分子熒光光譜法

1、關(guān)于分子熒光光譜法第一張，PPT共二十八頁，創(chuàng)作于2022年6月 分子熒光光譜法又稱分子發(fā)光光譜法或熒光分光光度法，即通常所謂的熒光分析法。該法是一種利用某一波長的光線照射試樣，使試樣吸收這一輻射，然后再發(fā)射出波長相同或波長較長的光線的化學(xué)分析方法。 定性定量第二張，PPT共二十八頁，創(chuàng)作于2022年6月 分子吸收了紫外-可見光的輻射后，它的電子能級躍遷至激發(fā)態(tài)，然后以熱能形式將這一部分能量釋放出來，本身又回復(fù)到基態(tài)。如果吸收輻射能后處于電子激發(fā)態(tài)的分子以發(fā)射輻射的方式釋放這一部分能量，再發(fā)射的波長可以同分子所吸收的波長相同，也可以不同。 熒光（Fluorescence）：當(dāng)激發(fā)光停止照射后，

2、發(fā)光過程幾乎立即停止（10-910-6秒） 磷光（Phosphorescence）：將持續(xù)一段時間（ 10-310秒）一、光致發(fā)光（Photoluminescent）第三張，PPT共二十八頁，創(chuàng)作于2022年6月二、熒光、磷光產(chǎn)生原理 1、分子的激發(fā)態(tài)單重激發(fā)態(tài)和三重激發(fā)態(tài) 大多數(shù)分子含有偶數(shù)電子，在基態(tài)時，這些電子成對地存在于能量最低的各 個原子或分子軌道中，根據(jù)Pauli不相容原理，一個給定軌道中的兩個電子，必定具有相反方向的自旋，即自旋量子數(shù)分別為1/2、-1/2，電子總自旋量子數(shù)等于零：S=+(-)=0，即基態(tài)沒有凈自旋，其電子能態(tài)的多重性 M=2S+1=1 (M 為磁量子數(shù))，因此，

3、基態(tài)的多重性為1，分子是抗（反）磁性的，其能級不受外界磁場影響而分裂，稱“單重態(tài)”；單重態(tài)：第四張，PPT共二十八頁，創(chuàng)作于2022年6月單重激發(fā)態(tài)：當(dāng)基態(tài)分子的一個成對電子吸收光輻射后，被激發(fā)躍遷到能量較高的軌道上，通常它的自旋方向不改變，即兩個電子的自旋方向仍相反，總自旋量子數(shù)S=0， M=2S+1=1，則分子處于的激發(fā)態(tài)仍是單重態(tài)，即“單重激發(fā)態(tài)”；第五張，PPT共二十八頁，創(chuàng)作于2022年6月 如果電子在躍遷過程中，還伴隨著自旋方向的改變，這時便具有兩個自旋不配對的電子，即兩個電子的自旋量子數(shù)都為1/2，電子總自旋量子數(shù)不等于零，而等于1： S=1/2+1/2=1 ，其多重性： M=2

4、S+1=3，即分子在磁場中受到影響而產(chǎn)生能級分裂，這種受激態(tài)稱為“三重激發(fā)態(tài)”；三重激發(fā)態(tài)：第六張，PPT共二十八頁，創(chuàng)作于2022年6月2、分子去活化過程及熒光的發(fā)生 一個分子的外層電子能級包括 S0（基態(tài)）和第1至第 n的電子激發(fā)的單重激發(fā)態(tài)S1，S2，. Sn ，第1至第 n的電子激發(fā)的三重激發(fā)態(tài)T1. Tn ，每個電子能級又包括一系列能量非常接近的振動能級。 分子吸收了紫外-可見光后，基態(tài)分子中的電子只能躍遷到激發(fā)單重態(tài)的不同振動能級上，根據(jù)自旋禁律，不能直接躍遷到激發(fā)三重態(tài)的各個振動能級上。 處于激發(fā)態(tài)的分子不穩(wěn)定，在較短的時間內(nèi)可通過不同途徑釋放多余的能量（輻射或非輻射躍遷）回到基

5、態(tài)，這個過程稱為“去活化過程”。第七張，PPT共二十八頁，創(chuàng)作于2022年6月1. 振動弛豫：在溶液中，處于激發(fā)態(tài)的溶質(zhì)分子與溶劑分子間發(fā)生碰撞，把一部分能量以熱的形式迅速傳遞給溶劑分子（環(huán)境）回到同一電子激發(fā)態(tài)的最低振動能級。2. 內(nèi)轉(zhuǎn)換：當(dāng)激發(fā)態(tài)S2 的較低振動能級與S1 的較高振動能級的能量相當(dāng)或重疊時，分子有可能從S2 的振動能級以無輻射方式過渡到S1 的能量相等的振動能級上， 這一無輻射過程稱為“內(nèi)轉(zhuǎn)換”。 3.系間跨躍：當(dāng)電子單重激發(fā)態(tài)的最低振動能級與電子三重激發(fā)態(tài)的較高振動能級相重疊時，發(fā)生電子自旋狀態(tài)改變的 ST 躍遷，這一過程稱為 “系間跨躍” 。 4.外轉(zhuǎn)換：激發(fā)態(tài)分子與溶

6、劑分子或其他溶質(zhì)分子相互作用而以非輻射形式轉(zhuǎn)移掉能量回到基態(tài)的過程。5. 熒光發(fā)射：當(dāng)激發(fā)態(tài)的分子通過振動馳豫內(nèi)轉(zhuǎn)換振動馳豫到達(dá)單重激發(fā)態(tài)的最低振動能級時，單重激發(fā)態(tài)最低振動能級的電子可通過發(fā)射輻射（光子）躍回到基態(tài)的不同振動能級，此過程稱為 “熒光發(fā)射”。6. 磷光發(fā)射：三重激發(fā)態(tài)最低振動能級的分子以發(fā)射輻射（光子）的形式回到基態(tài)的不同振動能級，此過程稱為 “磷光發(fā)射”。第八張，PPT共二十八頁，創(chuàng)作于2022年6月由于三重態(tài)壽命較長，因而發(fā)生振動弛豫及外轉(zhuǎn)換的幾率也高，失去激發(fā)能的可能性大，以致在室溫條件下很難觀察到溶液中的磷光現(xiàn)象。因此，試樣采用液氮冷凍降低其它去活化才能觀察到某些分子的

7、磷光。處于激發(fā)態(tài)的分子，可以通過上述不同途徑回到基態(tài)，哪種途徑的速度快，哪種途徑就優(yōu)先發(fā)生。如果發(fā)射熒光使受激分子去活化過程與其他過程相比較快，則熒光發(fā)生幾率高，強(qiáng)度大。如果發(fā)射熒光使受激分子去活化過程與其他過程相比較慢，則熒光很弱或不發(fā)生。第九張，PPT共二十八頁，創(chuàng)作于2022年6月三、激發(fā)光譜與熒光光譜 1、激發(fā)光譜 將激發(fā)熒光的光源用單色器分光，連續(xù)改變激發(fā)光波長，固定熒光發(fā)射波長，測定不同波長激發(fā)光下物質(zhì)溶液發(fā)射的熒光強(qiáng)度(F)，以激發(fā)光的波長為橫座標(biāo)，熒光強(qiáng)度為縱座標(biāo)作Fl光譜圖，便可得到熒光物質(zhì)的激發(fā)光譜。 從激發(fā)光譜圖上可找到發(fā)生熒光強(qiáng)度最強(qiáng)的激發(fā)波長lex，選用 lex可得到

8、強(qiáng)度最大的熒光。第十張，PPT共二十八頁，創(chuàng)作于2022年6月2、熒光光譜 如果保持激發(fā)光的波長和強(qiáng)度不變，測量不同波長處熒光的強(qiáng)度分布，將熒光的波長為橫座標(biāo)，熒光強(qiáng)度為縱座標(biāo)作F- l 光譜圖便得到熒光光譜或稱發(fā)射光譜。 倍頻峰 熒光光譜中熒光強(qiáng)度最強(qiáng)的波長為 lem 。第十一張，PPT共二十八頁，創(chuàng)作于2022年6月四、溶液熒光光譜特征斯托克斯位移 在溶液熒光光譜中，熒光波長總是大于激發(fā)光波長。激發(fā)與發(fā)射之間存在著一定的能量損失。熒光光譜的形狀與激發(fā)波長無關(guān)熒光光譜與激發(fā)光譜呈鏡像關(guān)系第十二張，PPT共二十八頁，創(chuàng)作于2022年6月 物質(zhì)分子結(jié)構(gòu)與熒光的發(fā)生及熒光強(qiáng)度緊密相關(guān)，根據(jù)物質(zhì)的分

9、子結(jié)構(gòu)可判斷物質(zhì)的熒光特性。 分子能產(chǎn)生熒光或磷光，首先要求分子結(jié)構(gòu)能吸收紫外和可見輻射。通常，分子吸收輻射的能力愈強(qiáng)，則產(chǎn)生的熒光或磷光也愈強(qiáng)。熒光體系：幾乎都是含有一個或幾個苯環(huán)的復(fù)雜的有機(jī)化合物。 在這些化合物中能產(chǎn)生最強(qiáng)熒光的吸收過程通常包含有 *躍遷而達(dá)到電子激發(fā)態(tài)的。五、熒光與分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系 第十三張，PPT共二十八頁，創(chuàng)作于2022年6月六、分析方法 波長掃描 時間掃描 3-D掃描 第十四張，PPT共二十八頁，創(chuàng)作于2022年6月1、波長掃描 給定發(fā)射波長，在激發(fā)波長的某一范圍內(nèi)進(jìn)行掃描。給定激發(fā)波長，在發(fā)射波長的某一范圍內(nèi)進(jìn)行掃描。 EX波長：200-900 nm EM 開始波

10、長：200890nm EM 結(jié)束波長：210900nm EM波長：200-890 nmEX 開始波長：200890nmEX 結(jié)束波長：210900nm第十五張，PPT共二十八頁，創(chuàng)作于2022年6月2、時間掃描EX波長：200-900 nmEM波長：200-900 nm 給定激發(fā)波長和發(fā)射波長，掃描一段時間。第十六張，PPT共二十八頁，創(chuàng)作于2022年6月3、3-D掃描 EX 開始波長：200850nmEX 結(jié)束波長：200900nmEX采樣間隔：150nmEM 開始波長：200850nmEM 結(jié)束波長：200900nmEM采樣間隔：110nm等高線的間隔：0.011000 在激發(fā)波長和發(fā)射波

11、長的給定范圍內(nèi)進(jìn)行掃描。 第十七張，PPT共二十八頁，創(chuàng)作于2022年6月七、熒光強(qiáng)度與溶液濃度的關(guān)系 (一)定量依據(jù) If=2.3fI0bc（熒光物質(zhì)濃度很小）式中：f為熒光效率，I0為激發(fā)光的強(qiáng)度，熒光物質(zhì)的摩爾吸收系數(shù)，b為試樣池的光程，c為熒光物質(zhì)的濃度。 在一定條件下，f、I0、b均為常數(shù)： If=Kc 第十八張，PPT共二十八頁，創(chuàng)作于2022年6月（二）定量方法1. 標(biāo)準(zhǔn)曲線法 配制一系列標(biāo)準(zhǔn)濃度試樣測定熒光強(qiáng)度，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，再在相同條件下測量未知試樣的熒光強(qiáng)度，在標(biāo)準(zhǔn)曲線上求出未知試樣的濃度。2. 比較法 在線性范圍內(nèi)，測定標(biāo)樣和試樣的熒光強(qiáng)度，比較：第十九張，PPT共二十八

12、頁，創(chuàng)作于2022年6月（3）熒光定性分析 將實(shí)驗(yàn)測得樣品的熒光激發(fā)光光譜和熒光發(fā)射光譜與標(biāo)準(zhǔn)熒光光譜圖進(jìn)行比較來鑒定樣品成分。第二十張，PPT共二十八頁，創(chuàng)作于2022年6月七、熒光分析法的應(yīng)用 目前熒光分析大多用于定量分析，由于自身發(fā)射熒光的化合物不多，因此往往利用有機(jī)試劑與熒光較弱或不顯熒光的物質(zhì)結(jié)合形成發(fā)熒光的配合物來進(jìn)行測定。(1)無機(jī)化合物的分析與有機(jī)試劑形成配合物后測量；可測量約60多種元素。第二十一張，PPT共二十八頁，創(chuàng)作于2022年6月（2）有機(jī)化合物的分析 芳香族化合物具有共軛的不飽和結(jié)構(gòu)，多能發(fā)生熒光，可以直接進(jìn)行熒光測定；而脂肪族化合物的分子結(jié)構(gòu)較簡單，本身能發(fā)熒光的

13、很少，須與某些試劑反應(yīng)后才能進(jìn)行分析。第二十二張，PPT共二十八頁，創(chuàng)作于2022年6月 由于分子熒光分析法的選擇性和靈敏性好，常應(yīng)用于醫(yī)藥、食品、生物化學(xué)和天然產(chǎn)物的分析。在有機(jī)物分析方面應(yīng)用較多。應(yīng) 用：第二十三張，PPT共二十八頁，創(chuàng)作于2022年6月八、磷光分析法及應(yīng)用 與熒光相比，磷光具有兩個特點(diǎn)： （1）磷光輻射的波長比熒光長； （2）磷光的壽命比熒光長。1.磷光強(qiáng)度與磷光物質(zhì)濃度的關(guān)系 當(dāng)磷光物質(zhì)濃度很小時，磷光強(qiáng)度Ip與磷光物質(zhì)濃度c之間的關(guān)系式為： Ip=2.3pI0bc式中：p為磷光效率，I0為激發(fā)光的強(qiáng)度，磷光物質(zhì)的摩爾吸收系數(shù)，b為試樣池的光程。 在一定條件下，p、I0、b均為常數(shù)，所以上式可寫成： Ip=Kc第二十四張，PPT共二十八頁，創(chuàng)作于2022年6月2. 溫度對磷光強(qiáng)度的影響 隨著溫度的降低，磷光逐漸增強(qiáng)。3. 低溫磷光 用液氮作冷卻劑。第二十五張，PPT共二十八頁，創(chuàng)作于2022年6月九、儀器介紹 F-4500第二十六張，PPT共二十八頁，創(chuàng)作于2022