师范仪器分析考试重点分子发光分析法

1、1,教学内容： 1、荧光分析法原理 2、荧光分析仪器 3、荧光分析法及其应用 4、磷光分析法 5、化学发光分析法 重点：荧光、磷光的产生 难点：荧光、磷光的产生,2,教学要求: 1、掌握荧光、磷光的产生过程 2、掌握荧光、磷光光谱的区别 3、掌握荧光、磷光分析法的应用 4、理解荧光、磷光光谱仪的结构 5、掌握化学发光的反应类型 6、掌握化学发光分析法的应用,3,参考书目： 1、仪器分析教程 北京大学化学系仪器分析教学组 北京：北京大学出版社，1997. 2、仪器分析 （第2版）刘密新 罗国安 张新荣等 北京：清华大学出版社，2002. 3、仪器分析 （第3版）朱明华 北京：高等教育出版社，20

2、00.,4,分子发光分析法,处于基态的分子吸收能量被激发至激发态，通过测量被激发分子回到基态所发射的光辐射进行定量分析的方法。 荧光分析 磷光分析 化学发光分析,5,一、荧光产生的机理 光致发光,第一节 荧光分析法原理,6,分子能级与跃迁 分子能级: 电子能级、振动能级、转动能级 分子轨道：成键轨道、反键轨道 基态激发态,7,2.电子激发态的多重度,激发单重态： 电子自旋配对M=2s+1=1 单重态 以S1，S2表示,基态： 电子自旋配对M=2s+1=1 单重态 以S0表示,激发三重态： 电子自旋不配对M=2s+1= 三重态 以T1，T2表示,8,激发单重态与激发三重态,9,3.分子的去活化过

3、程激发态基态的能量传递途径,传递途径,辐射跃迁,无辐射跃迁,荧光,磷光,振动 弛豫,内转换,系间 窜跃,外转换,（1）非辐射能量传递过程,振动弛豫 同一电子能级内, 由高振动能级跃迁至低振动能级，以热的形式释放能量。 10 -12 s。,通过内转换和振动弛豫，高激发单（或三）重态的电子跃回第一激发单（或三）重态的最低振动能级。,内转换 在相同多重态内，电子在不同电子能级间的无辐射跃迁。(S2 S1, T2 T1) 10 1 s,系间窜跃 不同多重态，有重叠的振动能级间的非辐射跃迁。(S1 T1) 禁阻跃迁 10 s,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

4、换使荧光或磷光减弱或“猝灭”。,13,（2）辐射能量传递过程,荧光发射 电子由第一激发单重态的最低振动能级基态各振动能级（ S1 S0）。 发射荧光的能量比分子吸收的能量小 波长： 3 1 2 ； 10-710 -9 s ； 光照停止，荧光发射停止。,14,磷光发射,电子由第一激发三重态最低振动能级基态各振动能级（ T1 S0跃迁）； 发射磷光的能量比分子吸收的能量小 波长： 4 1 2 ； 禁阻跃迁； 10-410 s ； 光照停止后，可持续一段时间。,15,S0 T1：（ 禁阻跃迁） S0 激发 S 系间窜跃 T1 （高振动能层 )振动弛豫 T1 （ 低振动能层）,16,二、激发光谱与荧光

5、(磷光)光谱,荧光(磷光)：光致发光 任何荧（磷）光物质都具有两种特征光谱： 激发光谱与发射光谱 它们是荧（磷）光定性定量分析的基础。,17,1.荧光(磷光)的激发光谱曲线,固定测量荧光波长(最大发射波长) 改变激发光波长，测量荧（磷）光的强度变化。 应用：选择最适宜的激发光波长，用于定量分析。,lex,18,形状相同 性质不同： 激发光谱曲线：荧光强度与波长的关系曲线，吸收曲线：吸光度与波长的关系曲线。,激发光谱曲线与吸收曲线,19,2.发射光谱荧光光谱(或磷光光谱),固定激发光波长(最大激发波长) 测定不同波长处的荧光强度 应用: 定性分析,3.荧光光谱的特性,a .Stokes位移 荧光

6、波长激发光波长 (无辐射跃迁) b.荧光光谱的形状与激发光波长无关 分子吸收能量跃迁到不同激发态产生不同吸收带( 2 , 1) 第一激发单重态的最低振动能级跃迁回基态产生荧光( 3 )。 c. 镜像规则 通常荧光光谱与吸收光谱成镜像对称关系。,22,200,250,300,350,400,450,500,吸收光谱,荧光光谱,nm,蒽的激发光谱和荧光光谱,例：基态零振动能级与第一激发态的第二振动能级之间的能量差最大，吸收峰波长最短，相反,第一激发态的零振动能级与基态的第二振动能级之间的能量差最小，荧光峰波长最长。,S1,S0,荧光光谱：基态各振动能层分布 吸收光谱：第一激发态各振动能层分布,2

7、1 0,2 1 0,24,三、荧光的产生与分子结构的关系,1.分子产生荧光必须具备的条件 （1）能吸收紫外-可见光； （2）具有一定的荧光量子产率。 荧光量子产率（f）：,25,2.荧光与分子结构的关系,（1）跃迁类型： 不含杂原子的芳香族化合物和共轭烯烃： * 含杂原子的烯烃：n * （2）共轭效应：共轭体系增加，荧光效率增加, 红移。 （3）刚性平面结构：降低分子振动，减少碰撞去活化的可能性, 荧光增强。 （4）取代基效应： 芳环上有供电基：p- 共轭，荧光增强,红移。 吸电基： S1T1增强,荧光减弱，磷光增强。 重原子效应：荧光减弱，磷光增强。,26,四、影响荧光强度的因素,1. 荧光

8、强度与溶液浓度的关系 If = Ia 根据朗伯-比尔定律 Ia = I0 - It = I0(1- e - l C) 极稀的溶液中，If = K c,27,2. 影响荧光强度的因素,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，外转换去活化的几率增加。 3. 溶液pH 对酸碱化合物，溶液pH影响较大，需严格控制； 4.荧光的猝灭,28,第二节 荧光分析仪器,四个部分：激发光源、试样池、双单色器系统、检测器 特殊点：有两个单色器，光源与检测器通常成直角。,光源：氙灯和高压汞灯，激光 单色器： 激发单

9、色器：选择激发光波长 发射单色器：选择荧光波长 试样池：石英 检测器：光电倍增管,29,第三节 荧光分析方法与应用1.定量分析,(1)定量依据 If = Kc （2）定量方法 校准曲线法 标准对照法,30,2. 特点,（1）灵敏度高 比紫外-可见分光光度法高24个数量级； If = Kc A = lg(I0/I)= ebc （2）选择性强 既可依据发射光谱，又可根据激发光谱； （3）试样量少 缺点：应用范围小。,31,3.荧光分析法的应用,(1)无机化合物的分析 与有机试剂配合物后测量；可测量约60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

10、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,32,33,34,第四节 磷光分析,一、磷光分析法原理 T1S0,35,1.磷光的特点 波长：磷光荧光 寿命：磷光荧光（ S1T1S0) 磷光的寿命和辐射强度对于重原子和顺磁性离子敏感。,36,2.低温磷光 3.重原子效应 4.室温磷光,38,二、磷光的检测,荧光计上配上磷光测量附件即可对磷光进行测量。,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）采用脉冲光源和可控检测及时间分辨技术。,39,

11、三、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） 2.农药、生物碱、植物生长激素的分析 烟碱、降烟碱、新烟碱 3.药物分析和临床分析,40,41,42,第五节 化学发光分析法,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。,43,一、化学发光分析的基本原理,AP * P + h 化学激活 发光,44,1.直接化学发光和间接化学发光 （1）直接化学发光 A + B C* + D C* C + h （2）间接化学发光 A + B C* + D C*+F F* + E F* F + h,二、化学发