1、第七章第七章 分子發光分析法分子發光分析法u概論概論u 熒光及磷光光譜法熒光及磷光光譜法u 化學發光化學發光一、概論一、概論1 1、分子發光：、分子發光：1 1）、定義：處于基態的分子吸收能量（電、熱、化學和光）、定義：處于基態的分子吸收能量（電、熱、化學和光 能等）被激發至激發態，然后從不穩定的激發態返回能等）被激發至激發態，然后從不穩定的激發態返回 至基態并發射出光子，此種現象稱為發光。至基態并發射出光子，此種現象稱為發光。2 2）、分子發光的類型）、分子發光的類型 按激發模式分：光致發光（熒光、磷光）、化學按激發模式分：光致發光（熒光、磷光）、化學/ /生物發光生物發光 按分子激發態類型

2、：熒光、磷光按分子激發態類型：熒光、磷光3 3）、分子發光分析法：以分子發光作為檢測手段）、分子發光分析法：以分子發光作為檢測手段4 4）、分子發光分析法包括：熒光、磷光、化學發光分析法）、分子發光分析法包括：熒光、磷光、化學發光分析法 2 2、分子發光分析法的特點：、分子發光分析法的特點：1）靈敏度高：視不同物質，檢測下限在）靈敏度高：視不同物質，檢測下限在0.10.001 g/mL之間。可之間。可 見比見比UV-Vis的靈敏度高得多！的靈敏度高得多！WHY？2）選擇性好：可同時用激發光譜和熒光發射光譜定性。）選擇性好：可同時用激發光譜和熒光發射光譜定性。3）試樣少、操作簡便、線性范圍寬。）

3、試樣少、操作簡便、線性范圍寬。4）可測定參數多）可測定參數多二、二、 熒光和磷光光譜法熒光和磷光光譜法1. 1. 熒光及磷光的產生熒光及磷光的產生 如下圖：如下圖：S0PFA2A1T1S1VRVRS2VR21V=021V=0321V=0iciscic21V=0isc 圖8-1. 分子內的激發和衰變過程A1, A2. 吸收；F. 熒光；P. 磷光；ic. 內轉化；isc. 系間竄躍；VR. 振動弛豫.S2S1S0T1吸吸收收發發射射熒熒光光發發射射磷磷光光系間跨越內轉換振動弛豫振動弛豫能量l l 2l l 1l l 3 外轉換外轉換l l 2T2內轉換振動弛豫振動弛豫2、熒光、磷光的壽命和量子產

4、率、熒光、磷光的壽命和量子產率 1、發光壽命：熒光分子處于發光壽命：熒光分子處于S S1 1激發態的平均壽命激發態的平均壽命 f f = 1 / = 1 /（ k kf f + + K K） 熒光（或磷光）強度的衰變，通常遵從以下方程式熒光（或磷光）強度的衰變，通常遵從以下方程式ln I0 - ln It = t / ln I0 - ln It = t / 2 2、熒光量子產率、熒光量子產率 ：熒光物質吸光后所發射的熒光的光子數與所吸收：熒光物質吸光后所發射的熒光的光子數與所吸收的激發光的光子數之比值的激發光的光子數之比值 f f = k= kf f / (k/ (kf f + + K )K

5、) 熒光量子產率的數值，可通過參比法加以測定熒光量子產率的數值，可通過參比法加以測定。該法是通過比較待測熒光物該法是通過比較待測熒光物質和已知熒光量子產率的參比熒光物質兩者的稀溶液在同樣激發條件下所測質和已知熒光量子產率的參比熒光物質兩者的稀溶液在同樣激發條件下所測得的積分熒光強度（即校準的發射光譜所包含的面積）和對該激發波長入射得的積分熒光強度（即校準的發射光譜所包含的面積）和對該激發波長入射光的吸光度而加以測量的。光的吸光度而加以測量的。 U U 、F FU U 和和A AU U 分別表示待測物質的熒光量子產率、積分熒光強度和吸光度；分別表示待測物質的熒光量子產率、積分熒光強度和吸光度；

6、S 、F FS和和A As s分別表示參比物質的熒光量子產率、積分熒光強度和吸光度分別表示參比物質的熒光量子產率、積分熒光強度和吸光度 USUSSUFAFA3、熒光、磷光與分子結構的關系、熒光、磷光與分子結構的關系1）、內因）、內因 （1 1）共軛效應：共軛度越大，熒光越強。共軛效應：共軛度越大，熒光越強。 （2 2）剛性結構：分子剛性越強，分子振動少，與其它分）剛性結構：分子剛性越強，分子振動少，與其它分 子碰撞失活的機率下降，熒光量子效率提高。子碰撞失活的機率下降，熒光量子效率提高。 如熒光素如熒光素（ 大）大）與酚酞與酚酞（ =0=0）；芴；芴（ =1=1）與聯苯與聯苯（ =0.18 =

7、0.18）。）。（3 3）取代基：）取代基： 給電子取代基增強熒光（給電子取代基增強熒光（p-p- 共軛），共軛），-NH-NH2 2、-CN-CN、NRNR2 2等；等； 吸電子基降低熒光，如吸電子基降低熒光，如 -COOH-COOH、-NO-NO2 2、-X-X等；等； 重原子降重原子降低熒光但增強磷光，如苯環被鹵素取代，從氟苯到碘苯，熒光逐漸減低熒光但增強磷光，如苯環被鹵素取代，從氟苯到碘苯，熒光逐漸減弱到消失，該現象也稱重原子效應。弱到消失，該現象也稱重原子效應。（4 4）最低電子激發單重態的性質）最低電子激發單重態的性質 * *較較nn * * 躍遷熒光強躍遷熒光強2 2）、影響分子

8、發光的環境因素）、影響分子發光的環境因素 （1 1）、）、 溶劑效應：溶劑效應： 一般來說，溶劑介電常數增大，熒光峰的一般來說，溶劑介電常數增大，熒光峰的波長增大，量子產率也增大。含有重原子的溶劑使熒光減弱波長增大，量子產率也增大。含有重原子的溶劑使熒光減弱 （2 2）、溫度與黏度的影響）、溫度與黏度的影響溫度升高，碰撞加強，熒光和磷光下降；黏度影響相反溫度升高，碰撞加強，熒光和磷光下降；黏度影響相反 （3 3）、有序介質的影響）、有序介質的影響增穩、增敏、增溶；相同電荷增敏較差增穩、增敏、增溶；相同電荷增敏較差4 4、 熒光、磷光的猝滅熒光、磷光的猝滅 熒光（或磷光）猝滅：導致發光強度下降的

9、物理或化學作用過程。熒光（或磷光）猝滅：導致發光強度下降的物理或化學作用過程。猝滅劑：引起發光強度下降的物質，稱為猝滅劑。猝滅劑：引起發光強度下降的物質，稱為猝滅劑。動態猝滅：猝滅劑與激發態分子之間的相互作用，動態猝滅：猝滅劑與激發態分子之間的相互作用，靜態猝滅：猝滅劑與基態分子之間的相互作用。靜態猝滅：猝滅劑與基態分子之間的相互作用。熒光的動態猝滅過程可用以下的熒光的動態猝滅過程可用以下的Stern - Volmer Stern - Volmer 方程式加以表示方程式加以表示 F0 / F = 1 + kq F0 / F = 1 + kq 0 0 Q = 1 + Ksv Q Q = 1 +

10、Ksv Q 式中式中kq kq 為雙分子猝滅過程的速率常數，為雙分子猝滅過程的速率常數， 0 0為沒有猝滅劑存在下測得的熒光為沒有猝滅劑存在下測得的熒光壽命，壽命，QQ為猝滅劑的平衡濃度，為猝滅劑的平衡濃度，Ksv Ksv 稱為稱為Stern VolmerStern Volmer猝滅常數，猝滅常數，靜態猝滅，源于發光分子和猝滅劑形成不發光的基態絡合物，可以下式表示 M + Q MQ絡合物的形成常數K為 K = MQ/ MQ 熒光強度和猝滅劑濃度之間的關系，可以推導如下： M0 = M + MQ (F0 F) / F = (M0 M) / M = MQ / M = KQ即 F0 / F = 1

11、+ KQ M0為發光分子的總濃度，F0與F分別為猝滅劑加入前后所測得的發光強度。5. 激發光譜和發射光譜激發光譜和發射光譜苝的苯溶液的吸收光譜和熒光發射光譜 6 6、熒光（磷光）強度和溶液濃度的關系、熒光（磷光）強度和溶液濃度的關系。，0.05lcKcIlcI3 . 2).3!lc).32(2!lc).32(-lc.321(1II),101(IIeer，B)101(IIII,IIf0320flc0flc0t0aaf否否則則校校正正曲曲線線發發生生彎彎曲曲定定溶溶液液中中才才可可用用于于定定量量測測即即熒熒光光測測定定必必須須在在極極稀稀時時才才成成立立該該式式只只有有當當或或者者即即定定律律又

12、又。 6、熒光和磷光分析儀器（光源與檢測器處于相互垂直位置）、熒光和磷光分析儀器（光源與檢測器處于相互垂直位置）1）、熒光分析儀器）、熒光分析儀器第一單色器第一單色器或濾光片或濾光片記錄儀第二單色器第二單色器或濾光片或濾光片熒光熒光光源光源激發激發樣品池樣品池（1）光源（應具有強度大、適用波長范圍寬等特點：氙燈、高壓）光源（應具有強度大、適用波長范圍寬等特點：氙燈、高壓汞燈、激光；汞燈、激光；（2）樣品池：石英（低熒光材料）；）樣品池：石英（低熒光材料）；（3）兩個單色器：選擇激發光單色器；）兩個單色器：選擇激發光單色器；分離熒光單色器分離熒光單色器；（4）檢測器：光電倍增管。）檢測器：光電倍

13、增管。2 2）、）、 磷光分析儀器磷光分析儀器 在熒光儀樣品池上在熒光儀樣品池上增加磷光配件：低溫杜增加磷光配件：低溫杜瓦瓶和斬光片。如右圖瓦瓶和斬光片。如右圖所示。所示。 斬光片的作用是利斬光片的作用是利用其分子受激所產生的用其分子受激所產生的熒光與磷光的壽命不同熒光與磷光的壽命不同獲取磷光輻射。獲取磷光輻射。轉筒式轉筒式7、 熒光的常規測定方法熒光的常規測定方法1 1、直接測定法、直接測定法2 2、間接測定法：熒光衍生、熒光猝滅、敏化熒光、間接測定法：熒光衍生、熒光猝滅、敏化熒光3 3、多組分混合物的熒光分析、多組分混合物的熒光分析 8 8、磷光測定的方、磷光測定的方低溫磷光分析低溫磷光分

14、析固體基質表面室溫磷光分析（固體基質表面室溫磷光分析（SS-RTPSS-RTP）膠束穩定的室溫磷光分析（膠束穩定的室溫磷光分析（MS-RTPMS-RTP）敏化室溫磷光分析（敏化室溫磷光分析（S-RTPS-RTP）三、三、 化學發光化學發光1 1、概述、概述1 1）、化學發光：不是由光、熱或電能而是化學反）、化學發光：不是由光、熱或電能而是化學反應激發物質所產生的光輻射應激發物質所產生的光輻射2 2）、化學發光分析的特點：靈敏度高；儀器設備）、化學發光分析的特點：靈敏度高；儀器設備簡單，不需要光源及單色器；無散射及雜散光背景；簡單，不需要光源及單色器；無散射及雜散光背景；線性范圍寬；分析速度快線

15、性范圍寬；分析速度快二、化學發光分析的基本原理二、化學發光分析的基本原理化學發光反應化學發光反應A + B C* + DC* C + h化學發光效率 clcl ： clcl = =發射光子的分子數發射光子的分子數 / / 參加反應的參加反應的分子數分子數 = = cece emem化學發光反應的發光強度化學發光反應的發光強度I Iclcl以單位時間內發射的光子數以單位時間內發射的光子數表示。它與化學發光反應的速率有關，而反應速率又與表示。它與化學發光反應的速率有關，而反應速率又與反應分子濃度反應分子濃度有關。即有關。即 I Iclcl （t t）= = clcl dc/dt dc/dt定量分析

16、方式定量分析方式1 1、峰高：峰值與濃度呈線性、峰高：峰值與濃度呈線性2 2、峰面積：積分、峰面積：積分三、化學發光的類型三、化學發光的類型按反應體系的狀態分類，如化學發光反應在氣相中進行稱按反應體系的狀態分類，如化學發光反應在氣相中進行稱為氣相化學發光；在液相或固相中進行稱為液相或固相化為氣相化學發光；在液相或固相中進行稱為液相或固相化學發光；在兩個不同相中進行則稱為異相化學發光。學發光；在兩個不同相中進行則稱為異相化學發光。（1）氣相化學發光）氣相化學發光 主要有主要有O3、NO、S的化學發光反應，可用于監測空氣的化學發光反應，可用于監測空氣中的中的O3、NO、SO2、H2S、CO、NO2等。等。P146 臭氧與乙