现代仪器分析-荧光分析教案

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题目: 荧光分析法

教学目的与要求: （1）掌握分子荧光、磷光和化学发光的产生机理；掌握激

发光谱和发射光谱特征。

（2）掌握荧光与分子结构的关系以及溶液的荧光（磷光）

强度影响因素。

（3）熟悉荧光（磷光）分析法的特点及定量测定方法。

（4）了解磷光分析法的类型。

（5）熟悉荧光、磷光和化学发光分析仪器的结构。

内容与时间分配: ①荧光分析原理：120min；

②荧光仪器：20min；

③分析方法：40min；

④磷光分析简介：20min；

重点与难点: 1、荧光的产生；

2、荧光光谱与激发光谱；

3、荧光与分子结构

4、影响因素

5、分析方法

教具准备: PPT

荧光分析法（fluorometry）

灵敏度高，紫外－可见法10－7g/ml

待测物质：分子荧光

原子荧光

激发光：紫外可见荧光

红外可见荧光

X－射线荧光

1、基本原理

利用目一波长得光照射试样，使试样吸收这一辐射，然后再发射出波长相同或较长得光，若这种再发射约在10-9秒内发生，称为荧光，利用荧光得强度和特性对物质进行定性、定量分析，称为荧光分析法。

当分子轨道中电子吸收光子跃迁，

若电子跃迁后，处于自旋方向相反得状态，则总自旋量子数S＝0，体系的多重性M=2S+1，既为激发态的单线态（此分子在磁场中不产生能级裂分）

若电子跃迁后，处于自旋方向相同的状态，则总自旋量子数S=1/2+1/2=1,体系的多重性M=2S+1=3,即为三线态（在磁场中，三线态的电子能级产生裂分，一条线可分裂成三条线。三线态的能量较相应单线态的能量低）。

[电子由单→单跃迁，所需E1

由于单→三的跃迁使禁阻的，所以摩尔吸光系数ε小]

分子在室温基本处于电子跃迁的级态，吸收了可见－紫外光后，基态分子只能跃迁到激发单线态的各个不同振－转能阶，而不能直接跃迁到激发三线态的各个振－转能级（自旋禁阻定律）。

紫外－可见光照射物质，基态分子不断跃迁到激发态，则分子的紫外吸收应逐渐减小至消失，但事实上物质分子能够连续吸收紫外－可见光，说明存在一条或多条从分子激发态往基态的途径。

①振动弛豫：无辐射跃迁，只在同一电子能级内进行。

激发态分子由于分子间碰撞或分子与晶格间的相互作用，以热的形式损失掉部分能量，从振动能级的较高能级下降。

既激发态不同振动能级间的能量释放，这部分能量以热的形式释放，而不是以光辐射的形式发出，故振动弛豫属于无辐射跃迁。

②荧光发射

电子由激发态的最低振动能级回迁到基态，释放出能量，发射的光为荧光。

由于已损失了部分能量，所以荧光的波长<原照射的紫外光波长。

③内部能量转换：非辐射过程

激发态分子将激发态能转变为热能，回到基态。

第二电子激发态S2的的振动能级与第一电子激发态的高振能级的ΔE较小，甚至重叠，所以，他们之间的内部能量转换很容易发生，速度很快。

因此，分子无论在哪一个激发单线态都能通过内部能量转换到达低一级激发态的最高振动能级；然后通过振动弛豫回到起最低振动能级；最终回到基态的最低振动能级。这一过程成为内部卒灭。大多数物质的内部卒灭过程很快，所以无荧光发出。

④内部能量转换

激发态分子通过碰撞将能量转移给其他分子，直接回到基态，导致外部卒灭。

例：溶剂中含荧光卒灭剂或温度较高时，易产生外部卒灭。

⑤体系间交叉跃迁

电子由激发单线的最低振动能级→激发三线态的最高振动

多数分子：体系间交叉跃迁时禁阻的。

极少数分子可以（如含溴、碘等重原子）→因为其自旋轨道的强偶合作用，电子自旋可以逆转方向，时体系跨越容易。

⑥磷光发射

电子通过振动弛豫从激发态三线态的最高振动→最低，然后发出光发射跃迁至基态的各个振动能级，这种光辐射称磷光发射。

激发三线态最低振动能级低于……单线态……

所以磷光辐射能量<荧光

磷光辐射波长>荧光

荧光法不普及：

室温下难呈现①体系间跨越几率小

②体系间跨越后，又一改体系间跨跃回到激发单线态→荧光

③分子间碰撞，溶剂间作用，各种卒灭效应。

所以，磷光法：液氮冷冻条件下激发。

⑦延迟荧光

分子在激发三线态的振动基态可以存活一定时间，所以需时较长。

2、激发光谱与荧光光谱

荧光时分子受激发射光谱，所以有两个特征光谱：激发光谱

发射光谱

（1）激发光谱：以激发光波长为横坐标

荧光强度为纵坐标

荧光强度随激发光波长的变化

（2）荧光光谱：以荧光的发射波长为横坐标

荧光的发光强度为纵坐标

荧光物质的λex,man和λem,max是鉴定的依据，也是定量的依据，

（3）特点：

（4）紫外光谱：紫外光的吸收度

荧光物质的激发光谱

两者相似，因吸收了紫外线才能发射荧光

①激发光谱与紫外吸收相似，但不完全重叠

②荧光光谱与激发光谱相比在长波长处

荧光光谱的吸收峰只有一个，且与激发光波长无关。

③激发光谱与荧光光谱呈镜像关系，

例蒽的激发光谱与荧光光谱（在高分辨的荧光光谱图上）

激发光谱 a峰：分子基态S0→S2*

b峰：分子基态S0→S i*的（V0、V1、V2、V3、V41、2、……为不同的能级）b0峰相

当于b0的跃迁线

b1峰相当于b1的跃迁线

荧光光谱：C峰：分子从第一电子激发态的振动能级基态跃迁至电子基态的不同振动能

级而形成C0峰→C0跃迁线

C1峰→C1的跃迁线

3、荧光与分子结构的关系

(1)产生过程: