第五章分子發(fā)光分析

1、第五章 分子發(fā)光分析(Molecular Luminescence Analysis),,化 學(xué) 發(fā) 光 分 析 法,熒 光 分 析 法,磷 光 分 析,分子發(fā)光：處于基態(tài)的分子吸收能量(電、熱、化學(xué)和光能等)被激發(fā)至激發(fā)態(tài)，然后從不穩(wěn)定的激發(fā)態(tài)返回至基態(tài)并發(fā)射出光子，此種現(xiàn)象稱為發(fā)光。發(fā)光分析 包括熒光、磷光、化學(xué)發(fā)光、生物發(fā)光等。 物質(zhì)吸收光能后所產(chǎn)生的光輻射稱之為熒光

2、和磷光。一、概述 分子熒光分析法是根據(jù)物質(zhì)的分子熒光光譜進(jìn)行定性，以熒光強(qiáng)度進(jìn)行定量的一種分析方法。,第一節(jié) 熒光分析法,,熒光分析的特點(diǎn)： 靈敏度高：視不同物質(zhì)，檢測(cè)下限在0.1?0.001?g/mL之間?？梢姳萓V-Vis的靈敏度高得多。 選擇性好：可同時(shí)用激發(fā)光譜和熒光發(fā)射光譜定性。 結(jié)構(gòu)信息量多：包括物質(zhì)激發(fā)光譜、發(fā)射光譜、光強(qiáng)、熒光量子效率、熒光壽命

3、等。 應(yīng)用不廣泛：主要是因?yàn)槟馨l(fā)熒光的物質(zhì)不具普遍性、增強(qiáng)熒光的方法有限、外界環(huán)境對(duì)熒光量子效率影響大、干擾測(cè)量的因素較多。,二、基本原理 (一) 分子熒光的產(chǎn)生　　處于分子基態(tài)單重態(tài)中的電子對(duì)，其自旋方向相反，當(dāng)其中一個(gè)電子被激發(fā)時(shí)，通常躍遷至第一激發(fā)態(tài)單重態(tài)軌道上，也可能躍遷至能級(jí)更高的單重態(tài)上。這種躍遷是符合光譜選律的，如果躍遷至第一激發(fā)三重態(tài)軌道上，則屬于禁阻躍遷。單重態(tài)與三重態(tài)的區(qū)別在于電子自旋方向不同，激發(fā)三重態(tài)具有

4、較低能級(jí)。 在單重激發(fā)態(tài)中，兩個(gè)電子平行自旋，單重態(tài)分子具有抗磁性，其激發(fā)態(tài)的平均壽命大約為10-8s; 而三重態(tài)分子具有順磁性，其激發(fā)態(tài)的平均壽命為10-4 ~ 1s以上(通常用S和T分別表示單重態(tài)和三重態(tài))。,圖5.1 分子內(nèi)的光物理過程,處于激發(fā)態(tài)的電子，通常以輻射躍遷方式或無輻射躍遷方式再回到基態(tài)。輻射躍遷主要涉及到熒光、延遲熒光或磷光的發(fā)射；無輻射躍遷則是指以熱的形式輻射其多余的能量，包括振動(dòng)弛豫( VR)、

5、內(nèi)部轉(zhuǎn)移(IR)、系間竄躍(IX)及外部轉(zhuǎn)移(EC)等，各種躍遷方式發(fā)生的可能性及程度，與熒光物質(zhì)本身的結(jié)構(gòu)及激發(fā)時(shí)的物理和化學(xué)環(huán)境等因素有關(guān)。（二） 去活化過程(Deactivation) 處于激發(fā)態(tài)分子不穩(wěn)定，通過輻射或非輻射躍遷等去活化過程返回至基態(tài)。這些過程包括：,1)振動(dòng)弛豫(Vibrational Relaxation, VR) 在液相或壓力足夠高的氣相中，處于激發(fā)態(tài)的分子因碰撞將能量以熱的形式

6、傳遞給周圍的分子，從而從高振動(dòng)能層失活至低振動(dòng)能層的過程，稱為振動(dòng)弛豫。2)內(nèi)轉(zhuǎn)化( Internal Conversion，IC ) 對(duì)于具有相同多重度的分子，若較高電子能級(jí)的低振動(dòng)能層與較低電子能級(jí)的高振動(dòng)能層相重疊時(shí)，則電子可在重疊的能層之間通過振動(dòng)耦合產(chǎn)生無輻射躍遷，如S2-S1；T2-T1。,3)熒光發(fā)射 處于第一激發(fā)單重態(tài)中的電子躍 遷至基態(tài)各振動(dòng)能級(jí)時(shí)，將得到最大波長為λ3的熒光。注意：基態(tài)中也有振

7、動(dòng)馳豫躍遷。很明顯，λ3的波長較激發(fā)波長λ1或λ2都長，而且不論電子開始被激發(fā)至什么高能級(jí)，最終將只發(fā)射出波長為λ3的熒光。熒光的產(chǎn)生在10-7-10-9s內(nèi)完成。,,4)系間竄躍　　指不同多重態(tài)間的無輻射躍遷，例如S1→T1就是一種系間竄躍。通常，發(fā)生系間竄躍時(shí)，電子由S1的較低振動(dòng)能級(jí)轉(zhuǎn)移至T1的較高振動(dòng)能級(jí)處。有時(shí)，通過熱激發(fā)，有可能發(fā)生T1→S1，然后由S1發(fā)生熒光。這是產(chǎn)生延遲熒光的機(jī)理。5)外轉(zhuǎn)換(External Co

8、nversion，EC)　　受激分子與溶劑或其它溶質(zhì)分子相互作用發(fā)生能量轉(zhuǎn)換而使熒光或磷光強(qiáng)度減弱甚至消失的過程，也稱“熄滅”或“猝滅”。,（三 ）熒光效率及其影響因素,,熒光量子產(chǎn)率也叫熒光效率或量子效率，它表示物質(zhì)發(fā)射熒光的能力，通常用下式表示,或 ? = 發(fā)射熒光量子數(shù) / 吸收熒光量子數(shù) 在產(chǎn)生熒光的過程中，涉及到許多輻射和無輻射躍遷過程，如熒光發(fā)射、內(nèi)轉(zhuǎn)移、系間竄躍和外轉(zhuǎn)移等。很明顯，熒光的量子產(chǎn)率，將與

9、上述每一個(gè)過程的速率常數(shù)有關(guān)。,若用數(shù)學(xué)式來表達(dá)這些關(guān)系，得到 ?= kf /(kf+?ki) 式中: kf為熒光發(fā)射過程的速率常數(shù)，?ki為其它有關(guān)過程的速率常數(shù)的總和。　　凡是能使kf 值升高而使其它ki值降低的因素，都可增強(qiáng)熒光?！　?shí)際上，對(duì)于高熒光分子，例如熒光素，其量子產(chǎn)率在某些情況下接近1，說明?ki很小，可以忽略不計(jì)。一般來說，kf主要取決于化學(xué)

10、結(jié)構(gòu)，而?ki則主要取決于化學(xué)環(huán)境，同時(shí)也與化學(xué)結(jié)構(gòu)有關(guān)。磷光的量子產(chǎn)率與此類似。,,分子產(chǎn)生熒光必須具備兩個(gè)條件： ① 分子必須具有與所照射的輻射頻率相適應(yīng)的結(jié)構(gòu), 才能吸收激發(fā)光； ② 吸收了與其本身特征頻率相同的能量之后，必須具有 一定的熒光量子產(chǎn)率。,三 熒光與有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)(1)躍遷類型 對(duì)于大多數(shù)熒光物質(zhì)，首先經(jīng)歷????，然后經(jīng)過振動(dòng)弛豫或其他無輻射躍遷，再發(fā)生????

11、躍遷而得到熒光。????躍遷常能發(fā)出較強(qiáng)的熒光(較大的量子產(chǎn)率)。這是由于????躍遷具有較大的摩爾吸光系數(shù)(一般比n???大100-1000倍)。 其次，????躍遷的壽命約為10-7—10-9s，比n???躍遷的壽命10-5—10-7s要短。在各種躍遷過程的競(jìng)爭(zhēng)中，它是有利于發(fā)射熒光的。此外，在????躍遷過程中，通過系間竄躍至三重態(tài)的速率常數(shù)也較小(S1?T1能級(jí)差較大)，這也有利于熒光的發(fā)射。,總之，????躍遷

12、是產(chǎn)生熒光的主要躍遷類型。(2)共軛效應(yīng) 容易實(shí)現(xiàn)????激發(fā) 的芳香族化合物容易發(fā)生熒光，能發(fā)生熒光的脂肪族和脂環(huán)族化合物極少(僅少數(shù)高度共軛體系化合物除外)。此外，增加體系的共軛度，熒光效率一般也將增大。例如：在多烯結(jié)構(gòu)中，Ph(CH=CH)3 Ph和Ph(CH=CH)2 Ph在苯中的熒光效率分別為0.68和0.28。共軛效應(yīng)使熒光增強(qiáng)的原因 ：增大熒光物質(zhì)的摩爾吸收系數(shù),有利于產(chǎn)生更多的激發(fā)態(tài)分子,從而有利用

13、熒光的發(fā)生。,(3)剛性平面結(jié)構(gòu)　　多數(shù)具有剛性平面結(jié)構(gòu)的有機(jī)分子具有強(qiáng)烈的熒光。因?yàn)檫@種結(jié)構(gòu)可以減少分子的振動(dòng)，使分子與溶劑或其它溶質(zhì)分子的相互作用減少，也就減少了碰撞去活的可能性。,(4)取代基效應(yīng)　　芳香族化合物苯環(huán)上的不同取代基對(duì)該化合物的熒光強(qiáng)度和熒光光譜有很大的影響。給電子基團(tuán)，如-OH、-OR、-CN、-NH2 、 -NR2等，使熒光增強(qiáng)。因?yàn)楫a(chǎn)生了p-?共軛作用，增強(qiáng)了?電子共軛程度，使最低激發(fā)單重態(tài)與基態(tài)之間的躍遷

14、幾率增大。,吸電子基團(tuán)，如-COOH、-NO、-C ?O、鹵素等，會(huì)減弱甚至?xí)鐭晒狻?（5）重原子效應(yīng) 鹵素取代基隨原子序數(shù)的增加而熒光降低。這可能是由所謂“重原子效應(yīng)”使系間竄躍速率增加所致。在重原子中，能級(jí)之間的交叉現(xiàn)象比較嚴(yán)重，因此容易發(fā)生自旋軌道的相互作用，增加了由單重態(tài)轉(zhuǎn)化為三重態(tài)的概率。 取代基的空間障礙對(duì)熒光也有影響。 立體異構(gòu)現(xiàn)象對(duì)熒光強(qiáng)度有顯著的影響。,四 、金屬螯合物的熒光　　除過渡元素的順

15、磁性原子會(huì)發(fā)生線狀熒光光譜外，大多數(shù)無機(jī)鹽類金屬離子，在溶液中只能發(fā)生無輻射躍遷，因而不產(chǎn)生熒光。但是，在某些情況下，金屬螯合物卻能產(chǎn)生很強(qiáng)的熒光，并可用于痕量金屬元素分析。,(1)螯合物中配位體的發(fā)光　　不少有機(jī)化合物雖然具有共軛雙鍵，但由于不是剛性結(jié)構(gòu)，分子處于非同一平面，因而不發(fā)生熒光。若這些化合物和金屬離子形成螯合物，隨著分子的剛性增強(qiáng)，平面結(jié)構(gòu)的增大，常會(huì)發(fā)生熒光。,如8-羥基喹啉本身有很弱的熒光，但其金屬螯合物具有很強(qiáng)的熒

16、光。(2)螯合物中金屬離子的特征熒光　　這類發(fā)光過程通常是螯合物首先通過配位體的????躍遷激發(fā)，接著配位體把能量轉(zhuǎn)給金屬離子，導(dǎo)致d?d*躍遷和f?f*躍遷，最終發(fā)射的是d?d*躍遷和f?f*躍遷光譜。,五 影響熒光強(qiáng)度的因素① 溶劑對(duì)熒光強(qiáng)度的影響 增大溶劑的極性，????躍遷的能量減小，而導(dǎo)致熒光增強(qiáng)，熒光峰紅移。但也有相反的情況，例如，苯胺、萘磺酸類化合物在戊醇、丁醇、丙醇、乙醇和甲醇中，隨著醇的極性增大

17、，熒光強(qiáng)度減小，熒光峰藍(lán)移。因此熒光光譜的位置和強(qiáng)度與溶劑極性之間的關(guān)系，應(yīng)根據(jù)熒光物質(zhì)與溶劑的不同而異?！　∪绻軇┖蜔晒馕镔|(zhì)形成了化合物，或溶劑使熒光物質(zhì)的狀態(tài)改變，則熒光峰位和強(qiáng)度都會(huì)發(fā)生較大的變化。,② 溫度對(duì)熒光強(qiáng)度的影響　　溫度上升使熒光強(qiáng)度下降。其中一個(gè)原因是分子的內(nèi)部能量轉(zhuǎn)化作用。當(dāng)激發(fā)分子接受額外熱能時(shí)，有可能使激發(fā)能轉(zhuǎn)換為基態(tài)的振動(dòng)能量，隨后迅速振動(dòng)弛豫而喪失振動(dòng)能量。另一個(gè)原因是碰撞頻率增加，使外轉(zhuǎn)換的去活幾

18、率增加。③ 溶液pH值對(duì)熒光強(qiáng)度的影響　　帶有酸性或堿性官能團(tuán)的大多數(shù)芳香族化合物的熒光與溶液的pH有關(guān)。　　具有酸性或堿性基團(tuán)的有機(jī)物質(zhì)，在不同pH值時(shí)，其結(jié)構(gòu) 可能發(fā)生變化，因而熒光強(qiáng)度將發(fā)生改變；對(duì)無機(jī)熒光物質(zhì)，因pH值會(huì)影響其穩(wěn)定性，因而也可使其熒光強(qiáng)度發(fā)生改變。,④順磁性物質(zhì)的存在,使激發(fā)單重態(tài)的體系間竄越速率增大,因而會(huì)使熒光效率降低。六、溶液熒光猝滅　　熒光物質(zhì)分子與溶劑分子或其它溶質(zhì)分子的相互作用引起熒光強(qiáng)度降

19、低的現(xiàn)象稱為熒光猝滅。能引起熒光強(qiáng)度降低的物質(zhì)稱為猝滅劑。　　導(dǎo)致熒光猝滅的主要類型：① 碰撞猝滅　　碰撞猝滅是指處于激發(fā)單重態(tài)的熒光分子與猝滅劑分子相碰撞，使激發(fā)單重態(tài)的熒光分子以無輻射躍遷的方式回到基態(tài)，產(chǎn)生猝滅作用。,② 靜態(tài)猝滅(組成化合物的猝滅)　　由于部分熒光物質(zhì)分子與猝滅劑分子生成非熒光的配合物而產(chǎn)生的。此過程往往還會(huì)引起溶液吸收光譜的改變。③ 轉(zhuǎn)入三重態(tài)的猝滅　　分子由于系間的跨越躍遷，由單重態(tài)躍遷到三

20、重態(tài)。轉(zhuǎn)入三重態(tài)的分子在常溫下不發(fā)光，它們?cè)谂c其它分子的碰撞中消耗能量而使熒光猝滅?！　∪芤褐械娜芙庋鯇?duì)有機(jī)化合物的熒光產(chǎn)生猝滅效應(yīng)是由于三重態(tài)基態(tài)的氧分子和單重激發(fā)態(tài)的熒光物質(zhì)分子碰撞，形成了單重激發(fā)態(tài)的氧分子和三重態(tài)的熒光物質(zhì)分子，使熒光猝滅。,④ 發(fā)生電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)的猝滅　　某些猝滅劑分子與熒光物質(zhì)分子相互作用時(shí)，發(fā)生了電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)，因而引起熒光猝滅。⑤ 熒光物質(zhì)的自猝滅　　在濃度較高的熒光物質(zhì)溶液中，單重激發(fā)態(tài)的分子在

21、發(fā)生熒光之前和未激發(fā)的熒光物質(zhì)分子碰撞而引起的自猝滅。有些熒光物質(zhì)分子在溶液濃度較高時(shí)會(huì)形成二聚體或多聚體，使它們的吸收光譜發(fā)生變化，也引起溶液熒光強(qiáng)度的降低或消失。,七 膠束增敏熒光 是濃度在臨界濃度以上的表面活性劑，如十二烷基硫酸鈉的化合物能增穩(wěn)、增敏、增溶的作用。,(三)溶液的熒光強(qiáng)度1. 熒光強(qiáng)度與溶液濃度的關(guān)系 熒光強(qiáng)度If正比于吸收的光量Ia與熒光量子產(chǎn)率? 。

22、 If = ? Ia 　　式中?為熒光量子效率，又根據(jù)Beer定律 Ia = I0 - It = I0(1- e -A)　　I0和It分別是入射光強(qiáng)度和透射光強(qiáng)度。代入上式得 If = ? I0(1- 10 -A) = ? I0(1- e -2.3A),整理得：

23、 If =2.3 ? I0 ?bc　　當(dāng)入射光強(qiáng)度I0 和I一定時(shí)，上式為：If = K c 即熒光強(qiáng)度與熒光物質(zhì)的濃度成正比，但這種線性關(guān)系只有在極稀的溶液中，當(dāng)A?0.05時(shí)才成立。對(duì)于較濃溶液，由于猝滅現(xiàn)象和自吸收等原因，使熒光強(qiáng)度和濃度不呈線性關(guān)系。,任何熒(磷)光都具有兩種特征光譜：激發(fā)光譜與發(fā)射光譜。它們是熒(磷)光定性分析的基礎(chǔ)。1)激發(fā)光譜　　改

24、變激發(fā)波長，測(cè)量在最強(qiáng)熒(磷)光發(fā)射波長處的強(qiáng)度變化，以激發(fā)波長對(duì)熒光強(qiáng)度作圖可得到激發(fā)光譜?！　〖ぐl(fā)光譜形狀與吸收光譜形狀完全相似，經(jīng)校正后二者完全相同！這是因?yàn)榉肿游展饽艿倪^程就是分子的激發(fā)過程。,(四)熒光激發(fā)光譜與發(fā)射光譜,激發(fā)光譜可用于鑒別熒光物質(zhì)；在定量時(shí)，用于選擇最適宜的激發(fā)波長。 2)發(fā)射光譜　　發(fā)射光譜即熒光光譜。一定波長和強(qiáng)度的激發(fā)波長輻照熒光物質(zhì)，產(chǎn)生不同波長和強(qiáng)度的熒光，以熒光強(qiáng)度對(duì)其波長作圖可得熒光發(fā)射

25、光譜?！　∮捎诓煌镔|(zhì)具有不同的特征發(fā)射峰，因而使用熒光發(fā)射光譜可用于鑒別熒光物質(zhì)。,,圖5.2 熒光發(fā)射光譜,3)激發(fā)光譜與發(fā)射光譜的關(guān)系a 波長比較　　與激發(fā)(或吸收)波長相比，熒光發(fā)射波長更長，即產(chǎn)生所謂Stokes位移。(振動(dòng)弛豫失活所致)b 形狀比較　　熒光光譜形狀與激發(fā)波長無關(guān)。盡管分子受激可到達(dá)不同能級(jí)的激發(fā)態(tài)，但由于去活化(內(nèi)轉(zhuǎn)換和振動(dòng)弛豫)到第一電子激發(fā)態(tài)的速率或幾率很大，好像是分子受激只到達(dá)第一激發(fā)態(tài)一

26、樣?！　Q句話說，不管激發(fā)波長如何，電子都是從第一電子激發(fā)態(tài)的最低振動(dòng)能層躍遷到基態(tài)的各個(gè)振動(dòng)能層。,c 鏡像對(duì)稱　　通常熒光光譜與吸收光譜呈鏡像對(duì)稱關(guān)系。,圖5.3 熒光光譜與吸收光譜關(guān)系圖,由于激發(fā)態(tài)和基態(tài)的振動(dòng)能層分布具有相似性，因而呈鏡像對(duì)稱。解釋2：　　位能曲線(Frank-Condon原理)　　由于電子吸收躍遷速率極快(10-15s)，此時(shí)核的相對(duì)位置可視為不變(核較重)。當(dāng)兩個(gè)能層間吸收躍遷的幾率越大，其相反躍

27、遷的幾率也越大，即產(chǎn)生的光譜呈鏡像對(duì)稱。,三、熒光儀器(光源與檢測(cè)器處于相互垂直的位置),1)光源： 氙燈、高壓汞燈、激光；2)樣品池：石英(低熒光材料)；3)兩個(gè)單色器：選擇激發(fā)光單色器,分離熒光單色器；4)檢測(cè)器：光電倍增管。,圖5.6 熒光分析儀器示意圖,四 熒光分析法的應(yīng)用,熒光測(cè)定必須在極稀的溶液中才可用于定量測(cè)定。 標(biāo)準(zhǔn)曲線法測(cè)定熒光物質(zhì)的含量,四 熒光分析法的應(yīng)用(一)無機(jī)化合物的分析,大多數(shù)無機(jī)離子

28、與溶劑之間的相互作用很強(qiáng),其激發(fā)態(tài)多以非輻射躍遷方式返回基態(tài),發(fā)熒光者甚少。然而很多無機(jī)離子可以與一些有機(jī)化合物形成有熒光的絡(luò)合物,利用這一性質(zhì)可對(duì)其進(jìn)行熒光測(cè)定。能夠同金屬離子形成熒光絡(luò)合物的有機(jī)試劑絕大多數(shù)是芳香族化合物,通常含有兩個(gè)或兩個(gè)以上的官能團(tuán),能與金屬離子形成五元環(huán)或六元環(huán)的螯合物。由于螯合物的生成,分子的剛性平面結(jié)構(gòu)增大,使原來不發(fā)熒光或熒光較弱的化合物轉(zhuǎn)變?yōu)閺?qiáng)熒光化合物。,(二)有機(jī)化合物的分析,脂肪族有機(jī)化合物的分子

29、結(jié)構(gòu)較為簡單,本身能發(fā)生熒光的很少,一般需要與某些試劑反應(yīng)后才能進(jìn)行熒光分析,如丙三醇與苯胺在濃硫酸介質(zhì)中反應(yīng)生成發(fā)射藍(lán)色熒光的喹啉，據(jù)此可以測(cè)定0.1~2µg?mL?¹的丙三醇。 　　芳香族化合物因具有共軛的不飽和體系,多數(shù)能發(fā)生熒光,可直接用熒光法測(cè)定。,一、概述 磷光分析法是以分子磷光光譜來鑒別有機(jī)化合物和進(jìn)行定量分析的一種方法。 磷光分析法在藥物分析,臨床分析等領(lǐng)域的應(yīng)用日益發(fā)展。,

30、第二節(jié) 磷光分析,1. 磷光的特點(diǎn)： ① 磷光波長比熒光的長(T1<S1)； ② 磷光壽命比熒光的長(磷光為禁阻躍遷產(chǎn)生，速率常數(shù)小)； ③ 磷光壽命和強(qiáng)度對(duì)重原子和氧敏感(自旋軌道耦合，使kISC增加)。,二、 基本原理,(一) 磷光的產(chǎn)生和磷光強(qiáng)度 1.磷光是處于激發(fā)三重態(tài)的分子躍遷返回基態(tài)時(shí)所產(chǎn)生的輻射。2.磷光強(qiáng)度: IP=2.3?PI0kbc 式中I

31、P為磷光強(qiáng)度， ?P為磷光效率， I? 為激發(fā)光的強(qiáng)度，K為磷光物質(zhì)的摩爾吸收系數(shù) ， b為試樣池的光程，C 為磷光物質(zhì)的濃度。,在一定的條件下，?p、Ip 、k、b 均為常數(shù)，因此上式可寫成： Ip=Kc,(二) 溫度對(duì)磷光強(qiáng)度的影響1. 隨著溫度降低,分子熱運(yùn)動(dòng)速率減慢,磷光逐漸增強(qiáng)。2. 低溫磷光(液氮) 由于磷光壽命長，T1的非輻射躍遷(內(nèi)轉(zhuǎn)換)幾率增加，碰撞失活(振動(dòng)弛豫

32、)的幾率、光化學(xué)反應(yīng)幾率都增加，從而降低磷光強(qiáng)度。因此有必要在低溫下測(cè)量磷光。同時(shí)要求溶劑： ①易提純且在分析波長區(qū)無強(qiáng)吸收和發(fā)射； ②低溫下形成具有足夠粘度的透明的剛性玻璃體。常用的溶劑： ① EPA——乙醇+異戊烷+二乙醚(2+2+5) ② IEPA——CH3I+EPA(1+10)。,,,(三)重原子效應(yīng) 使用含有重原子的溶劑(碘乙烷、溴乙烷)或在磷光物質(zhì)中引入重原子取代基,都可以提高磷光物質(zhì)的磷光強(qiáng)度,這種

33、效應(yīng)稱為重原子效應(yīng)。前者稱為外部重原子效應(yīng),后者稱為內(nèi)部重原子效應(yīng)?！　C(jī)理:重原子的高核電荷使得磷光分子的電子能級(jí)交錯(cuò),容易引起或增強(qiáng)磷光分子的自旋軌道偶合作用,從而使S1→T1的體系間竄躍概率增大,有利于增大磷光效率。,(四) 室溫磷光 低溫磷光需低溫實(shí)驗(yàn)裝置且受到溶劑選擇的限制，1974年后發(fā)展了室溫磷光(RTP)。 1)固體基質(zhì)：在室溫下以固體基質(zhì)(如纖維素等)吸附磷光體，可增加分子剛性、減少三重

34、態(tài)猝滅等非輻射躍遷，從而提高磷光量子效率。 2)膠束增穩(wěn)：利用表面活性劑在臨界濃度形成具多相性的膠束，改變磷光體的微環(huán)境、增加定向約束力，從而減小內(nèi)轉(zhuǎn)換和碰撞等去活化的幾率，提高三重態(tài)的穩(wěn)定性。 利用膠束增穩(wěn)、重原子效應(yīng)和溶液除氧是該法的三要素。,(五) 敏化磷光：其過程可以簡單表示為：(六)磷光發(fā)射 從單重態(tài)到三重態(tài)分子間發(fā)生系間跨躍躍遷后，再經(jīng)振動(dòng)弛豫回到三重態(tài)最低振動(dòng)能層，最后，在10

35、-4-10s內(nèi)躍遷到基態(tài)的各振動(dòng)能層所產(chǎn)生的輻射。,三 磷光儀器 在熒光儀樣品池上增加磷光配件：低溫杜瓦瓶和斬光片。如右圖所示。 斬光片的作用是利用其分子受激所產(chǎn)生的熒光與磷光的壽命不同獲取磷光輻射。,轉(zhuǎn)筒式,轉(zhuǎn)盤式,圖5.7 磷光分析儀器示意圖,第三節(jié) 化學(xué)發(fā)光分析法,一、概述 某些物質(zhì)在進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)時(shí)，由于吸收了反應(yīng)時(shí)產(chǎn)生的化學(xué)能，而使反應(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

36、到基態(tài)時(shí)，便發(fā)出一定波長的光。這種吸收化學(xué)能使分子發(fā)光的過程稱為化學(xué)發(fā)光。利用化學(xué)發(fā)光反應(yīng)而建立起來的分析方法稱為化學(xué)發(fā)光分析法?；瘜W(xué)發(fā)光也發(fā)生于生命體系，這種發(fā)光稱為生物發(fā)光。二、化學(xué)發(fā)光分析的基本原理 化學(xué)發(fā)光是吸收化學(xué)反應(yīng)過程產(chǎn)生的化學(xué)能，而使反應(yīng)產(chǎn)物分子激發(fā)所發(fā)射的光。任何一個(gè)化學(xué)發(fā)光,反應(yīng)都應(yīng)包括化學(xué)激發(fā)和發(fā)光兩個(gè)步驟，必須滿足如下條件：(1)化學(xué)反應(yīng)必須提供足夠的激發(fā)能，激發(fā)能主要來源于反應(yīng)焓。(2)要有

37、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)所接受并生成激發(fā)態(tài)。(3)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)，然后以輻射光子的形式回到 基態(tài)。(二)化學(xué)發(fā)光效率和發(fā)光強(qiáng)度　　化學(xué)發(fā)光反應(yīng)效率?CL，又稱化學(xué)發(fā)光的總量子產(chǎn)率。它決定于生成激發(fā)態(tài)產(chǎn)物分子的化學(xué)激發(fā)效率?ce和激發(fā)態(tài)分子的發(fā)射效率?em。定義為：,?cl =發(fā)射光子的分子數(shù) / 參加反應(yīng)的分子數(shù) = ?ce??em　　化學(xué)反應(yīng)的發(fā)光效率

38、、光輻射的能量大小以及光譜范圍，完全由參加反應(yīng)物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)所決定。每個(gè)化學(xué)發(fā)光反應(yīng)都有其特征的化學(xué)發(fā)光光譜及不同的化學(xué)發(fā)光效率?！　』瘜W(xué)發(fā)光反應(yīng)的發(fā)光強(qiáng)度Icl以單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射的光子數(shù)表示。它與化學(xué)發(fā)光反應(yīng)的速率有關(guān)，而反應(yīng)速率又與反應(yīng)分子濃度有關(guān)。即Icl (t)= ?cl ? dc/dt=Kc,式中 Icl(t)表示t時(shí)刻的化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度，是與分析物有關(guān)的化學(xué)發(fā)光效率dc/dt是分析物參加反應(yīng)的速率。（三）化學(xué)發(fā)光反應(yīng)類型1

39、. 直接化學(xué)發(fā)光和間接化學(xué)發(fā)光　　直接發(fā)光是被測(cè)物作為反應(yīng)物直接參加化學(xué)發(fā)光反應(yīng)，生成電子激發(fā)態(tài)產(chǎn)物分子，此初始激發(fā)態(tài)能輻射光子。A + B? C* + DC* ? C + h?式中A或B是被測(cè)物，通過反應(yīng)生成電子激發(fā)態(tài)產(chǎn)物C* ，當(dāng)C* 躍遷回基態(tài)時(shí)，輻射光子。,間接發(fā)光是被測(cè)物A或B，通過化學(xué)反應(yīng)生成初始激發(fā)態(tài)產(chǎn)物C* ， C* 不直接發(fā)光，而是將其能量轉(zhuǎn)移給F，使F躍遷回基態(tài)，產(chǎn)生發(fā)光。A + B? C* + DC*+

40、F? F* + EF* ? F + h?　　式中C*為能量給予體，而F為能量接受體2. 氣相化學(xué)發(fā)光和液相化學(xué)發(fā)光　　按反應(yīng)體系的狀態(tài)分類，如化學(xué)發(fā)光反應(yīng)在氣相中進(jìn)行稱為氣相化學(xué)發(fā)光；在液相或固相中進(jìn)行稱為液相或固相化學(xué)發(fā)光；在兩個(gè)不同相中進(jìn)行則稱為異相化學(xué)發(fā)光。,(1)氣相化學(xué)發(fā)光　　主要有O3、NO、S的化學(xué)發(fā)光反應(yīng)，可用于監(jiān)測(cè)空氣中的O3、NO、SO2、H2S、CO、NO2等?！　〕粞跖c乙烯的化學(xué)發(fā)光反應(yīng)； 一氧化氮

41、與臭氧的化學(xué)發(fā)光反應(yīng)。 (2)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)有魯米諾、光澤堿、洛粉堿等。例如，利用發(fā)光物質(zhì)魯米諾，可測(cè)定痕量的H2O2以及Cu、Mn、Co、V、Fe、Cr、Ce等金屬離子。,三、化學(xué)發(fā)光的測(cè)量裝置 化學(xué)發(fā)光分析法的測(cè)量儀器主要包括 樣品室、光檢測(cè)器、放大器和信號(hào)輸出裝置。 化學(xué)發(fā)光反應(yīng)在樣品室中進(jìn)行，樣品和試劑混合的方式有不連續(xù)取樣體系，加樣是間歇的。將試劑先加到光電倍增

42、管前面的反應(yīng)池內(nèi)，然后用進(jìn)樣器加入分析物。另一種方法是連續(xù)流動(dòng)體系，反應(yīng)試劑和分析物是定時(shí)在樣品池中匯合反應(yīng)，且在載流推動(dòng)下向前移動(dòng)，被檢測(cè)的光信號(hào)只是整個(gè)發(fā)光動(dòng)力學(xué)曲線的一部分，而以峰高進(jìn)行定量測(cè)量。,(一)分立取樣式儀器(二)流動(dòng)注射式儀器四 化學(xué)發(fā)光分析的應(yīng)用1.廣泛應(yīng)用于大氣中O3、NO、NO2、H2O、SO2、CO等組分的檢測(cè)。2.魯米諾—H2O2體系,1.分子熒光光譜中，發(fā)射光譜與激發(fā)波長的關(guān)系

43、 ，激發(fā)光譜極大的方法形狀________,并互為___________。（北師大2002年）2.物質(zhì)分子在吸收光輻射后產(chǎn)生磷光，經(jīng)歷內(nèi)部轉(zhuǎn)換， 和 三個(gè)過程。（南開大學(xué)2002年）3.分子熒光與化學(xué)發(fā)光均為第一激發(fā)態(tài)的最低振動(dòng)能級(jí)躍遷至基態(tài)中各振動(dòng)能級(jí)產(chǎn)生的光輻射，它們的主要區(qū)別在于（ ）,考研真題,A 分子的電子層不同 B

44、無輻射弛豫的途徑不同C產(chǎn)生的光輻射的能源不同 D 躍遷至基態(tài)中的振動(dòng)能級(jí)不同（南開大學(xué)2002年）4.下列那種化合物的熒光量子產(chǎn)率可能最大：（ ） (A) (B) (C) (D) （鄭州大學(xué)2002年）,5.用能級(jí)圖的形式表示分子熒光、分子