第五章 分子发光分析法

（2）影响荧光强度的因素
a. 溶剂对荧光强度的影响 一般溶剂效应：溶剂的折射率和介电常数的影响（普遍的） 特殊溶剂效应：荧光体和溶剂分子间的特殊化学作用 （如：氢键的生成和化合作用） * → 跃迁几率↑→ If↑ 溶剂极性↑→ * →跃迁的能量↓→λ红移 b. 温度的影响：荧光强度对温度变化敏感，温度增加，外转换去活 化的几率增加 低温下 If比室温有显著增强→低温荧光分析
（3）溶液荧光的猝灭 a. 碰撞猝灭 M* + Q→M + Q + 热 M*----- 荧光分子 Q ----- 猝灭剂分子 b. 静态猝灭（组成化合物的猝灭） M* + Q→MQ（非荧光配合物） c. 转入 三重态的猝灭 S1 →T1 如：溶解氧对有机化合物（尤其芳香烃）荧光产生猝灭；体系 中引入碘或溴，促使激发态分子的系间跨越 d. 发生电子转移反应的猝灭 如：甲基蓝 + Fe2+ →甲基蓝荧光猝灭 e. 荧光物质的自猝灭 M* + M→M + M + 热
荧光分光光度计上配上磷光附件，可用于磷光测定。 1、杜瓦瓶（盛液氮→作为低温磷光） 2、磷光镜（磷光与荧光分光光度计的主要差别） 通常借助于荧光和磷光寿命的差别，采用磷光镜的装 置将荧光隔开
（四）应用（能产生磷光的物质数量很少，磷光分 析远不及荧光分析普遍）
1.稠环芳烃分析 采取固体表面室温磷光分析法快速灵敏测定稠环芳烃
子中引入杂原子或重原子取代基时，会发生~，提高磷光量子效率。
（二）室温磷光法（RTP）（自学） 1、固体基质室温磷光法 2、胶束增稳的溶液室温磷光法 三要素：a. 利用胶束稳定性 b. 结合重原子效应 c. 对溶液除氧 3、敏化溶液室温磷光法 分析物质本身并不发磷光，而是引发受体发磷光
（三）磷光分光光度计
内转换
S2
S1 能 量 吸 收
内转换 振动弛豫 系间跨越
T1 发 射 荧 光
T2
外转换
发 射 磷 振动弛豫 光
S0
l1
l2
l 2
l3
P88，5.1荧光和磷光体系能级图（掌 握） （二）激发光谱和发射光谱 1、激发光谱（吸收光谱）
固定测量波长(选最大荧光发射波长), 化合物发射的荧光(磷光)强度与激发光 波长的关系曲线 （图中曲线I ） 激发光谱曲线的最高处，处于激发态 的分子最多，荧光强度最大 2、发射光谱（荧光光谱） 固定激发光波长(选最大激发波长), 化
C
Cx
I f ( x) I f ( s)
Cs
（三）应用 1、元素的荧光测定（见表） 与有机试剂配合物后测量；可测量约60多种元素。 2、有机化合物的测定（见表）
四、磷光分析法 与荧光分析法相比，磷光具有下列三个特点： P F lem (T1态能量比S1态低） 1、lem 2、τp > τF τF : 10-7-10-9s S1→S0 τp: 10-4-10s S1→T1，T1→S0（禁阻，速率慢） 3、磷光的寿命（ τ p ）和辐射强度（Ip）对于重原子和 顺磁性离子是极其敏感的（重原子的高核电荷引起或 增强了溶质分子的自旋-轨函耦合作用，有利于So→T1 I 53 , Br35 ） 的吸收跃迁和S1→T1系间跨越（如：
I cl
t
t2
1
I cl t dt cl
t2
t1
dc dt cl c dt
c 起始浓度 t1 0, t 2 反应结束所需的时间
整个反应产生的总发光强度与分析物浓度存在线性关系
1. 峰高（峰值法） 峰值∝c 2. 峰面积 峰面积∝c 二、化学发光反应的类型 1. 直接化学发光：被测物作为反应物直接参加化学发光反应， 生成电子激发态产物分子，此初始激发态能辐射光子。 A +B = C * + D C* → C + h
max
对联三苯 0.93 342
（3）刚性平面结构
刚性↑→分子振动↓→去活化的可能↓→φ↑→If↑ （4）取代基效应 a. 给电子基团→ If↑(-OH, -OR, -NH2,-CN, -NR2) b. 吸电子基团→ If↓(-COOH, -C=O, -NO2, -NO, -X等)
3、溶液的荧光（或磷光）强度
（一）低温磷光法 外转换 低温：避免去活化过程 化学反应 冷却剂：液氮（-196 oC） 外部重原子效应：含重原子的溶剂，由于重原子高核电荷引起或
增强了溶质分子的自旋-轨函耦合作用，从而增大了So→T1吸收跃迁和 S1→T1跨系跃迁的几率，有利于磷光的发生和增大磷光的量子产率， 称~。
内部重原子效应：当分子中引入重原子取代基，例如，当芳烃分
发射光子的分子数 ce em 参加反应的分子数
cl
ce ：生成激发态产物分子的化学激发效率
em ：激发态分子的发射效率
（三）发光强度的测量 时刻t 的化学发光强度(单位时间发射的光量子数)：
dc I cl t cl dt
dc/dt----分析物参加反应的速率 如果反应是一级动力学反应，t时刻的化学发光强度 Icl(t)与该时刻的分析物的浓度成正比
几种基本的去活化过程 1、振动弛豫: Sn (v>0)
Sn(v=0)，发生过程较快 10-12s 2、荧光发射 : S1（v=0） S0（v=0，1，2··· ·· · ) 10-9-10-7s 3、内转换: S2 S1，T2 T1（10-13-10-11s） 4、外转换：激发分子通过与溶剂或其他溶质间的相互作用 和能量转换而使荧光或磷光强度减弱甚至消失 的过程。“熄灭”或“猝灭” 5、系间跨越：不同多重度状态间的一种无辐射跃迁过程 S1 T1，使原来自旋配对的电子不再配对 （自旋-轨道耦合） 10-6-10-2s 6、磷光发射: T1（v=0） S0（v=0，1，2 ·· ·· ·· ) 10-4-10s
合物发射的荧光(或磷光强度)与发射光
波长关系曲线(图中曲线II或III)。
荧光发射光谱 荧光激发光谱80 440 500 560 室温下菲的乙醇溶液荧（磷）光光谱
620
3、荧光发射光谱的一些特性 （1）Stokes位移
l l
em max
l
ex max
（2）荧光发射光谱的形状与激发波长无关 不论用哪一个波长λ的光辐射激发，电子都从第一 电子激发态的最低振动能级返回到基态的各个振动能级 （3）镜像规则 荧光光谱与吸收光谱（激发光谱）成镜像对称关系
二、荧光分光光度计 光源 ↓ 激发单色器 记录仪 ↓ 样品池 → 发射单色器 → 检测器
光源与检测器成直角
（一）光源：紫外-可见区 氙灯、高压汞灯 （二）单色器：色散元件 光栅或滤光器 第一单色器 (激发单色器)用于选择激发波长 第二单色器 (发射单色器)用于选择荧光发射波长 （三）样品池：石英 （四）检测器：光电管或光电倍增管 三、分子荧光分析法及其应用 （一）荧光分析法的特点 √ 1、灵敏度高：比UV-Vis法高2-4个数量级，100-1 ppb √ 2、选择性好：既可依据特征发射光谱，又可根据特 征吸收光谱 √ 3、试样量少和方法简便
和杂环化合物（致癌物质）；见表
2.农药、生物碱、植物生长激素的分析 烟碱、降烟碱、新烟碱，2，4-D等分析 检测限0.01 g/cm-3 3.药物分析和临床分析
见表
§5.2 化学发光分析
化学发光：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。
镜像规则的解释（了解）
基态上的各振动能级分布 与第一激发态上的各振动能级
分布类似；
（如左上图）基态 上的零振动能级与
第一激发态的二振
动能级之间的跃迁 几率最大，相反跃
迁也然。
荧光激发光谱
荧光发射光谱
200
250
300
350
400
450
蒽的激发光谱和荧光光谱
500 nm
（三）荧光和分析结构的关系 1、分子产生荧光必须具备两个条件： （1）具有合适的结构； （2）具有一定的荧光量子产率。 发射的光量子数 荧光量子产率（）： 吸收的光量子数
c. 溶液pH的影响 例如：苯胺在pH 7-12，以分子形式存在，产生蓝色荧光； pH<2或pH>13不发生荧光 d. 内滤光作用和自吸收现象 内滤光作用：溶液中若存在着能吸收激发或荧光物质所发射光能的物质，就会使荧 光减弱，称~。 例如：色氨酸中存在K2Cr2O4， K2Cr2O4吸收了色氨酸的激发能和其 发射的荧光 “自吸收”现象：荧光物质的荧光发射光谱的短波长一端与该物质的吸收光谱的长 波长一端有重叠。在溶液浓度较大时，一部分荧光发射被自身吸收，产生“自吸 收”现象而降低了溶液的If
A或B ------ 被测物， C *------电子激发态产物
2. 间接发光：被测物A或B通过化学反应后生成初始激发态 C * ， C * 不直接发光，而是将其能量转移给F，使F处于 激发态，当F*跃迁回基态时产生发光。 A + B→ C*+ D C*+ F→ F* + E F*→F + hυ （二）气相化学发光和液相化学发光 1. 气相化学发光：发光反应在气相中进行，称~。 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。 • 例如：NO + O3 → NO2*+O2 • NO2* → NO2 + h
一、化学发光分析的基本原理 产物分子→吸收化学反应产生的化学能→激发→化学发光 A +B = C * + D C* → C + h （一）应满足的条件： 1、反应必须提供足够的激发能（大多为氧化还原反应） 2、有利的化学反应历程 3、激发态跃迁至基态释放出光子而非热量