仪器分析-分子发光分析法

第五章分子发光分析法（MolecularluminescenceAnalysis）第一节荧光分析法（Fluorescence）第二节磷光分析法（Phosphorescence）第三节化学发光分析法（Chemiluminescence）第一节荧光分析法（Fluorescence）一、分子发射光谱与分子能级结构吸光无辐射跃迁系间跨越单重线态T1三重线态荧光磷光S0S1S2振动弛豫内部转换1.1概述二、分子吸收光谱与分子荧光光谱吸光荧光250300350400450蒽乙醇溶液吸收和荧光光谱300400500•荧光光谱与吸收光谱镜像对称•荧光光谱较吸收光谱简单硫酸奎宁在稀硫酸中的荧光光谱与吸收光谱三、荧光量子产率（荧光效率）发荧光的两个必要条件•分子能吸收光子而跃迁至激发态•激发态分子能以光的形式释放能量荧光效率（f）=发出光子数吸收光子数如果一个分子将吸收的光子全部释放，则其量子产率为100%。化合物荧光效率溶剂荧光素0.92（0.1MNaOH）曙红0.19（0.1MNaOH）罗丹明B0.97（乙醇）蒽0.31（己烷）核黄素0.26（水，pH7）菲0.10（乙醇）萘0.12（乙醇）酚0.22（水）叶绿素0.32（苯）某些化合物的荧光效率四、量子产率与分子结构荧光通常发生在具有刚性结构和平面结构的-电子共轭体系分子中，任何有利于提高-电子共轭度的结构改变，都将提高荧光量子产率，或使荧光波长向长波长方向移动。化合物荧光效率平均波长苯0.07283联苯0.18316对联三苯0.93342化合物荧光效率平均波长苯0.07283萘0.23334蒽0.36402苯0.07283甲苯0.17285乙苯0.18286五、荧光分析的特点1、灵敏度高2、选择性好3、仪器简单4、应用范围广1.2荧光定量分析基础If=fIa=f(Io-I)If:荧光强度Ia:所吸收的辐射强度；f：荧光效率AoIIIIA10lg0一、荧光强度与浓度将指数展开：如果吸光度A0.05,方括号中其他各项与第一项相比均可忽略：fI0bKcbcIIoff3.2由于A=bc：故在实验条件固定时，荧光强度与浓度成正比,即：二、荧光熄灭IfC01、内滤效应发射的荧光在溶液中通过时被基态分子所吸收而使荧光强度下降的现象。2、淬灭效应碰撞淬灭：荧光分子之间或荧光分子与熄灭剂分子之间碰撞引起的荧光熄灭效应M+hM*(吸光）M*M+h’（发生荧光）M*+Q熄灭例如：芳香烃的荧光可以被溶解O2所淬灭转入三线态的淬灭含溴化物、碘化物、硝基化合物、重氮化合物、羰基化合物及某些杂环化合物容易转变为三重态，因而易使荧光淬灭1.3荧光分析的仪器光源单色器液槽检测器记录器单色器I0If1、光源汞弧灯山弧灯激光光源气荧光光源强度紫外-可见吸收光谱光源激光诱导荧光LaserInducedfluorescence低压汞灯：254nm2、单色器滤光片棱镜光栅400500600nmRelativeFLIntensityEXEMWavelength/Stocks位移标准1样品2Wavelength/If荧光光谱1113.2bcIIoff2223.2bcIIoffIf11A1If22A2=量子产率的测定1A1If12A2If2=奎宁在0.1M的硫酸中荧光量子产率的绝对值为0.55。荧光分析的缺点——散射光影响磷光分析的仪器检测器贝克勒耳圆盘第二节磷光分析法基本原理磷光是分子从亚稳的三重态跃迁至基态时所产生的辐射特点：（1）磷光辐射的波长比荧光长，这是因为分子的T1态能量比S1态低；（2）磷光的寿命比荧光长。由于荧光是S1---S0跃迁产生的，这种跃迁是自旋许可的跃迁，S1态的辐射寿命通常在10-7—10-9s；磷光是T1—S0跃迁产生的，这种跃迁是自旋禁阻的跃迁，其速率常数要小得多，因而寿命要长，大约在10-4—10s；（3）磷光的寿命和辐射强度对于重原子和顺磁性离子是极其敏感的。当磷光物质的浓度很小时，磷光强度与浓度成正比,即：Ip:磷光强度Io:激发光强度；p：磷光效率低温磷光分析固体基质室温磷光分析胶束增稳的溶液室温磷光分析敏化溶液室温磷光分析磷光分析的缺点——仪器复杂，需要固体基质或保护分析物（能量给予体）S1激发S0能量受体T1S0T1敏化磷光跃迁示意图化学发光分析的仪器记录器第三节化学发光分析法基本原理某些物质在进行化学反应时，由于吸收了反应时产生的化学能，而使反应产物分子激发至激发态，受激分子由激发态回到基态时，便发出一定波长的光这种吸收化学能使分子发光的过程称为化学发光。利用化学发光反应而建立起来的分析方法称为化学发光分析法化学发光也发生于生命体系，这种发光专称为生物发光。CL=发射的光子数参加反应的分子数=rfr=激发态分子数参加反应的分子数f=发射的光子数激发态分子数生成激发态分子的化学效率激发态分子的发光效率化学发光效率：ICL(t)=dcdtCL化学发光反应的发光强度以单位时间内发射的光子数表示，它与化学发光反应的速率有关。由于化学发光的强度随时间和反应物消耗的变化逐渐减小，如果反应是一级动力学反应，t时刻的ICL(t)与该时刻分析物浓度成正比，即化学发光峰值强度与分析物浓度成线性关系另一种分析方法是利用总发光强度与分析物浓度的定量关系。就是在一定时间间隔里对化学发光强度进行积分。化学发光反应的类型1、直接化学发光和间接化学发光2、气相化学发光和液相化学发光直接A+BC*+DC*C+hv间接A+BC*+DC*+FF*+EF*F+hv气相：主要有O3、NO、S的化学发光反应，可用于监测空气中的O3、NO、NO2、H2S、SO2和CO等。液相：用于这一类的化学发光分析的发光物质有鲁米诺、光泽精、洛粉碱等。其中鲁米诺化学发光机理研究最久，其化学发光体系已用于分析测量痕量的H2O2以及Cu、Mn、Co、V、Fe、Cr、Ce、Hg、Th等第四节荧光、磷光、化学发光分析的应用