2.分子发光-3.ppt

1 第二章 分子发光光谱法 3 分子荧光 Fluorescence分子磷光 Phosphorescence化学发光 Chemiluminescence molecularluminescenceanalysis 2 2 荧光分析法的应用 1 工作曲线法 荧光猝灭工作曲线法 直接荧光标准曲线法 一 定量分析方法 2 标准对照法 比较法 cx 待测试液浓度cs 标准溶液浓度Ifx 待测试液荧光强度Ifx 标准溶液荧光强度If0 空白试剂荧光强度 依据 IF kc 3 荧光分析的灵敏度比紫外 可见分光光度法高103 104 二 荧光分析法的灵敏度 荧光分析法可通过提高入射光强度或增大检测器的放大倍数提高灵敏度 4 紫外 可见分光光度计 荧光 磷光 分光光度计 5 在光照下会发生荧光的无机化合物很少 主要利用与有机试剂形成的荧光配合物 如Al3 可与8 羟基喹啉配合 三 荧光分析的应用 1 无机化合物的分析 直接荧光测定法 常测定的元素有 Be Al B Ga Se Mg Zn Cd与某些稀土元素 测定的灵敏度有些可以达到10 10 某些元素虽然不与有机试剂形成发荧光的配合物 但是它会与发荧光的配合物争夺配位体 组成不发荧光的配合 使其产生荧光猝灭 由荧光猝灭的强度计算该元素的含量 较常测定的元素有 F S Fe Ag Co Ni Cu Mo W 荧光猝灭测定法 6 2 有机化合物的分析 1 脂肪族有机化合物分子结构较为简单 本身能发生荧光的很少 一般需要与某些试剂反应后才能进行荧光分析 如丙三醇与苯胺在浓硫酸介质中反应生成发射蓝色荧光的喹啉 据此可以测定0 1 2 g mL 的丙三醇 2 芳香族化合物具有共轭的不饱和体系 多能发生荧光 可直接用荧光法测定 7 一 概述磷光分析法是以分子磷光光谱来鉴别有机化合物和进行定量分析的一种方法 磷光分析法在药物分析 临床分析等领域的应用日益发展 磷光的特点 磷光波长比荧光的大 能量T1 S1 磷光寿命比荧光的长 磷光为禁阻跃迁产生 速率常数小 磷光寿命和强度对重原子和氧敏感 2 5磷光分析法 8 二 基本原理 一 磷光的产生和磷光强度1 磷光是处于激发三重态的分子跃迁返回基态时所产生的辐射 2 磷光强度 IP 2 3 PI0 bc 在一定的条件下 p Ip k b均为常数 因此上式可写成 Ip Kc IP 磷光强度 P 磷光效率I 激发光的强度 磷光物质的摩尔吸收系数b 试样池的光程c 磷光物质的浓度 9 二 温度对磷光强度的影响1 随着温度降低 分子热运动速率减慢 磷光增强 2 低温磷光 液氮 由于磷光寿命长 T1的非辐射跃迁 内转换 几率增加 碰撞失活 振动弛豫 的几率 光化学反应几率都增加 从而降低磷光强度 因此有必要在低温下测量磷光 同时要求溶剂 易提纯且在分析波长区无强吸收和发射 低温下形成具有足够粘度的透明的刚性玻璃体 常用的溶剂 EPA 乙醇 异戊烷 二乙醚 2 2 5 IEPA CH3I EPA 1 10 10 三 重原子效应使用含有重原子的溶剂 碘乙烷 溴乙烷 或在磷光物质中引入重原子取代基 都可以提高物质的磷光强度 这种效应称为重原子效应 前者称为外部重原子效应 后者称为内部重原子效应 机理 重原子的高核电荷使磷光分子的电子能级交错 容易引起或增强磷光分子的自旋轨道偶合作用 从而使S1 T1的系间窜跃概率增大 有利于增大磷光效率 11 四 室温磷光低温磷光需低温实验装置且受到溶剂选择的限制 1974年后发展了室温磷光 1 固体基质 在室温下以固体基质 如纤维素等 吸附磷光体 可增加分子刚性 减少三重态猝灭等非辐射跃迁 从而提高磷光量子效率 2 胶束增稳 利用表面活性剂在临界浓度形成具多相性的胶束 改变磷光体的微环境 增加定向约束力 从而减小内转换和碰撞等去活化的几率 提高三重态的稳定性 利用胶束增稳 重原子效应和溶液除氧是该法的三要素 12 3 敏化磷光 其过程可以简单表示为 此法中 被测物质不发射磷光 而是引发受体发光 13 三 磷光分析仪器在荧光仪样品池上增加磷光配件 低温杜瓦瓶和斩光片 如右图所示 杜瓦瓶 提供低温 斩光片 切断激发光 斩光片的作用是利用其分子受激所产生的荧光与磷光的寿命不同获取磷光辐射 转筒式 转盘式 磷光分析仪器示意图 14 1 光学系统与荧光分光光度计的区别 荧光 10 8sec 磷光 1 10 4sec 2 样品池与荧光分光光度计的区别 通常情况下 样品池需要放在盛液氮的石英杜瓦瓶内 来测定低温磷光 15 2 6化学发光分析法 一 概述某些物质在进行化学反应时 由于吸收了反应时产生的化学能 而使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 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 化学发光也发生于生命体系 称为生物发光 16 二 化学发光分析的基本原理 一 化学发光反应的基本要求化学发光是吸收化学反应过程产生的化学能 而使反应产物分子激发所发射的光 任何一个化学发光反应都应包括化学激发和发光两个步骤 必须满足如下条件 1 化学反应必须提供足够的化学能 并被发光物质吸收形成电子激发态 许多氧化还原反应具备此要求 2 吸收了化学能处于激发态的分子 应能释放出光子或能将能量转移给其他分子 该分子能以光的形式释放能量 17 二 化学发光效率 化学效率 发光效率 时刻t的化学发光强度 单位时间发射的光量子数 dc dt分析物参加反应的速率 18 三 化学发光强度与化学发光分析的依据 在化学发光分析中 被分析物相对于发光试剂小得多 对于一级动力学反应 dc dt Kc K为反应速率常数 定量依据 1 在一定条件下 峰值光强度与被测物浓度成线性 2 在一定条件下 曲线下面积为发光总强度 S 其与被测物浓度成线性 19 四 化学发光反应类型1 直接化学发光和间接化学发光直接发光是被测物作为反应物直接参加化学发光反应 生成电子激发态产物分子 此初始激发态能辐射光子 A B C DC C h 式中A或B是被测物 通过反应生成电子激发态产物C 当C 跃迁回基态时 辐射光子 20 间接发光是被测物A或B 通过化学反应生成初始激发态产物C C 不直接发光 而是将其能量转移给F 使F跃迁回基态 产生发光 A B C DC F F EF F h 式中C 为能量给予体 而F为能量接受体 21 2 气相化学发光和液相化学发光按反应体系的状态分类 如化学发光反应在气相中进行称为气相化学发光 在液相或固相中进行称为液相或固相化学发光 在两个不同相中进行则称为异相化学发光 1 气相化学发光主要有O3 NO S的化学发光反应 可用于监测空气中的O3 NO SO2 H2S CO NO2等 臭氧与乙烯的化学发光反应 一氧化氮与臭氧的化学发光反应 2 液相化学发光用于此类化学发光分析的发光物质有鲁米诺 光泽碱 洛粉碱等 例如 利用发光物质鲁米诺 可测定痕量的H2O2以及Cu Mn Co V Fe Cr Ce等金属离子 22 三 装置与技术 装置流程 发光反应可采用静态或流动注射的方式进行 静态方式 用注射器分别将试剂加入到反应器中混合 测最大光强度或总发光量 试样量小 重复性差 流动注射方式 用蠕动泵分别将试剂连续送入混合器 定时通过测量室 连续发光 测定光强度 试样量大 23 四 化学发光分析的应用1 广泛应用于大气中O3 NO NO2 H2O SO2 CO等组分的检测 2 鲁米诺 H2O2体系 可测痕量的Cu2 Mn2 Co2 V4 Fe2 Fe3 Ni2 Ag Au3 Hg2 等3 间接测定某些生物试样 24 五 特点 1 灵敏度极