仪器分析分子发光分析法PPT课件.ppt
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1、关于仪器分析分子发光分析法第一张,PPT共六十一页,创作于2022年6月分子发光分析法分子发光分析法较高激发态较高激发态基基 态态吸收能量吸收能量受激受激退激退激光辐射光辐射分子在退激过程中以光辐射形式释放能量分子在退激过程中以光辐射形式释放能量 5-1 分子发光分析法及其分类分子发光分析法及其分类第二张,PPT共六十一页,创作于2022年6月根据分子受激时所吸收能源及辐射光的机理根据分子受激时所吸收能源及辐射光的机理不同分为以下几类:不同分为以下几类:光致发光:以光致发光:以光能光能来激发而发光来激发而发光 化学发光:以化学发光:以化学反应能化学反应能激发而发光激发而发光化学发化学发 光分析
2、法光分析法 热致发光热致发光、生物发光、电致发光、生物发光、电致发光荧光荧光荧光分析法荧光分析法磷光磷光磷光分析法磷光分析法第三张,PPT共六十一页,创作于2022年6月激发光谱激发光谱和和荧光光谱荧光光谱荧光强度波长(nm)300400500硫酸奎宁的两个光谱Iex,maxfl,max第四张,PPT共六十一页,创作于2022年6月硒硒荧光分光光度法荧光分光光度法GB17378.5-1998(13.1)油类油类沉积物沉积物 荧光分光光度法荧光分光光度法GB17378.5-1998(14.1)石油烃石油烃荧光分光光度法荧光分光光度法GB17378.6-1998(14.1)第五张,PPT共六十一页
3、,创作于2022年6月 5-2 荧光和磷光光谱法荧光和磷光光谱法一、荧光和磷光光谱的产生一、荧光和磷光光谱的产生基态分子光照后,基态分子光照后,价电子跃迁价电子跃迁产生荧光和磷光产生荧光和磷光 基态分子基态分子 价电子跃迁到激发态价电子跃迁到激发态光照激发光照激发去激发光去激发光 *n基基 态态第六张,PPT共六十一页,创作于2022年6月1.电子自旋状态的多重性电子自旋状态的多重性分子中的电子数及自旋方向分子中的电子数及自旋方向基态单重态 S0第一激发单重态 S1S S0 0,S,S1 1,S,S2 2,S,S3 3分别代表基态、第一、分别代表基态、第一、分别代表基态、第一、分别代表基态、第
4、一、二、二、二、二、三激发单重态三激发单重态三激发单重态三激发单重态单重态分子具有抗磁性,激发态的平均寿命约为单重态分子具有抗磁性,激发态的平均寿命约为10-8第七张,PPT共六十一页,创作于2022年6月T1、T2、T3分别表示第一、二、三激发三重态分别表示第一、二、三激发三重态由基态单重态由基态单重态激发三重态,净自旋激发三重态,净自旋 0。这。这种跃迁为禁阻跃迁种跃迁为禁阻跃迁基态单重态基态单重态 S0第一激发三重态第一激发三重态 T1自旋平行自旋平行三重态分子具有顺磁性,激发态的平均寿命约为三重态分子具有顺磁性,激发态的平均寿命约为10-4 1S第八张,PPT共六十一页,创作于2022
5、年6月 2.无辐射去激无辐射去激 外部转移外部转移激发态分子与溶剂分子或溶质分子的激发态分子与溶剂分子或溶质分子的相互作用产生能量转移,荧光或磷光减弱或消失相互作用产生能量转移,荧光或磷光减弱或消失振动驰豫振动驰豫(VR)同一电子能级中,从较高振动能同一电子能级中,从较高振动能级到较低振动能级的过程级到较低振动能级的过程内部转换内部转换(IC)相同的多重态之间的转换相同的多重态之间的转换 S-S系间窜跃系间窜跃(ISC)不同的多重态之间的转换不同的多重态之间的转换S-T 发生系间窜跃电子需转向,发生系间窜跃电子需转向,S1T1间进行,比内间进行,比内部转换困难部转换困难 第九张,PPT共六十一
6、页,创作于2022年6月T1S0ISCVRVRIC吸光吸光 吸光吸光S0S1S2VR:振动驰豫:振动驰豫IC:内部转换:内部转换ISC:系间窜跃:系间窜跃第十张,PPT共六十一页,创作于2022年6月3.辐射去激辐射去激荧光和磷光产生荧光和磷光产生S1或或T1 S0 这种过程叫辐射去激这种过程叫辐射去激 发光(1)荧光荧光:n n从从S1的最低振动能级回到的最低振动能级回到S0各振动能级所产生的各振动能级所产生的光辐射叫荧光光辐射叫荧光第十一张,PPT共六十一页,创作于2022年6月特点:特点:产生速度快,产生速度快,10-910-6s;依赖于外部光源依赖于外部光源 荧荧 激激第十二张,PPT
7、共六十一页,创作于2022年6月T1S0ISCVRVRIC吸光吸光 吸光吸光 荧光荧光图图5-1 分子荧光光谱产生过程示意图分子荧光光谱产生过程示意图S0S1S2VR:振动驰豫:振动驰豫IC:内部转换:内部转换ISC:系间窜跃:系间窜跃第十三张,PPT共六十一页,创作于2022年6月(2)磷光)磷光S1 T1 S0 磷光磷光特点:特点:发光速度慢,约为发光速度慢,约为 10-4 10s,光照停止后,磷光仍可持续一段时间光照停止后,磷光仍可持续一段时间体系间窜跃体系间窜跃体系间窜跃体系间窜跃(isc)(isc)发光发光发光发光第十四张,PPT共六十一页,创作于2022年6月磷光的波长更长磷光的波
8、长更长 磷磷 荧荧 激激 *易产生荧光易产生荧光 n *易产生磷光易产生磷光第十五张,PPT共六十一页,创作于2022年6月T1S0ISCVRVRIC吸光吸光 吸光吸光 荧光荧光 磷光磷光图图5-1 分子荧光、磷光光谱产生过程示意图分子荧光、磷光光谱产生过程示意图S0S1S2VR:振动驰豫:振动驰豫IC:内部转换:内部转换ISC:系间窜跃:系间窜跃VR第十六张,PPT共六十一页,创作于2022年6月二、荧光、磷光与分子结构的关系(一)荧光效率(一)荧光效率 荧光强度常用荧光量子效率荧光强度常用荧光量子效率f 来描述来描述 荧光量子效率荧光量子效率 f=发荧光的分子数发荧光的分子数激发态分子总数
9、激发态分子总数第十七张,PPT共六十一页,创作于2022年6月 f 是一个物质荧光特性的重要参数,反是一个物质荧光特性的重要参数,反映了荧光物质发射荧光的能力,映了荧光物质发射荧光的能力,f 越大,越大,荧光越强,在荧光越强,在01之间。之间。分析上有应用价值的荧光化合物的荧光效率分析上有应用价值的荧光化合物的荧光效率大于大于0.1。第十八张,PPT共六十一页,创作于2022年6月(二)荧光磷光与有机化合物结构的关(二)荧光磷光与有机化合物结构的关系系至今对激发态分子的性质了解不深,无法定至今对激发态分子的性质了解不深,无法定量地描述荧光与分子结构之间的关系量地描述荧光与分子结构之间的关系物质
10、只有吸收了紫外可见光,产生物质只有吸收了紫外可见光,产生 *、n *跃迁,产生荧光跃迁,产生荧光第十九张,PPT共六十一页,创作于2022年6月 *与与n *跃迁相比,摩尔吸收系数跃迁相比,摩尔吸收系数大大102103,寿命短,寿命短 *跃迁常产生较强的荧光,跃迁常产生较强的荧光,n *跃跃迁产生的荧光弱,但可产生系间窜跃,产迁产生的荧光弱,但可产生系间窜跃,产生更强的磷光生更强的磷光第二十张,PPT共六十一页,创作于2022年6月1.共轭体系共轭体系有较强的荧光有较强的荧光具有共轭体系的芳环或杂环化合物具有共轭体系的芳环或杂环化合物,电电子共轭程度越大,越易产生荧光子共轭程度越大,越易产生荧
11、光;环越多,环越多,共轭程度越大共轭程度越大,产生荧光波长越长,发射产生荧光波长越长,发射的荧光强度越强的荧光强度越强第二十一张,PPT共六十一页,创作于2022年6月 f f ex ex/nm/nm emem/nm/nm 0.11 205 278 0.29 286 3100.46 365 400苯苯萘萘蒽蒽 350菲菲线状环结构比非线状结线状环结构比非线状结构的荧光波长长构的荧光波长长第二十二张,PPT共六十一页,创作于2022年6月 多环芳烃是重要的环境污染物,可用荧多环芳烃是重要的环境污染物,可用荧光法测定光法测定 3,4-苯并苯并芘是强致癌物芘是强致癌物 ex ex=386 nm=38
12、6 nm emem=430 nm=430 nm第二十三张,PPT共六十一页,创作于2022年6月2.刚性平面结构刚性平面结构较稳定的平面结构较稳定的平面结构具有强荧光的分子多数有刚性平面结构具有强荧光的分子多数有刚性平面结构荧光素:氧桥把两个荧光素:氧桥把两个环固定在一个平面上,环固定在一个平面上,具有平面结构,强荧具有平面结构,强荧光物质光物质酚酞:无氧桥把两酚酞:无氧桥把两个环固定,不能很个环固定,不能很好的共平面,为非好的共平面,为非荧光物质荧光物质第二十四张,PPT共六十一页,创作于2022年6月例例 1,2-二苯乙烯反式:平面构型 强荧光体顺式:非平面构型 非荧光体第二十五张,PPT
13、共六十一页,创作于2022年6月(三)取代基的类型(三)取代基的类型(1 1)增强荧光的取代基)增强荧光的取代基-OH、-OR、-NH2、-NHR、-NR2等给电子等给电子基团基团由于基团的由于基团的 n 电子(孤对电子)的电子云与电子(孤对电子)的电子云与苯环上的苯环上的 轨道平行,共享了共轭轨道平行,共享了共轭 电子,电子,扩大了共轭体系,使荧光波长长移,荧光强扩大了共轭体系,使荧光波长长移,荧光强度增强度增强第二十六张,PPT共六十一页,创作于2022年6月(2 2)减弱荧光的取代基)减弱荧光的取代基 -COOH、-NO2、-COOR、-NO、-SH 吸电子基团吸电子基团,使荧光波长短移
14、,荧光强度减弱使荧光波长短移,荧光强度减弱芳环上被芳环上被F、Cl、Br、I 取代后,使系间窜跃加强,磷取代后,使系间窜跃加强,磷光增强,荧光减弱。磷光相应增强,这种效应为重原光增强,荧光减弱。磷光相应增强,这种效应为重原子效应。子效应。(3 3)影响不明显的取代基)影响不明显的取代基 -NH3+、-R、-SO3H等等第二十七张,PPT共六十一页,创作于2022年6月三、环境对荧光、磷光的影响三、环境对荧光、磷光的影响 1.溶剂的影响溶剂的影响 不同的溶剂中可能表现出不同的荧光性质不同的溶剂中可能表现出不同的荧光性质 溶剂的极性增强,荧光波长红移,强度增大溶剂的极性增强,荧光波长红移,强度增大
15、 2.温度的影响温度的影响低温下测定,提高灵敏度低温下测定,提高灵敏度 因为辐射跃迁的速率基本不随温度变因为辐射跃迁的速率基本不随温度变;非辐射跃迁随温非辐射跃迁随温度升高显著增大。度升高显著增大。荧光效率会随溶液温度升高下降,强度减弱。荧光效率会随溶液温度升高下降,强度减弱。温度对磷光影响更大温度对磷光影响更大第二十八张,PPT共六十一页,创作于2022年6月3.pH的影响的影响大多数含有酸性或碱性基团的芳香族化合物大多数含有酸性或碱性基团的芳香族化合物的荧光性质受溶液的荧光性质受溶液pH的影响很大的影响很大共轭酸碱对是具有不同荧光性质的两种型体,共轭酸碱对是具有不同荧光性质的两种型体,具有
16、各自的荧光效率和荧光波长具有各自的荧光效率和荧光波长例:例:苯酚苯酚离子化后,离子化后,荧光消失荧光消失pH1有有荧光荧光pH13无荧光无荧光第二十九张,PPT共六十一页,创作于2022年6月但两个苯环相连的化合物,又表现出相反的性质,分子但两个苯环相连的化合物,又表现出相反的性质,分子形式无荧光,离子化后显荧光形式无荧光,离子化后显荧光例:例:苯酚苯酚有荧光有荧光无荧光无荧光另外,表面活性剂也会影响荧光强度和特性第三十张,PPT共六十一页,创作于2022年6月荧光池I I0 0I IIf荧光强度检测器四、荧光强度与荧光物质浓度的关系四、荧光强度与荧光物质浓度的关系 强度为强度为I0的入射光,
17、照射到浓度很稀的荧光的入射光,照射到浓度很稀的荧光物质时物质时,产生荧光,荧光强度产生荧光,荧光强度If 与入射光强度有与入射光强度有下面的关系:下面的关系:If=f Ia=f(I0-I)I Ia a为吸收的辐射强度为吸收的辐射强度为吸收的辐射强度为吸收的辐射强度I I0 0为入射光强度为入射光强度为入射光强度为入射光强度I I 为透射光为透射光为透射光为透射光n n I If f=f f(I I0 0-I-I0 01010-A-A )=f f I I0 0 (1 1-10-10-A-A )I=I=I I0 01010-A-A第三十一张,PPT共六十一页,创作于2022年6月当当A0.05时,
18、方括号中其它各项与第一项相比可忽略不时,方括号中其它各项与第一项相比可忽略不计,上式简化计,上式简化 If=2.3 f I0A =2.3 f I0 bc将上式展开第三十二张,PPT共六十一页,创作于2022年6月当当A 0.05时,时,If与与 f、I0、和和c 有关。对一有关。对一给定物质,当激发光波长和强度一定时,给定物质,当激发光波长和强度一定时,f、I0、和和b为常数,合并为为常数,合并为K If=KC Ip=KC定量分析依据定量分析依据定量分析依据定量分析依据第三十三张,PPT共六十一页,创作于2022年6月荧光强度与物质浓度呈线形关系,荧光强度与物质浓度呈线形关系,If=KC只有在
19、浓度低时使用,荧光物质测定的只有在浓度低时使用,荧光物质测定的是微量或痕量组分,灵敏度高是微量或痕量组分,灵敏度高浓度高时,浓度高时,If与与C不呈线形关系,不呈线形关系,有时有时C增大,增大,If反而降低。因为公式反而降低。因为公式 中后面影响;有时发生荧光猝灭效应中后面影响;有时发生荧光猝灭效应第三十四张,PPT共六十一页,创作于2022年6月荧光猝灭荧光猝灭 荧光物质与溶剂或其它物质之间发荧光物质与溶剂或其它物质之间发生化学反应,或发生碰撞后使荧光强度下生化学反应,或发生碰撞后使荧光强度下降降(荧光效率荧光效率 f 下降下降)称为荧光猝灭。称为荧光猝灭。使荧光强度降低的物质称为荧光猝灭剂
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