7分子發(fā)光分析法

1、7 7 分子發(fā)光分析法分子發(fā)光分析法化學(xué)教研室化學(xué)教研室 張威張威主要內(nèi)容主要內(nèi)容 7-1 概述概述 7-2 分子熒光分析法及其原理分子熒光分析法及其原理 7-3 熒光分析儀器熒光分析儀器 7-4 定量分析方法定量分析方法 7-5 化學(xué)發(fā)光分析法化學(xué)發(fā)光分析法 7-6 分子發(fā)光分析法的應(yīng)用分子發(fā)光分析法的應(yīng)用7-1 概述概述 分子發(fā)光分子發(fā)光 分子發(fā)光分析法分子發(fā)光分析法 光致發(fā)光光致發(fā)光 電致發(fā)光電致發(fā)光 生物發(fā)光生物發(fā)光7-2 分子熒光分析法及其原理分子熒光分析法及其原理 一、分子熒光和磷光的產(chǎn)生一、分子熒光和磷光的產(chǎn)生 1.電子自旋狀態(tài)的多重性電子自旋狀態(tài)的多重性 2. 無(wú)輻射躍遷無(wú)輻射

2、躍遷 3. 熒光和磷光光譜的產(chǎn)生熒光和磷光光譜的產(chǎn)生二、分子熒光分析法的基本原理二、分子熒光分析法的基本原理 1.激發(fā)光譜和熒光譜激發(fā)光譜和熒光譜 2.熒光強(qiáng)度及其與濃度的關(guān)系熒光強(qiáng)度及其與濃度的關(guān)系 3.熒光與分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系熒光與分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系 4.影響熒光強(qiáng)度的因素影響熒光強(qiáng)度的因素 具有不飽和基團(tuán)的基態(tài)分子光照后，具有不飽和基團(tuán)的基態(tài)分子光照后，價(jià)價(jià)電子躍遷電子躍遷產(chǎn)生熒光和磷光產(chǎn)生熒光和磷光 基態(tài)分子基態(tài)分子 價(jià)電子躍遷到激發(fā)態(tài)價(jià)電子躍遷到激發(fā)態(tài)1. 電子自旋狀態(tài)的多重性電子自旋狀態(tài)的多重性 單重態(tài)：?jiǎn)沃貞B(tài)：用用 “s0” 表示表示 當(dāng)物質(zhì)受光照射時(shí)，基態(tài)電子能級(jí)躍遷當(dāng)物質(zhì)受光照射時(shí)，

3、基態(tài)電子能級(jí)躍遷至至更高的單重態(tài)，電子自旋方向沒(méi)有改變，更高的單重態(tài)，電子自旋方向沒(méi)有改變，凈自旋凈自旋 = 0 若分子中電子躍遷過(guò)程中伴隨著自旋方向的若分子中電子躍遷過(guò)程中伴隨著自旋方向的改變，由基態(tài)單重態(tài)改變，由基態(tài)單重態(tài)激發(fā)三重態(tài)，凈自旋激發(fā)三重態(tài)，凈自旋 0。這種躍遷為。這種躍遷為禁阻躍遷禁阻躍遷 t1、t2、t3分別表示第一、二、三激發(fā)三重態(tài)分別表示第一、二、三激發(fā)三重態(tài) 2. 無(wú)輻射躍遷無(wú)輻射躍遷 內(nèi)部轉(zhuǎn)換（內(nèi)部轉(zhuǎn)換（ic）相同的多重態(tài)之間的相同的多重態(tài)之間的轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換 s-s 系間竄躍（系間竄躍（isc）不同的多重態(tài)之間不同的多重態(tài)之間的轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換 s-t 振動(dòng)馳豫（振動(dòng)馳豫（vr

4、）同一電子能級(jí)中，從同一電子能級(jí)中，從較高振動(dòng)能級(jí)到較低振動(dòng)能級(jí)的過(guò)程較高振動(dòng)能級(jí)到較低振動(dòng)能級(jí)的過(guò)程 發(fā)生系間竄躍電子需轉(zhuǎn)向，發(fā)生系間竄躍電子需轉(zhuǎn)向，s1t1間進(jìn)間進(jìn)行，比內(nèi)部轉(zhuǎn)換困難行，比內(nèi)部轉(zhuǎn)換困難 t1s0iscvrvrics0s1s23. 熒光和磷光光譜的產(chǎn)生熒光和磷光光譜的產(chǎn)生 s1或或t1 s0 3. 熒光和磷光光譜的產(chǎn)生熒光和磷光光譜的產(chǎn)生 s1或或t1 s0 t1s0iscvrvric 熒光熒光 s0s1s2（2）磷光）磷光 從從t1 s1要改變電子自旋，發(fā)光速度要改變電子自旋，發(fā)光速度慢，約為慢，約為 10-4 10s，光照停止后，磷，光照停止后，磷光仍可持續(xù)一段時(shí)間光仍可

5、持續(xù)一段時(shí)間 分子相互碰撞的無(wú)輻射能量塤耗大，分子相互碰撞的無(wú)輻射能量塤耗大，所以磷光的波長(zhǎng)更長(zhǎng)所以磷光的波長(zhǎng)更長(zhǎng) 磷磷 熒熒 激激 * 易產(chǎn)生熒光易產(chǎn)生熒光 n * 易產(chǎn)生磷光易產(chǎn)生磷光t1s0iscvrvric吸光吸光 吸光吸光 熒光熒光 磷光磷光 分子熒光、磷光光譜產(chǎn)生過(guò)程示意圖分子熒光、磷光光譜產(chǎn)生過(guò)程示意圖s0s1s2vr二、分子熒光分析的基本原理二、分子熒光分析的基本原理 1.激發(fā)光譜和熒光譜激發(fā)光譜和熒光譜 激發(fā)光譜激發(fā)光譜：熒光和磷光均為光致發(fā)光，：熒光和磷光均為光致發(fā)光，合適的激發(fā)光波長(zhǎng)需根據(jù)激發(fā)光譜確合適的激發(fā)光波長(zhǎng)需根據(jù)激發(fā)光譜確定定激發(fā)光譜是在固定熒光波長(zhǎng)下，激發(fā)光譜是

6、在固定熒光波長(zhǎng)下，測(cè)量熒光體的熒光強(qiáng)度隨激發(fā)波長(zhǎng)變化測(cè)量熒光體的熒光強(qiáng)度隨激發(fā)波長(zhǎng)變化的光譜的光譜激發(fā)光譜激發(fā)光譜ii二、分子熒光分析的基本原理二、分子熒光分析的基本原理2.熒光強(qiáng)度及其與濃度的關(guān)系熒光強(qiáng)度及其與濃度的關(guān)系 （1）熒光量子產(chǎn)率）熒光量子產(chǎn)率3.熒光與分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系熒光與分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系 2） 3.熒光與分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系熒光與分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系3.熒光與分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系熒光與分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系 2）3.熒光與分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系熒光與分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系ono23.熒光與分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系熒光與分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系3.熒光與分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系熒光與分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系（1 1）. . 熒光的猝滅熒光的猝滅4.影響熒光強(qiáng)度的因

7、素影響熒光強(qiáng)度的因素*hvhvdddd d)(ddd11* 4.影響熒光強(qiáng)度的因素影響熒光強(qiáng)度的因素4.影響熒光強(qiáng)度的因素影響熒光強(qiáng)度的因素*23mfemfe 4.影響熒光強(qiáng)度的因素影響熒光強(qiáng)度的因素4.影響熒光強(qiáng)度的因素影響熒光強(qiáng)度的因素 （2 2）溫度、酸度和溶劑的影響）溫度、酸度和溶劑的影響c溫度溫度：低溫下測(cè)定，提高靈敏度：低溫下測(cè)定，提高靈敏度c酸度酸度：大多數(shù)含有酸性或堿性基團(tuán)的：大多數(shù)含有酸性或堿性基團(tuán)的芳香族化合物的熒光性質(zhì)受溶液芳香族化合物的熒光性質(zhì)受溶液phph的的影響很大影響很大c溶劑溶劑：極性：極性，f f ， （3 3）表面活性劑的影響：增敏作用）表面活性劑的影響：增

8、敏作用7-3 熒光分析儀器熒光分析儀器 一、基本裝置及主要構(gòu)件一、基本裝置及主要構(gòu)件 光源、單色器、樣品池、狹縫、光源、單色器、樣品池、狹縫、光電倍增管、讀出裝置光電倍增管、讀出裝置 二、二、熒光分光光度計(jì)熒光分光光度計(jì)二、熒光分光光度計(jì)二、熒光分光光度計(jì)微機(jī)化熒光分光光度計(jì)微機(jī)化熒光分光光度計(jì) 圖圖7-4 定量分析方法定量分析方法 一、一、工作曲線法工作曲線法 二、二、比較法比較法 三、三、多組分混合物的熒光分析多組分混合物的熒光分析 四、四、熒光分析的注意事項(xiàng)熒光分析的注意事項(xiàng)一、工作曲線法一、工作曲線法 將已知量的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)與試樣在相同條將已知量的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)與試樣在相同條件下處理，配制一系列

9、標(biāo)準(zhǔn)液，測(cè)定件下處理，配制一系列標(biāo)準(zhǔn)液，測(cè)定它們的相對(duì)發(fā)光強(qiáng)度。它們的相對(duì)發(fā)光強(qiáng)度。 以相對(duì)熒光強(qiáng)度為縱坐標(biāo)，以標(biāo)準(zhǔn)溶以相對(duì)熒光強(qiáng)度為縱坐標(biāo)，以標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度為橫坐標(biāo)液的濃度為橫坐標(biāo)濃度濃度 c1 c2 c3 c4 c5 cx熒光強(qiáng)度熒光強(qiáng)度 if1 if2 if3 if4 if5 ifx二二. 比較法比較法 如果試樣數(shù)量不多，可用比較法進(jìn)行測(cè)量如果試樣數(shù)量不多，可用比較法進(jìn)行測(cè)量 配一標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度為配一標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度為cs， cs與未知液濃度與未知液濃度cx相近，并在相同條件下測(cè)定它們的熒光相近，并在相同條件下測(cè)定它們的熒光強(qiáng)度強(qiáng)度 未知液未知液 if x = kcx 標(biāo)準(zhǔn)液標(biāo)準(zhǔn)液 if s

10、= kcs cscxiifsfx三、多組分混合物的熒光分析三、多組分混合物的熒光分析(1) (1) 如果兩組分的熒光峰相互不干擾如果兩組分的熒光峰相互不干擾, ,可直可直接測(cè)定接測(cè)定 可分別在各自的可分別在各自的 熒熒波長(zhǎng)處測(cè)定波長(zhǎng)處測(cè)定, ,求出它們求出它們的含量的含量(2) (2) 如果兩組分的熒光峰相互干擾如果兩組分的熒光峰相互干擾, ,但激發(fā)但激發(fā)光譜有顯著區(qū)別光譜有顯著區(qū)別, ,在某一激發(fā)光下一個(gè)組在某一激發(fā)光下一個(gè)組分產(chǎn)生熒光峰分產(chǎn)生熒光峰, ,另一組分不產(chǎn)生熒光另一組分不產(chǎn)生熒光; ; 可選用不同的激發(fā)光進(jìn)行測(cè)定可選用不同的激發(fā)光進(jìn)行測(cè)定al3+8-羥基喹啉配合物的氯仿溶液羥基喹

11、啉配合物的氯仿溶液 ex =365nm 例：例： 在在365nm條件下激發(fā)，條件下激發(fā)，520nm處測(cè)處測(cè)al3+8-羥基喹啉配合物，在羥基喹啉配合物，在436nm條條件下激發(fā)，件下激發(fā)，520nm處測(cè)處測(cè)ga3+8-羥基喹羥基喹啉配合物啉配合物例：例：(3) 利用熒光強(qiáng)度的加和性利用熒光強(qiáng)度的加和性（f=ff=f1 1+f+f2 2+f+f3 3+ +），在適宜的熒光波），在適宜的熒光波長(zhǎng)處測(cè)定，用聯(lián)立方程來(lái)求解長(zhǎng)處測(cè)定，用聯(lián)立方程來(lái)求解 在在385385或或410nm410nm下激發(fā)，在下激發(fā)，在435435和和480nm480nm下分別測(cè)熒光強(qiáng)度下分別測(cè)熒光強(qiáng)度if =kck: 純物質(zhì)在

12、選定波長(zhǎng)下測(cè)純物質(zhì)在選定波長(zhǎng)下測(cè)if,求求k四、熒光分析的注意事項(xiàng)四、熒光分析的注意事項(xiàng) 1.防止熒光污染防止熒光污染 所用的器皿、溶劑混有非待測(cè)熒所用的器皿、溶劑混有非待測(cè)熒光體或者熒光溶液制備、保存不當(dāng)而光體或者熒光溶液制備、保存不當(dāng)而引起的熒光干擾現(xiàn)象。引起的熒光干擾現(xiàn)象。 2.防止散射光干擾防止散射光干擾 溶液中可能存在的散射光有：丁溶液中可能存在的散射光有：丁達(dá)爾散射光、瑞利散射光和拉曼散射達(dá)爾散射光、瑞利散射光和拉曼散射光。光。7-5 化學(xué)發(fā)光分析法化學(xué)發(fā)光分析法 定義定義：某些物質(zhì)在進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)時(shí)，由：某些物質(zhì)在進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)時(shí)，由于于吸收了吸收了反應(yīng)時(shí)產(chǎn)生的反應(yīng)時(shí)產(chǎn)生的化學(xué)能化學(xué)

13、能，而使反，而使反應(yīng)產(chǎn)物分子激發(fā)至激發(fā)態(tài)，受激分子由應(yīng)產(chǎn)物分子激發(fā)至激發(fā)態(tài)，受激分子由激發(fā)態(tài)回到基態(tài)時(shí)，便發(fā)出一定波長(zhǎng)的激發(fā)態(tài)回到基態(tài)時(shí)，便發(fā)出一定波長(zhǎng)的光。這種吸收化學(xué)能使分子發(fā)光的過(guò)程光。這種吸收化學(xué)能使分子發(fā)光的過(guò)程稱為稱為化學(xué)發(fā)光化學(xué)發(fā)光。利用化學(xué)發(fā)光反應(yīng)而建。利用化學(xué)發(fā)光反應(yīng)而建立起來(lái)的分析方法稱為立起來(lái)的分析方法稱為化學(xué)發(fā)光分析法化學(xué)發(fā)光分析法。7-5 化學(xué)發(fā)光分析法化學(xué)發(fā)光分析法一、基本理論一、基本理論 1. 1.化學(xué)發(fā)光反應(yīng)的條件化學(xué)發(fā)光反應(yīng)的條件 2.2.化學(xué)發(fā)光效率化學(xué)發(fā)光效率 cl cl和強(qiáng)度和強(qiáng)度二、化學(xué)發(fā)光反應(yīng)的類型二、化學(xué)發(fā)光反應(yīng)的類型 1. 1.直接化學(xué)發(fā)光和間接

14、化學(xué)發(fā)光直接化學(xué)發(fā)光和間接化學(xué)發(fā)光 2.2.氣相化學(xué)發(fā)光和液相化學(xué)發(fā)光氣相化學(xué)發(fā)光和液相化學(xué)發(fā)光 （1 1）氣相化學(xué)發(fā)光）氣相化學(xué)發(fā)光 （2 2）液相化學(xué)發(fā)光）液相化學(xué)發(fā)光三、化學(xué)發(fā)光儀器三、化學(xué)發(fā)光儀器7-5 化學(xué)發(fā)光分析法化學(xué)發(fā)光分析法一、基本理論一、基本理論 1. 1.化學(xué)發(fā)光反應(yīng)的條件：化學(xué)發(fā)光反應(yīng)的條件： 能快速釋放出能快速釋放出足夠的能量足夠的能量?；瘜W(xué)反應(yīng)?；瘜W(xué)反應(yīng)必須提供足夠的激發(fā)能，激發(fā)能主要必須提供足夠的激發(fā)能，激發(fā)能主要來(lái)源于反應(yīng)焓。來(lái)源于反應(yīng)焓。 要有有利的化學(xué)反應(yīng)歷程，使化學(xué)反要有有利的化學(xué)反應(yīng)歷程，使化學(xué)反應(yīng)的能量至少能被一種物質(zhì)所接受并應(yīng)的能量至少能被一種物質(zhì)所接

15、受并生成激發(fā)態(tài)生成激發(fā)態(tài)。7-5 化學(xué)發(fā)光分析法化學(xué)發(fā)光分析法一、基本理論一、基本理論 1. 1.化學(xué)發(fā)光反應(yīng)的條件：化學(xué)發(fā)光反應(yīng)的條件： 激發(fā)態(tài)能釋放光子或能夠轉(zhuǎn)移它的能激發(fā)態(tài)能釋放光子或能夠轉(zhuǎn)移它的能量給另一個(gè)分子，而使該分子激發(fā)，量給另一個(gè)分子，而使該分子激發(fā)，然后以然后以輻射光子輻射光子的形式回到基態(tài)。的形式回到基態(tài)。7-5 化學(xué)發(fā)光分析法化學(xué)發(fā)光分析法2.2.化學(xué)發(fā)光效率化學(xué)發(fā)光效率 cl cl和強(qiáng)度和強(qiáng)度 r r : :生成激發(fā)態(tài)分子的效率生成激發(fā)態(tài)分子的效率 f f : : 激發(fā)態(tài)分子的發(fā)光效率激發(fā)態(tài)分子的發(fā)光效率7-5 化學(xué)發(fā)光分析法化學(xué)發(fā)光分析法化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度: :

16、 i icl cl（t t）: t: t時(shí)刻的化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度時(shí)刻的化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度dc/dt: dc/dt: 分析物參加反應(yīng)的速率分析物參加反應(yīng)的速率7-5 化學(xué)發(fā)光分析法化學(xué)發(fā)光分析法二、化學(xué)發(fā)光反應(yīng)的類型二、化學(xué)發(fā)光反應(yīng)的類型 按按反應(yīng)體系的狀態(tài)反應(yīng)體系的狀態(tài)分類，如化學(xué)發(fā)光分類，如化學(xué)發(fā)光反應(yīng)在氣相中進(jìn)行稱為反應(yīng)在氣相中進(jìn)行稱為氣相化學(xué)發(fā)光氣相化學(xué)發(fā)光；在；在液相或固相中進(jìn)行稱為液相或固相中進(jìn)行稱為液相或固相化學(xué)發(fā)液相或固相化學(xué)發(fā)光光；在兩個(gè)不同相中進(jìn)行則稱為；在兩個(gè)不同相中進(jìn)行則稱為異相化學(xué)異相化學(xué)發(fā)光發(fā)光。7-5 化學(xué)發(fā)光分析法化學(xué)發(fā)光分析法2. 2. 氣相化學(xué)發(fā)光和液相化學(xué)發(fā)光氣相化學(xué)發(fā)

17、光和液相化學(xué)發(fā)光（1 1）氣相化學(xué)發(fā)光）氣相化學(xué)發(fā)光 主要有主要有oo3 3氧化氧化nono、s s的化學(xué)發(fā)光反應(yīng)，的化學(xué)發(fā)光反應(yīng)，可用于監(jiān)測(cè)空氣中的可用于監(jiān)測(cè)空氣中的oo3 3、nono、soso2 2、h h2 2s s、coco、nono2 2等。等。7-5 化學(xué)發(fā)光分析法化學(xué)發(fā)光分析法（2 2）液相化學(xué)發(fā)光）液相化學(xué)發(fā)光 用于此類化學(xué)發(fā)光分析的發(fā)光物質(zhì)有用于此類化學(xué)發(fā)光分析的發(fā)光物質(zhì)有魯米諾、光澤精、洛粉堿等。例如，利用魯米諾、光澤精、洛粉堿等。例如，利用發(fā)光物質(zhì)魯米諾，可測(cè)定痕量的發(fā)光物質(zhì)魯米諾，可測(cè)定痕量的h h2 2oo2 2以及以及cucu、mnmn、coco、v v、fefe、crcr、cece等金屬離等金屬離子和生化物質(zhì)如甘氨酸和血紅蛋白等。子和生化物質(zhì)如甘氨酸和血紅蛋白等。7-5 化學(xué)發(fā)光分析法化學(xué)發(fā)光分析法三、化學(xué)發(fā)光儀器三、化學(xué)