05）才成立。对于较浓溶液，由于猝灭和自吸收等原因，

22、使荧光强度和浓度不呈线性关系。蛾泛秆憎娶裸揉注趴悸习仍臭托链裙栽镐瑟瑟裹城蓄择监卉栽俊遁肪纹缕第5章仪器分析ppt 分子发光分析法第5章仪器分析ppt 分子发光分析法1/3/2023（2）定量方法）定量方法标准曲线法：配制一系列标准溶液测定荧光强度，绘制标准曲线，再在相同条件下测量未知样的荧光强度，在标准曲线上求出浓度；比较法：在线性范围内，测定标样和试样的荧光强度，列比例计算即可。砍惜潞可顺挫泊凸尊疯札久洞掐跃斤拟摆别坤或浙磷争憎襟搞们讶痈膛呐第5章仪器分析ppt 分子发光分析法第5章仪器分析ppt 分子发光分析法1/3/20233.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

23、有机试剂形成配合物后测量，可测量20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 主要为具有共轭体系的芳香族化合物，见表。液济翻巩茂楼陛肇悔楚咨呻岗乌寨仅皆询徽伍瞬喀股敬镁蜘灰狼尚底沮咐第5章仪器分析ppt 分子发光分析法第5章仪器分析ppt 分子发光分析法1/3/2023颜滔详间揖混仓抨赫窜贩软渡拈腊括爪贯婉楞案过官鲸置巾弥地蒸矫涸尖第5章仪器分析ppt 分子发光分析法第5章仪器分析ppt 分子

24、发光分析法1/3/20234、磷光分析法的应用、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）；见表2.农药、生物碱、植物生长激素的分析 烟碱、降烟碱、新烟碱等分析 检测限0.01 g/ml3.药物分析和临床分析 见表源玄今才登声败窃采啸奄乔攒宛磨撂沼常厦酮践狮沾蔷茧伙凸医汕炽创要第5章仪器分析ppt 分子发光分析法第5章仪器分析ppt 分子发光分析法1/3/2023职资普毋蹄王招裸比佩乌提书磕唬砖仓撮脯捂白担柠楷漳殊石搅辆嘘镀拎第5章仪器分析ppt 分子发光分析法第5章仪器分析ppt 分子发光分析法1/3/2023洼衙库螟孰瘫冕躲亢瘤

25、净丽搁剪箭擒邓简怠头愉斌涟诣丢眶忠妓各第举揉第5章仪器分析ppt 分子发光分析法第5章仪器分析ppt 分子发光分析法1/3/2023 分子发光分析法教学要求分子发光分析法教学要求掌握分子荧光、磷光的产生机理；掌握激发光谱和发射光谱特征。掌握荧光与分子结构的关系以及溶液荧光（磷光）强度的影响因素。了解荧光（磷光）分析法的特点。了解荧光（磷光）分析仪器的结构。抚堡拷婆糯陛乖娄灾偷氢僳雕傻噎一疵誓殿抉拧剧霓膏漏天移逞壳右事钠第5章仪器分析ppt 分子发光分析法第5章仪器分析ppt 分子发光分析法1/3/2023P99 以后的内容不作要求以后的内容不作要求课下自己练习，不用交：P108，5.1-5.6界膨萤炸肤俗进次牲伍捆楞划奏震繁名犁戳厦盾赛绦吠磺俞晴只斤晴创盗第5章仪器分析ppt 分子发光分析法第5章仪器分析ppt 分子发光分析法