四川大學(xué)儀器分析分子發(fā)光分析法答案

1、四JI大學(xué)儀器分析第八章分子發(fā)光分析法答案第八章 分子發(fā)光分析法根本要求：了解熒光的產(chǎn)生與影響熒光強(qiáng)度的因素,掌握分子熒光光譜法的定量關(guān)系與應(yīng)用特點(diǎn),重點(diǎn)：熒光光譜法的定量關(guān)系、應(yīng)用特點(diǎn).難點(diǎn)：熒光的產(chǎn)生與影響熒光強(qiáng)度的因素.參考學(xué)時(shí)：3學(xué)時(shí)作業(yè)參考答案1 .簡(jiǎn)述熒光法產(chǎn)生的根本原理.具有什么樣結(jié)構(gòu)的物質(zhì)最容易發(fā)熒光？答:物質(zhì)受電磁輻射激發(fā)后,被激發(fā)的分子從 第一電子激發(fā)單重態(tài) 的最低振動(dòng)能級(jí)回到基 態(tài)而發(fā)射熒光,基于測(cè)量化合物的熒光而建立起來(lái)的分析方法即為熒光分析法.芳香族化合物、帶有平面剛性結(jié)構(gòu)的化合物、帶稠環(huán)結(jié)構(gòu)的化合物容易發(fā)熒光.2 .解釋以下名詞：?jiǎn)沃貞B(tài)、三重態(tài)、熒光、振動(dòng)弛豫、內(nèi)轉(zhuǎn)

2、換、外轉(zhuǎn)換、失活、系間竄躍、熒光量子產(chǎn)率、激發(fā)光譜、熒光光譜答:單重態(tài)：電子自旋都配對(duì)的分子的電子狀態(tài)稱為單重態(tài).三重態(tài):有兩個(gè)電子自旋不配對(duì)而同方向的狀態(tài).熒光:受光激發(fā)的分子從第一激發(fā)單重態(tài)Si的最低振動(dòng)能級(jí)回到基態(tài) S0所發(fā)出的輻射；振動(dòng)弛豫：由于分子間的碰撞,振動(dòng)激發(fā)態(tài)分子由同一電子能級(jí)中的較高振動(dòng)能級(jí)失活至較低振動(dòng)能級(jí),多余的振動(dòng)能以熱的形式失去的過(guò)程.內(nèi)轉(zhuǎn)換：在相同激發(fā)多重態(tài)的兩個(gè)電子能級(jí)間,電子由高能級(jí)以無(wú)輻射躍遷方式進(jìn)到較低能級(jí)的分子內(nèi)過(guò)程.外轉(zhuǎn)換：激發(fā)態(tài)分子與溶劑或其她溶質(zhì)間的相互作用與能量轉(zhuǎn)換而使熒光或磷光強(qiáng) 度減弱甚至消失的過(guò)程.失活:激發(fā)態(tài)分子不穩(wěn)定,她要以輻射躍遷或無(wú)

3、輻射躍遷的方式回到基態(tài),這就就是激發(fā)態(tài)分子的失活.系間竄躍：激發(fā)態(tài)分子的 電子自旋發(fā)生倒轉(zhuǎn)而使分子的多重態(tài)發(fā)生變化的無(wú)輻射躍 遷過(guò)程.熒光量子產(chǎn)率：表示物質(zhì)分子發(fā)射熒光的水平.熒光量子產(chǎn)率=發(fā)射熒光的分子數(shù)/激發(fā)態(tài)的分子數(shù)=發(fā)射的光子數(shù) /吸收的光子數(shù)激發(fā)光譜：在熒光最強(qiáng)的波長(zhǎng)處測(cè)量隨激發(fā)光波長(zhǎng)的改變而變化的熒光強(qiáng)度,將熒光強(qiáng)度對(duì)激發(fā)光波長(zhǎng)作圖,即得到激發(fā)光譜,實(shí)際為熒光物質(zhì)的吸收光譜.熒光光譜：如果將激發(fā)光的波長(zhǎng)固定在最大激發(fā)波長(zhǎng)處,測(cè)量不同熒光波長(zhǎng)處熒光的強(qiáng)度,將熒光強(qiáng)度對(duì)熒光波長(zhǎng)作圖便得到熒光光譜或稱發(fā)射光譜.3 .溶液中,溶劑的極性、pH值及溫度就是如何影響熒光強(qiáng)度的.答:溶劑的影響：

4、隨著溶劑極性增加,熒光物質(zhì)的n兀嫩遷能量增大,兀一攜遷的能量降 低,從而導(dǎo)致熒光強(qiáng)度增加,熒光波長(zhǎng)紅移.溶劑假設(shè)能與熒光物質(zhì)形成氫鍵或使熒光物質(zhì)的電離狀態(tài)改變,會(huì)使熒光強(qiáng)度、熒光波長(zhǎng)改變.含重原子的溶劑 碘乙烷、四澳化碳能 使熒光減弱.溶劑純度對(duì)熒光強(qiáng)度的影響也很大. 當(dāng)溶劑中含鹵素或重金屬原子時(shí) ,熒光 強(qiáng)度降低.pH值的影響:pH值對(duì)熒光強(qiáng)度的影響 就是可逆的,含酸、堿性取代基的芳香化合物 的熒光一般都與pH值有關(guān),一些熒光物質(zhì)在酸性或堿性溶液中會(huì)發(fā)生水解.而不會(huì)離解 的熒光物質(zhì)在任何 pH值均產(chǎn)生熒光.溫度的影響：溫度降低會(huì)增加熒光強(qiáng)度,由于降低了碰撞與非輻射失活的概率.四JI大學(xué)儀器分

5、析第八章分子發(fā)光分析法答案4 .熒光物質(zhì)濃度高時(shí),為什么會(huì)發(fā)生熒光強(qiáng)度偏離F=2、3K'10 sbe光系式的情況？答：由Lambert-Beer定律可知尸K 'o1 -e 2' 303 £ b滔此式中的指數(shù)項(xiàng)展開,當(dāng)£ be0、05、 I0一定時(shí),熒光強(qiáng)度F=Ke,所以低濃度時(shí),溶液的熒光強(qiáng)度與熒光物質(zhì)濃度呈線性關(guān)系.當(dāng)e變得足夠大使得吸光度、超過(guò) 0、05時(shí),F將偏向濃度軸.原因很多.首先就是數(shù)學(xué) 上的近似帶來(lái)的誤差,其次就是入射光被強(qiáng)烈地吸收,造成溶液內(nèi)部的入射光強(qiáng)銳減.當(dāng)溶液濃度增加時(shí),發(fā)光物質(zhì)分子間碰撞還會(huì)產(chǎn)生自猝滅.當(dāng)熒光化合物的發(fā)射波長(zhǎng)與

6、吸收峰重疊時(shí),液體內(nèi)部激發(fā)態(tài)分子所發(fā)射的熒光在通過(guò)外部溶液時(shí)被同類分子吸收,因而濃度增加同時(shí)會(huì)導(dǎo)致自吸收增強(qiáng).5 .試述為彳f么兀-兀*型躍遷的熒光要比兀*-n型熒光易發(fā)生而且強(qiáng)度大. 答：T-兀型躍遷產(chǎn)生的熒光要比 兀-n型熒光強(qiáng)度大而且易發(fā)生,就是由于 乃兀躍遷屬于電 子自旋允許的躍遷,具有較大的§它一般比屬于禁阻躍遷的 n-兀默遷e大100-1000倍,其 次乃兀躍遷的壽命約10-7-10-9s比n-兀躍遷的壽命10-510-7要短,因而在與各種失活過(guò)程 競(jìng)爭(zhēng)中兀躍遷更有利此外,在乃兀躍遷過(guò)程中,因S1與T1能級(jí)差較大,通過(guò)系間竄躍至 三重態(tài)的速率常數(shù)也較小,這也有利于熒光發(fā)射

7、.6 .熒光激發(fā)光譜與發(fā)射光譜之間有什么關(guān)系？答:激發(fā)光譜與發(fā)射光譜大致呈 “鏡像對(duì)稱.發(fā)射光譜的形狀與基態(tài)中振動(dòng)能級(jí)的分布 狀況有關(guān),而激發(fā)光譜的形狀那么反映了第一電子激發(fā)單重態(tài) 中振動(dòng)能級(jí)的分布.基態(tài)與第一電子激發(fā)單重態(tài)中的振動(dòng)能級(jí)分布情況類似,所以激發(fā)光譜與發(fā)射光譜大致呈鏡像對(duì)稱.7 .用什么方法可以提升熒光分析法的靈敏度答:增大光源輻射強(qiáng)度10增加激發(fā)與發(fā)射光柵的寬度,放大熒光信號(hào)增加光電倍增管PMT的電壓.8 .試比擬紫外-可見分光光度計(jì)與熒光光度計(jì)的異同點(diǎn). 不同點(diǎn)：第一就是光源不同.熒光光度計(jì)光源為高壓汞蒸氣燈與高壓氤弧燈,紫外-可見分光光度計(jì)用的光源就是鴇燈、碘鴇燈、氫燈等 ；

8、第二就是吸收池不同.在熒光分光光度計(jì)中 的熒光池 就是四面透明；透過(guò)熒光池的激 發(fā)光方向與被測(cè)物發(fā)射的熒光就是相互 垂直的；而在紫外-可見分光光度計(jì)中,比色皿就 是兩面透明；入射光與檢測(cè)器 就是在同一直線上.相同點(diǎn)：都就是由光源、單色器、吸收池、檢測(cè)器四大主要局部組成.9 .與過(guò)渡金屬離子相比,非過(guò)渡金屬離子的熒光螯合物要多,這就是為什么？ 答:金屬離子與有機(jī)配位體所形成的配合物的發(fā)光水平,與金屬離子以及有機(jī)配位體結(jié)構(gòu)特性有很大關(guān)系.金屬離子可分為三類：第一類就是離子的外電層具有與惰性氣體相同的 結(jié)構(gòu),為抗磁性的離子,它與含有芳基的有機(jī)配位體形成配合物時(shí)多數(shù)會(huì)發(fā)生較強(qiáng)的熒光 , 由于這類離子與

9、有機(jī)配位體配合時(shí),會(huì)使原來(lái)有機(jī)配位體的單線最低電子激發(fā)態(tài)S1為n,兀1*能層轉(zhuǎn)變?yōu)樨?兀1*能層,并使原來(lái)的非剛性平面結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)閯傂缘钠矫娼Y(jié)構(gòu),使原來(lái)不發(fā)熒光或弱熒光的有機(jī)配位體轉(zhuǎn)變?yōu)榘l(fā)強(qiáng)熒光者.此類配合物的熒光強(qiáng)度隨金屬離子 的原子量增加而減弱,吸收蜂與發(fā)射峰也相應(yīng)向長(zhǎng)波長(zhǎng)方向移動(dòng),這一類配合物系由配位體L吸光與發(fā)光,故稱LL*發(fā)光.第二類金屬離子亦具有惰性氣體的外層電子結(jié)構(gòu)與具有抗磁性,然而其次外電子層為含有未充滿電子的f層.這類金屬離子會(huì)產(chǎn)生 ff*吸光躍遷,亦會(huì)產(chǎn)生f*-f發(fā)光躍遷,但都 較微弱,可就是當(dāng)它們與有機(jī)配位體生成二元配合物之后,由于f*能層多在配位體最低單線態(tài)的S1的兀,兀

10、1*能層下方,因此被激發(fā)的有機(jī)配位體的能量可能轉(zhuǎn)移給金屬離子m而四JI大學(xué)儀器分析第八章分子發(fā)光分析法答案產(chǎn)生金屬離子激發(fā)態(tài) m*即m m*躍遷,然后由激發(fā)態(tài)金屬離子 m*返回基態(tài)離子 m而 產(chǎn)生m* m發(fā)光.第三類金屬離子為過(guò)渡金屬離子,它們與有機(jī)配位體所生成的配合物,大多數(shù)不發(fā)生熒光 與磷光,其原因尚不清楚,目前有兩種說(shuō)法：一就是認(rèn)為它們就是順磁性物質(zhì),可能產(chǎn)生可逆的電荷轉(zhuǎn)移作用而導(dǎo)致熒光猝滅,二就是認(rèn)為順磁性與過(guò)渡金屬的重原子效應(yīng)引起電子自旋-軌函耦合作用,使激發(fā)態(tài)分子由單線態(tài)轉(zhuǎn)入三線態(tài),而后通過(guò)內(nèi)轉(zhuǎn)換去活化,在少數(shù)情況下,亦發(fā)現(xiàn)過(guò)渡金屬離子會(huì)發(fā)光.10 .試述化學(xué)發(fā)光分析的根本原理.它

11、與熒光法有什么異同點(diǎn)？答:在某些化學(xué)反響中,某種反響產(chǎn)物或共存物分子由于吸收了反響產(chǎn)生的化學(xué)能,由基態(tài)躍遷至較高電子激發(fā)態(tài)中各個(gè)不同的振動(dòng)能級(jí),然后經(jīng)過(guò)振動(dòng)弛豫或內(nèi)轉(zhuǎn)換到達(dá)第一電子激發(fā)態(tài)的最低振動(dòng)能級(jí) ,由此以輻射的形式放出能量躍回到基態(tài).在個(gè)別的情況下,它可以通過(guò)系間穿躍到達(dá)亞穩(wěn)的三重態(tài),然后再回到基態(tài)的各個(gè)振動(dòng)能級(jí),并產(chǎn)生磷光輻射,這兩種光都就是化學(xué)發(fā)光.物質(zhì)的化學(xué)發(fā)光光譜與該物質(zhì)的熒光光譜個(gè)別的情況下與磷光光譜就是十分相似的,只就是熒光與磷光就是以光來(lái)激發(fā),而化學(xué)發(fā)光那么就是靠化學(xué)能來(lái)激發(fā)的.11 .化學(xué)發(fā)光反響需要滿足的條件就是什么？A.化學(xué)反響要提供足夠的能量,而這一化學(xué)能又能被反響

12、分子所吸收,形成一種激發(fā)態(tài)的產(chǎn)物.至少要有一種物質(zhì)能夠接受化學(xué)反響能量,形成激發(fā)態(tài).化學(xué)發(fā)光反響的4G通常在 40-70 kcal/mol.B.在反響條件下,激發(fā)態(tài)分子或原子,能夠以電磁輻射的形式釋放出光子,回到基態(tài)；或者它能夠轉(zhuǎn)移能量到另一個(gè)分子上而使此分子被激發(fā)；這一分子回到基態(tài)時(shí),釋放出光子.滿足上述條件的通常就是氧化復(fù)原反響！12 .什么就是化學(xué)發(fā)光效率？化學(xué)發(fā)光效率愈大,化學(xué)發(fā)光的弓II度愈大,這個(gè)說(shuō)法就是否正確？化學(xué)發(fā)光效率 CL表示一個(gè)化學(xué)發(fā)光反響中的發(fā)光水平,它也等于產(chǎn)生激發(fā)態(tài)的化學(xué)效率 r激發(fā)態(tài)的分子數(shù)/反響分子數(shù)與激發(fā)態(tài)分子的發(fā)射效率 發(fā)射光子數(shù)/激發(fā)態(tài)的 分子數(shù)的乘積.化學(xué)發(fā)光效率越大,化學(xué)發(fā)光的強(qiáng)度就越大,這個(gè)說(shuō)法就是錯(cuò)誤的.發(fā)光強(qiáng)度與發(fā)光試劑的發(fā)光效率、發(fā)光時(shí)間以及發(fā)光試劑的濃度有關(guān).不能單純說(shuō)化學(xué)發(fā)光效率越大,化學(xué)發(fā)光的強(qiáng)度就越大.13、化學(xué)發(fā)光分析有些什么特點(diǎn)與短處？化學(xué)發(fā)光分析法具有以下特點(diǎn)： 極高的靈敏度2 M0-11 mol/L;化學(xué)發(fā)光具有較好的選擇性不同的化學(xué)反響很難產(chǎn)生出同一種發(fā)光物質(zhì);儀器裝置比擬簡(jiǎn)單,不需要復(fù)雜的分光與光強(qiáng)度測(cè)量裝置干預(yù)濾光片,光電倍增管; 分析速度快,一次分析在1min之內(nèi)就可完成,適宜進(jìn)行自動(dòng)連續(xù)測(cè)定.定量線性范圍寬,化學(xué)