《仪分pdf课件第7章 分子发光分析法》由会员分享，可在线阅读，更多相关《仪分pdf课件第7章 分子发光分析法（47页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第第 7 7 章章 分子发光分析法分子发光分析法 （ Molecular Luminescence Analysis Molecular Luminescence Analysis ） 分子发光分析法 分子发光：分子发光：处于基态的分子吸收能量处于基态的分子吸收能量（电电、热热、化学和化学和光能光能等等）被激发被激发 至激发态至激发态，然后从不稳定的激发态然后从不稳定的激发态返回至返回至基态并发射出光子基态并发射出光子，此种现象称此种现象称 为为发光发光。 发光分析包括发光分析包括光致发光光致发光、化学发光化学发光、生物发光生物发光等等。 光致发光光致发光（PhotoluminescenceP
2、hotoluminescence）：物质物质吸收光能后所产生的吸收光能后所产生的光辐光辐 射射。 分子荧光分子荧光（FluorescenceFluorescence）：能量转移不涉及电子自旋改变能量转移不涉及电子自旋改变，辐辐 射停止即停止射停止即停止，寿命短寿命短， l l1 ； ； 磷光发射磷光发射：电子由电子由第一激发第一激发三重态三重态的最低振动能级的最低振动能级基态基态各振动能层 所产生的辐射（ T1 S0跃迁跃迁）；）；发光速度很慢：发光速度很慢： 10-41 s 。 电子由电子由S0进入进入T1的可能过程：（的可能过程：（ S0 T1禁阻跃迁）禁阻跃迁） S0激发激发振动弛豫振动
3、弛豫内转移内转移系间窜越系间窜越振动弛豫振动弛豫 T1 2、弛豫过程（Relaxation processes） 7.1 分子荧光及磷光光谱法 二、激发光谱与荧光二、激发光谱与荧光(磷光磷光)光谱光谱 荧光和磷光均属于光致发光荧光和磷光均属于光致发光。任何荧任何荧（磷磷）光都具有两种特征光都具有两种特征 光谱：光谱：激发光谱激发光谱与与发射光谱发射光谱。 激发光谱曲线的最高处激发光谱曲线的最高处， 处于激发态的分子最多处于激发态的分子最多， 荧光强度最大荧光强度最大，用用lex表示表示。 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 8
4、50 900 0 400 800 1200 1600 2000 2400 2800 3200 3600 4000 4400 4800 IF l l 固定lem=620nm(MAX) lex=290nm (MAX) 1 1、荧光荧光( (磷光磷光) )的激发光谱的激发光谱 （Excitation spectra） 测定方法测定方法：选择荧光：选择荧光 （磷光磷光）的最大发射波的最大发射波 长为测量波长长为测量波长，改变激改变激 发光的波长发光的波长，测量荧光测量荧光 强度的变化强度的变化。 通过测量荧光通过测量荧光( (或磷光或磷光) )体的发光强度随激发光波长体的发光强度随激发光波长 的变化而
5、获得的光谱的变化而获得的光谱，称为称为激发光谱激发光谱。 二、激发光谱与荧光(磷光)光谱 2 2、发射光谱（也称荧光光谱或磷光光谱）、发射光谱（也称荧光光谱或磷光光谱） 固定激发光波长固定激发光波长( (选最大激发波长选最大激发波长),),然后然后扫描发射波长扫描发射波长，测定不测定不 同发射波长的荧光同发射波长的荧光（磷光磷光）强度与发射光波长关系曲线即强度与发射光波长关系曲线即得得荧光荧光 （磷光磷光）光谱光谱。 通过通过荧光荧光（磷光磷光） 光谱光谱，选择选择发射发射荧荧 光光（磷光磷光）强度强度最最 大的发射波长为大的发射波长为最最 佳 发 射佳 发 射 波 长波 长 ， 用用 em
6、em表示 表示。 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 0 400 800 1200 1600 2000 2400 2800 3200 3600 4000 4400 4800 IF l l l lex=290nm (MAX) 固定固定l lem=620nm(MAX)固定固定l lex=290nm (MAX) l lem= 620nm(MAX) 二、激发光谱与荧光(磷光)光谱 3 3、激发光谱与发射光谱的关系激发光谱与发射光谱的关系 1 1）斯托克斯斯托克斯位移位移 与激发与激发（或吸收或吸收）波长相比波长相比，荧
7、光发射波长更长荧光发射波长更长， 即产生所谓即产生所谓StokesStokes位移位移。（振动弛豫失活所致振动弛豫失活所致） 2 2）发射光谱发射光谱的形状与激发波长无关的形状与激发波长无关 电子跃迁到不同激发态能级电子跃迁到不同激发态能级，吸收不同波长的能量吸收不同波长的能量，产生不同吸收带产生不同吸收带，但但 均通过极快的内转换和振动弛豫回到均通过极快的内转换和振动弛豫回到第一激发单重态的最低振动能级第一激发单重态的最低振动能级后再跃后再跃 迁回到迁回到基态基态，产生波长一定的荧光产生波长一定的荧光。 换句话说换句话说，不管激发波长如何不管激发波长如何，电子都是电子都是从从第一电子激发态的
8、最低振动能第一电子激发态的最低振动能 级级跃迁跃迁到基态的各个振动到基态的各个振动能层的能层的。 3 3）荧光激发光谱的形状与发射波长无关荧光激发光谱的形状与发射波长无关 由于由于在稀溶液中，荧光发射的效率在稀溶液中，荧光发射的效率( (称为量子产率称为量子产率) )与激发光的波长无关，与激发光的波长无关， 因此用不同发射波长绘制激发光谱时，激发光谱的形状不变，只是发射强因此用不同发射波长绘制激发光谱时，激发光谱的形状不变，只是发射强 度不同而已。度不同而已。 3、激发光谱与发射光谱的关系 4 4）镜像规则镜像规则 通常荧光光谱与通常荧光光谱与吸收光谱吸收光谱（与激发光谱形状一样与激发光谱形状
9、一样）呈呈镜像对镜像对 称称关系关系。 激发光谱：形状取激发光谱：形状取 决于第一激发态各决于第一激发态各 振动能级分布振动能级分布 发生光谱：形状发生光谱：形状 取决于基态各振取决于基态各振 动能级分布动能级分布 三维荧光光谱 I Ff (ex、em) 蒽的激发光谱 固定发射波长、扫描激发波长 I Ff (ex、em) 蒽的发射光谱 固定激发波长、扫描发射波长 蒽的三维等高线光谱图 蒽的三维等荧光强度光谱 7.1 分子荧光及磷光光谱法 三、影响荧光及强度的因素三、影响荧光及强度的因素 1 1、分子分子产生荧光必须具备的条件产生荧光必须具备的条件 （1）分子具有与辐射频率相应的荧光结构分子具有
10、与辐射频率相应的荧光结构（内因内因）； （2）吸收特征频率的光后吸收特征频率的光后，应可产生具一定量子效率的荧光应可产生具一定量子效率的荧光。 荧光量子产率荧光量子产率（ ）： 吸收光量子数 发射磷光的量子数 P n 1i iP P stP kk k 大多数的荧光物质的量子产率在大多数的荧光物质的量子产率在0.11之间；之间； 例如：例如：0.05mol/L的硫酸喹啉，的硫酸喹啉， F=0.55；荧光素荧光素 F=1 k kF F、kp荧光荧光（磷光磷光）发射发射过程的速率常数过程的速率常数，k ki i为其它有关为其它有关过程过程（无辐射无辐射 跃迁跃迁）的的速率常数的总合速率常数的总合。
11、st系间窜跃效率系间窜跃效率。 通常通常， k kF F由分子结构由分子结构决定决定，而其它参数则由化学环境和结构共同决定而其它参数则由化学环境和结构共同决定。 三、影响荧光及强度的因素 2 2、荧光与有机化合物、荧光与有机化合物的结构的结构 1 1）跃迁跃迁类型：类型：通常通常，具有具有 * *及及n n * *跃迁结构的分子才会产生荧光跃迁结构的分子才会产生荧光。且且 * *跃迁的量子效率比跃迁的量子效率比n n * *跃迁的要大跃迁的要大得多得多（前者前者 大大、寿命短寿命短）。 n * max 100 平均寿命10-510-7sec *max104 平均寿命10-710-9sec kS
12、 T小 * 是有机化合物产生荧光的主要跃迁类型。 强荧光的强荧光的有机化合物还应具备以下有机化合物还应具备以下特征特征: 具有大的共轭具有大的共轭键结构；键结构； 具有刚性的平面结构；具有刚性的平面结构； 具有最低的单重电子激发态为具有最低的单重电子激发态为S1为为*型；型； 取代基团为给电子取代基取代基团为给电子取代基。 2、荧光与有机化合物的结构 2）共轭）共轭效应效应 产生荧光的有机物质产生荧光的有机物质，一般都，一般都含有共轭双键体系，共轭体系越大，含有共轭双键体系，共轭体系越大， 离域大离域大键的电子越容易激发，荧光与磷光越容易产生。键的电子越容易激发，荧光与磷光越容易产生。 化合物
13、化合物 苯苯萘萘蒽蒽丁丁 省省戊戊省省 exmax(nm)205286365390580 emmax(nm)278321400480640 F0.110.290.460.600.52 荧光物质的刚性和平面性增加荧光物质的刚性和平面性增加， 分子振动少，与其它分分子振动少，与其它分 子碰撞失活子碰撞失活 的几率下降有利于的几率下降有利于荧光发射。荧光发射。 3）刚性）刚性平面结构平面结构 芴芴 联苯联苯 F=1 F=0.2 N N N N 不产生荧光不产生荧光 产生荧光产生荧光 C COO- O-O C O COO- O-O 产生荧光产生荧光 不产生荧光不产生荧光 F=0.92 CH2OH CH
14、3 H3C 萘萘 VA F(萘萘)= 5 F(VA) 荧光黄荧光黄 酚酞酚酞 偶氮菲偶氮菲 偶氮苯偶氮苯 C、刚性、刚性平面结构平面结构 2、荧光与有机化合物的结构 A、给、给电子取代剂加强荧光电子取代剂加强荧光 4）取代基效应）取代基效应 NH2， NHR ， NR2， OH， OR ， CN 产生产生 p 共轭共轭 二苯甲酮：弱荧光、强磷光二苯甲酮：弱荧光、强磷光 S1 T1的的系间窜跃产率接近系间窜跃产率接近1 化合物化合物苯苯苯酚苯酚苯胺苯胺苯基氰苯基氰苯甲醚苯甲醚 emmax (nm) 278310285365310405280390285345 相对荧光强度相对荧光强度101820
15、2020 B、得、得电子取代基减弱荧光、加强磷光电子取代基减弱荧光、加强磷光 C=0， COOH ，X， NO，NO2 不产生不产生 p 共轭共轭 O NO2 硝基苯：不产生荧光、弱磷光硝基苯：不产生荧光、弱磷光 空间位阻对荧光发射的影响空间位阻对荧光发射的影响 C、取代基、取代基的位置的位置 反式二苯乙烯反式二苯乙烯 强荧光物质强荧光物质 N CH3H3C -O3S N CH3H3C SO3- F=0.75 F=0.03 C C H H C C H H 立体异构体对荧光发射的影响立体异构体对荧光发射的影响 顺式二苯乙烯顺式二苯乙烯 非荧光物质非荧光物质 2、荧光与有机化合物的结构 芳香族化合物中引入重原子取代基或溶解在含有重原子的溶剂中，使其芳香族化合物中引入重原子取代基或溶解在含有重原子的溶剂中，使其 荧光荧光减弱、磷光减弱、磷光增强的现象。增强的现象。 5）重原子效应）重原子效应S1 T1的系间窜跃由于重原子的的系间窜跃由于重原子的存在而增强存在而增强 三、影响荧光及强度的因素 3 3、影响荧光强度的外部因素（了解）、影响荧光强度的外部因素（了解） 1 1）溶剂效应）溶剂效应
