同济大学现代仪器分析课件：发光分析

1、2 分子发光分析,2.1 荧光Fluorescence,2.2 磷光Phosphorescence,2.3 化学发光Chemiluminescence,F,P,C,本章作业,2.1 荧光Fluorescence,2.1.1 产生,11:26:54,泡利不相容原理,单重态singlet state: 在磁场中无能级分裂,2.1.1 产生,11:26:54,单重态基态S0,单重态基态S0,泡利不相容原理,三重态triplet state,激发后 S/T两态,激发态,单线态与三线态,Mg的基态与第一激发态,基态,1st激发态,3s,3p,内量子数J有2S+1个取值 (L+S),(L+S-1),(|L

2、-S,L= 0 (用S表示) 1(用P表示) 1 J= 0 1 2, 1, 0,光 谱 项,改变自旋/禁阻/磷光,2.1.1 产生,11:26:54,去活化,2.1.1 产生,11:26:54,去活化,不论开始处于哪个激发S态最后到达S1最低振动能级,2.1.1 产生,11:26:54,去活化,室温无磷光,2.1.1 产生,11:26:54,去活化示意图,2.1.1 产生,11:26:54,去活化演示,e,e,吸收,驰豫,e,e,2.1.1 产生,11:26:54,去活化演示,e,内部转换,e,荧光,e,2.1.1 产生：过程,荧光的产生,e,e,e,e,2.1.2 荧光效率,辐射跃迁概率的大

3、小： f发荧光的分子数/激发态分子总数,提高kf，降低ki 都可增强荧光 分析应用价值f0.1；荧光素的f1,11:26:54,2.1.3 影响因素,分子结构 首要条件有吸收，含共轭双键，通常1个苯环 增大共轭 奈f=0.29， f=310nm 蒽f=0.46， f=400nm 刚性平面结构 芴f1.0； 联二苯f0.2 减少振动和碰撞去活；鳌合物荧光的原理 ，见p138 给/吸电子基增/减荧光，卤素重原子效应大减 p138表9-2,环境因素 溶剂：激发态比基态极性大，溶剂极性增，则荧光红移并增强 奎宁在苯:乙醇:水1:30:1000 温度：影响非常大。 辐射跃迁与T几乎无关，非辐射随T显著增

4、大。 磷光影响更大。 pH： 本身为弱酸碱物质时影响大 p140 其他：表面活性剂增强，溶解氧(增大系间跨跃)降低,有利因素 增大共轭 刚性结构 给电子基团,2.1.3 影响因素,猝灭效应 (1) 碰撞猝灭及能量转移：主要/外部转换热效应 溶剂或溶质分子间发生物理或化学作用导致荧光强度下降,2) 氧熄灭： 顺磁性氧分子，促系间跨跃成三重态,粘度大 温度高,3) 自熄灭/自吸收 自熄：浓度高时，激发态之间相互碰撞 自吸：荧光曲线与吸收曲线重叠时，被基态分子吸收,低浓度,2.1.4 定量关系,泰勒级数展开,常A0.05,If与A 的关系 A与c正比，低浓度,2.1.5 激发光谱与发射光谱,变入射光

5、波长，荧光最强处测If,本质：吸收光谱,固定激发光，测Ift 关系,本质：荧光发射光谱,用于选择条件，可组成两维光谱,2.1.6 荧光仪,光源,单色器1,样品池,单色器2,检测器,放大 与 记录,垂直方向,2.1.6 荧光仪,与分光光度计的主要差别,垂直测量方式, 消除透射光影响,两个单色器，激发和发射，常用光栅,光源：高发射强度。常用氙灯,高灵敏度原因：测量I非A， 提高激发光强度，现代技术测弱光信号,确定量子效率,11:26:54,2.1.6 荧光仪,试样室： 四面光石英池 固体试样架,四面光比色皿,色散系统：光栅 第一单色器选激发光波长 第二单色器选荧光波长,2.1.7 实验技术与应用,

6、时间分辨技术, 各发光体的发光衰减速率不同,光谱重叠，发光寿命不同的组分可分辨与测定,对门控时间扫描，测Ift，测定荧光寿命,根据不同发光体形成速率，消除干扰,Th 0.01g,Zr 20g,Al 100g,2.1.7 实验技术与应用,同步扫描技术,固定波长差，简化荧光光谱，提高选择性,Zr 20g,酪氨酸和色氨酸：荧光光谱严重重叠 60nm, 则显示色氨酸光谱,丁省普通荧光,丁省同步荧光,激发,发射,2.1.7 实验技术与应用,应用,无机物：已有70种元素可分析。 鳌合物法：Be Al B Ga Se Mg 与荧光物质缔合猝灭法：F S Fe Ag 催化荧光法：Cu Be Fe Os H2O

7、2 有机物： 简单有机物与其他有机试剂作用后产生荧光 芳族通常可直接测定,灵敏度：比光度法高23个数量级,2.1.7 实验技术与应用,荧光干扰峰 倍频峰 在激发波长ex的n倍处有荧光发射光谱,苯丙氨酸phe，ex=257nm， n=1,2处有峰， 强度不随浓度变化,ex=257nm,荧光分析：应避开ex光的n倍处,2.1.7 实验技术与应用,仪器实物 www.PerkinE,LS45,LS55,本系仪器简介,2.2.1 产生与光强,2.2 磷光Phosphorescence,T1S0 禁阻跃迁，速率小，寿命长 非辐射概率增大，导致Ip小,磷光：波长更长/寿命更长,2.2.2 温度影响,室温下，

8、T1分子与溶剂碰撞失活，几乎无磷光,液氮中，强荧光。低温磷光分析,室温磷光,2.2.2 温度影响,室温磷光,胶束稳定,固体表面,敏化溶液室温磷光,e,S0,S1,合适的受体A,e,待测物D是能量供体,吸收激发,体系间跨跃S 1 T1,T1,能量转移D* A,e,e,磷光产生A* A+hv,S0,T1,受体A的选择： (1)在供体激发波长范围内，摩尔吸光系数较低 (2)T1能量略低于供体D的T1 (3)量子产率大。常用有1,4-二溴萘,2.2.3 重原子效应,提高Ip: 用含重原子的溶剂(碘乙烷) 分子中引入重原子 internal heavy-atom effect 称为(内外部)重原子效应,

9、高核电荷使电子能级复杂， 电子自旋-规定耦合作用加强 S1T1增加,引入重原子,荧光增强吗,顺磁性物质，氧等,2.2.4 仪器,与荧光仪一体化,试用室:试样池放在液氮杜瓦瓶内 固体表面磷光需特制试样室,磷光镜:一种机械切光装置. 转筒式和转盘式, p88. 本书p142 时间分辨技术, 去荧光,2.2.4 仪器,磷光仪中的2种机械切光器,2.2.4 应用,与荧光法互补 用于药物/临床/环境分析,低温法: 多环芳烃, VK, VB6, VE,固表法: 一种机械切光装置. 多环芳烃, 杂环化合物,2.3.1 概述,化学反应产生激发态分子, 光发射。 用于痕量元素、环境检测、生物医学分析。 与荧光法

10、互补,2.3 化学发光Chemiluminescence,特点： 灵敏度高。 鲁米诺体系测定Cr3+等检测限10-9 g/L,线性范围宽：56个数量级,设备简单：无光源，无需单色器，测发光总量 快速,2.3.2 原理,某种反应产物接受反应能而激发，辐射放能,A + B C* + D C* C + h 快速释放足够能量 (Redox具有过氧化物中间产物的氧化反应) 激发态分子能辐射跃迁,发光效率与强度 生物发光效率高，非生物发光常0.01， 根据确定时间内的发光总强度定量分析,鲁米诺体系许多金属离子有催化,2.3.2 原理液相示例,鲁米诺(3-氨基苯二甲酰肼)体系,max=425nm 可检测10-9 mol/L 的H2O2 过渡金属催化此反应, 发光大大增强。 测Co(II)/Cu(II)/Ni(II)等 0.0140 g/ml,生化反应测氨基酸 AA O2 酮酸 H2O2 NH3 鲁米诺 h,2.3.2 原理气相示例,氮氧化合物化学发光