荧光 光度分析法测定维生素B2---全.ppt.ppt
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1、荧光分析法简述荧光分析法简述指导教师:赵成国指导教师:赵成国一一 、概、概 述述 什么是荧光呢?什么是荧光呢?当某些物质被光照射后,当某些物质被光照射后,它会吸收一定频率的光,而发射出它会吸收一定频率的光,而发射出波长更长波长更长的的光,当光停止时,发射光也随即消失,这就是光,当光停止时,发射光也随即消失,这就是荧光现象荧光现象,它发出的光就叫,它发出的光就叫荧光荧光。第一次发现。第一次发现荧光现象的是荧光现象的是1616世纪西班牙的内科医生和植物世纪西班牙的内科医生和植物学家学家莫纳德斯莫纳德斯 (N.MonardesN.Monardes),在一种木头在一种木头切片的水溶液中,看到了极为可爱
2、的天蓝色,切片的水溶液中,看到了极为可爱的天蓝色,以此开始了荧光研究。以此开始了荧光研究。直直到到18521852年年在在考考察察奎奎宁宁和和叶叶绿绿素素的的荧荧光光时时,用用分分光光计计观观察察到到其其荧荧光光的的波波长长比比入入射射光光的的波波长长稍稍长长些些,才才判判明明这这种种现现象象是是这这些些物物质质在在吸吸收收光光能能后后重重新新发发射射不不同同波波长长的的光光,而而不不是是由由光光的的漫漫射射作作用用所所引引起起的的,才才确确立立了了荧荧光光是是光光发发射射的的概概念念。到到1919世世纪纪末末人人们们已已经经知知道道了了包包括括荧荧光光素素、曙曙红红、多多环环芳芳烃烃等等60
3、0600种种以以上上的的荧荧光光物物质。质。2020世世纪纪以以来来,荧荧光光现现象象被被研研究究得得更更多多了了,发发现现了了共共振振荧荧光光、增增感感荧荧光光,能能够够进进行行荧荧光光产产率率得得绝绝对对测测定定,还还进进行行了了荧荧光光寿寿命命的的直直接接测定等等。测定等等。二、二、荧光发生荧光发生机理机理 当当一一些些物物质质被被光光照照射射后后,物物质质的的分分子子吸吸收收光光以以后后,便便以以基基态态跃跃迁迁到到激激发发态态,成成为为激激发发分分子子,然然后后通通过过相相互互碰碰撞撞或或和和其其它它溶溶剂剂分分子子碰碰撞撞等等去去活活化化的的过过程程而而消消耗耗了了能能量量,回回到
4、到第第一一激激发发态态的的最最低低振振动动能能级级,这这种种跃跃迁迁称称为为无无辐辐射射跃跃迁迁,它它不不会会发发光光。当当电电子子由由激激发发态态的的最最低低振振动动能能级级跃跃迁迁回回基基态态的的不不同同振振动动能能级级时时,则则以以荧荧光光的的形形态态发出能量。发出能量。1.1.激激 发发 通常在室温下物质分子通常在室温下物质分子大部分处于基态的最低振动大部分处于基态的最低振动能级(能级(=0=0)。当电子吸。当电子吸收一定频率的电磁辐射发生收一定频率的电磁辐射发生能级跃迁时,可上升至不同能级跃迁时,可上升至不同激发态的各振动能级,其中激发态的各振动能级,其中大部分分子上升至第一激发大部
5、分分子上升至第一激发单重态(单重态(S S1 1 ),这一过程),这一过程称为激发。称为激发。2.2.去活化过程去活化过程 处于激发态的分子是不稳定,它可以通过处于激发态的分子是不稳定,它可以通过不同的途径回到基态,这一过程称为去活化。不同的途径回到基态,这一过程称为去活化。去活化过程有以下几种:去活化过程有以下几种:(1 1)振动驰豫)振动驰豫 溶液中分子间碰撞机会很溶液中分子间碰撞机会很多,通过碰撞溶质分子将过剩的能量转移给溶多,通过碰撞溶质分子将过剩的能量转移给溶剂分子,通过非辐射跃迁而降至同一能态的最剂分子,通过非辐射跃迁而降至同一能态的最低振动能级,这一过程称为振动驰豫。低振动能级,
6、这一过程称为振动驰豫。(2)内部转换)内部转换 同一多重态的不同电同一多重态的不同电子能级间可能发生内部转子能级间可能发生内部转换。换。S2 S1或或T2 T1 条件:当条件:当S2较低振动较低振动能级与能级与S1较高振动能级的较高振动能级的能量相当,且发生重叠时能量相当,且发生重叠时分子才有可能分子才有可能S2 S1或或T2 T1 (3 3)荧光发射)荧光发射 处于第一激发的处于第一激发的最低振动能级的分最低振动能级的分子,跃迁回基态的子,跃迁回基态的各振动能级,这一各振动能级,这一过程称为荧光发射。过程称为荧光发射。(4 4)体系间跨越跃迁)体系间跨越跃迁 分子从激发单重态转至能量较低的激
7、发三重分子从激发单重态转至能量较低的激发三重态的过程,称体系间跨越跃迁。态的过程,称体系间跨越跃迁。三重态:电子自旋方向相同三重态:电子自旋方向相同 单重态单重态:电子自旋方向相反电子自旋方向相反 这些分子从第一激发三重态的最低振动能级这些分子从第一激发三重态的最低振动能级下降至第一基态的各振动能级,所发出的辐射下降至第一基态的各振动能级,所发出的辐射即为磷光。即为磷光。1.激发光谱和发射光谱激发光谱和发射光谱 任何荧光化合物都有两个特征性光谱:激任何荧光化合物都有两个特征性光谱:激发光谱和发射光谱发光谱和发射光谱(1 1)激发光谱)激发光谱 绘制激发光谱时,固定荧光的最大发射波绘制激发光谱时
8、,固定荧光的最大发射波长,然后改变激发光的波长,所测得的荧光强长,然后改变激发光的波长,所测得的荧光强度与激发波长的谱线关系即为激发光谱。度与激发波长的谱线关系即为激发光谱。三、荧光的特性三、荧光的特性 (2 2)发射光谱)发射光谱 发射光谱简称荧光光谱。发射光谱简称荧光光谱。绘制发射光谱绘制发射光谱时,固定荧光的最大激发波长,然后改变发射时,固定荧光的最大激发波长,然后改变发射光的波长,所测得的荧光强度与发射波长的谱光的波长,所测得的荧光强度与发射波长的谱线关系即为发射光谱。线关系即为发射光谱。2.2.荧光光谱形状与激发波长无关荧光光谱形状与激发波长无关 由于分子无论被激发到高于由于分子无论
9、被激发到高于S S1 1哪一个激发哪一个激发态,都经过无辐射的振动驰豫或内部转换等过态,都经过无辐射的振动驰豫或内部转换等过程,最终回到程,最终回到S S1 1态的最低振动能级,然后跃迁态的最低振动能级,然后跃迁回基态产生荧光。回基态产生荧光。3.3.吸收光谱和荧光光谱有很好的镜像关系吸收光谱和荧光光谱有很好的镜像关系 由于分子的由于分子的S S0 0态和态和S S1 1态中各振动能级的能量分态中各振动能级的能量分布情况相似决定的。因此吸收光谱和发射光谱的形布情况相似决定的。因此吸收光谱和发射光谱的形状相似。状相似。蒽的吸收光谱和发射光谱蒽的吸收光谱和发射光谱 吸收光谱吸收光谱 发射光谱发射光
10、谱四、荧光与分子结构的关系四、荧光与分子结构的关系()发光分子中要具有共轭()发光分子中要具有共轭键体系键体系 共轭的程度越大,共轭的程度越大,电子越容易激发,分子电子越容易激发,分子放光越容易产生。放光越容易产生。(2 2)具有刚性平面结构分子有利于荧光发射)具有刚性平面结构分子有利于荧光发射 分分子子的的共共平平面面越越大大,其其 电电子子的的共共轭轭程程度度越越大大。如如荧荧光光素素和和酚酚酞酞结结构构十十分分相相似似,荧荧光光素素有有很很强强的的荧荧光光,而而酚酚酞酞没没有有,这这是是由由于于荧荧光光素素有有刚刚性性平平面面结构,减少了分子振动,减少了去活化的概率。结构,减少了分子振动
11、,减少了去活化的概率。(3)取代基的作用)取代基的作用 给电子给电子基基增强荧光增强荧光:OH,OH,NH2,NH2,NHR,NHR,NR2,NR2,CNCN 吸电子基减弱荧光:吸电子基减弱荧光:Br,Br,Cl,Cl,NO2,NO2,N NN,N,COOHCOOH 五、影响荧光强度的因素五、影响荧光强度的因素 1.1.荧光的减退荧光的减退 荧光物质经紫外线长时间照射及空气的氧化荧光物质经紫外线长时间照射及空气的氧化作用,会使荧光逐渐减退作用,会使荧光逐渐减退。2.2.荧光强度与溶液浓度的关系荧光强度与溶液浓度的关系 在稀溶液在稀溶液中:中:F FKcKc F F 为荧光强度为荧光强度 K K
12、检测效率(由仪器决定)检测效率(由仪器决定)c c 为液体的浓度为液体的浓度Fc 高浓度时高浓度时,荧光物质发生熄灭和自吸,荧光物质发生熄灭和自吸收现象,使收现象,使F F与与c c不呈线性关系不呈线性关系3.3.温度的影响温度的影响 温度对荧光强度的影响较敏感。溶液温度温度对荧光强度的影响较敏感。溶液温度下降时,介质的粘度增大,荧光物质与分子的下降时,介质的粘度增大,荧光物质与分子的碰撞也随之减少,去活化过程也减少,则荧光碰撞也随之减少,去活化过程也减少,则荧光强度增加。相反,随着温度上升,荧光物质与强度增加。相反,随着温度上升,荧光物质与分子的碰撞频率增加,使去活化几率增加,则分子的碰撞频
13、率增加,使去活化几率增加,则荧光强度下降。荧光强度下降。带有酸性或碱性官能团的大多数芳香族化带有酸性或碱性官能团的大多数芳香族化合物的荧光一般都与溶液合物的荧光一般都与溶液PHPH值有关,例如:在值有关,例如:在pH=712pH=712的的溶溶液液中中苯苯胺胺以以分分子子形形式式存存在在,会会发发出出蓝蓝色色荧荧光光;而而在在pH2pH13pH13的的溶溶液液中中苯苯胺胺以以离离子形式存在,都不会发出荧光。同时所用酸的种子形式存在,都不会发出荧光。同时所用酸的种类也影响荧光的强度,例如:奎宁在硫酸溶液中类也影响荧光的强度,例如:奎宁在硫酸溶液中的荧光比在盐酸中的要强。的荧光比在盐酸中的要强。4
14、.pH4.pH的影响的影响 许多有机物及金属的有机络合物,在乙醇许多有机物及金属的有机络合物,在乙醇溶液中的荧光比在水溶液中强。乙醇、甘油、溶液中的荧光比在水溶液中强。乙醇、甘油、丙酮、氯仿及苯都是常用的有机溶剂,其中大丙酮、氯仿及苯都是常用的有机溶剂,其中大多有荧光,应设法避免;一般避免的办法是稀多有荧光,应设法避免;一般避免的办法是稀释,或加入一部分水。释,或加入一部分水。5.5.溶溶 剂剂 6.荧光强度达到最高点所需要的时间不同荧光强度达到最高点所需要的时间不同,有,有的反应加入试剂后荧光强度立即达到最高峰。有的反应加入试剂后荧光强度立即达到最高峰。有的反应需要经过的反应需要经过1530
15、1530分钟才能达到最高峰。分钟才能达到最高峰。7 7.有机溶剂中常有产生荧光的杂质,可用蒸馏有机溶剂中常有产生荧光的杂质,可用蒸馏法提纯。橡皮塞、软木塞及滤纸中也常有能溶于法提纯。橡皮塞、软木塞及滤纸中也常有能溶于溶剂的一些带荧光的物质。溶剂的一些带荧光的物质。包包括括有有光光源源、单单色色器器、样样品品池池、检检测测器器和和记录显示装置五个部分。记录显示装置五个部分。六、荧光分析仪器的基本组成部件荧光分析仪器的基本组成部件 激发光源应具有足够的强度、适用波长范围激发光源应具有足够的强度、适用波长范围宽、稳定等特点。常用的光源有高压汞灯和氙弧宽、稳定等特点。常用的光源有高压汞灯和氙弧灯。灯。
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