荧光分析法基本概念

紫外可见吸收光谱

一紫外吸收光谱分析

基于物质对200-800nm光谱区辐射的吸收特性而建立起来的分析测定方法称为紫外-可见吸收光谱法或紫外-可见分光光度法。它属于分子吸收光谱,就是由于分子内电子跃迁而产生的光谱。

二紫外光谱的产生

物质分子的能量具有量子化的特征(即物质分子的能量具有不连续的特征)。一个分子有一系列能级,其中包括许多电子能级,分子振动能级以及分子转动能级。分子吸收特定的波长的光而产生吸收光谱分子的紫外吸收光谱就是由于分子中价电子的跃迁而产生的,从化学键的性质上考虑,与电子光谱有关的主要就是三种电子: (1)形成单键的σ电子;(2)形成双键的π电子;(3) 分子中非键电子即n电子。

化合物不同,所含的价电子类型不同,所产生的电子跃迁类型不同,根据分子轨道理论,分子中这三种电子能级的高低次序大致就是: (σ)＜(π)＜(n)＜(π*)＜( σ* ) σ,π就是成键轨道,n 就是非键轨道,σ* ,π* 就是反键轨道

由于电子能级间跃迁的同时总伴随有振动与转动能级间的跃迁。即电子光谱中总包含有振动能级与转动能级间跃迁产生的若干谱线而呈现宽谱带。

二紫外光谱的表示方法

紫外光谱图就是由横坐标、纵坐标与吸收曲线组成的。

横坐标表示吸收光的波长,用nm(纳米)为单位。

纵坐标表示吸收光的吸收强度,可以用A(吸光度)、T(透射比或透光率或透过率)、1-T(吸收率)、 (吸收系数) 中的任何一个来表示。

吸收曲线表示化合物的紫外吸收情况。曲线最大吸收峰的横坐标为该吸收峰的位置,纵坐标为它的吸收强度。

四、紫外光谱中常用的几个术语

1、发色基团与助色基团

发色基团:就是能导致化合物在紫外及可见光区产生吸收的基团,不论就是否显示颜色都称为发色基团。一般不饱与的基团都就是发色基团(C=C、C=O、N=N 、三键、苯环等)

助色基团:指那些本身不会使化合物分子产生颜色或者在紫外及可见光区不产生吸收的一些基团,但这些基团与发色基团相连时却能使发色基团的吸收带波长移向长波,同时使吸收强度增加。助色基团通常就是由含有孤对电子的元素所组成(-NH2, -NR2, -OH , -OR , -Cl等),这些基团借助P-π共轭使发色基团增加共轭程度,从而使电子跃迁的能量下降。

2.红移、蓝移、增色效应与减色效应

由于有机化合物分子中引入了助色基团或其她发色基团而产生结构的改变、或者由于溶剂的影响使其紫外吸收带的最大吸收波长向长波方向移动的现象称为红移。与此相反,如果吸收带的最大吸收波长向短波方向移动,则称为蓝移。

由于化合物分子结构中引入取代基或受溶剂的影响,使吸收带的强度即摩尔吸光系数增大或减少的现象称为增色效应或减色效应、分子荧光分析法

一、荧光的产生

物质分子的能级包括一系列电子能级、振动能级与转动能级。分子吸收能量后,从基态最低振动能级跃迁到第一电子激发态或更高电子激发态的不同振动能级(这一过程速度很快,大约10-15s),成为激发单重

态分子。激发态分子不稳定,可以通过以下几种途径释放能量返回基态

1、振动驰豫

这一过程只能发生在同一电子能级内,即分子通过碰撞以热的形式损失部分能量,从较高振动能级下降到该电子能级的最低振动能级上。由于这一部分能量以热的形式释放,而不就是以光辐射形式发出,故振动驰豫属于无辐射跃迁。

2、内转换

即激发态分子将多余的能量转变为热能,从较高电子能级降至较低的电子能级。内转换也属于无辐射跃迁

3、系间窜跃

有些物质的激发态分子通过振动驰豫与内转换下降到第一电子激发态的最低振动能级后,有可能经过另一个无辐射跃迁转移至激发三重态,这一过程伴随着自旋方向的改变,称为系间窜跃。对于大多数物质,系间窜跃就是禁阻的。如果分子中有重原子(如I、Br等)存在,由于自旋-轨道的强偶合作用,电子自旋方向可以改变,系间窜跃就变得容易了

4、磷光

经系间窜跃的分子再通过振动驰豫降至激发三重态的最低振动能级,停留一段时间(10-4～10 s,称作磷光寿命),然后以光辐射形式放出能量返回到基态各振动能级,这时发出的光称为磷光(phosphorescence)。由于激发三重态能量比激发单重态最低振动能级

能量低,故磷光辐射的能量比荧光更小,即磷光的波长比荧光更长。5、荧光

较高激发态分子经无辐射跃迁降至第一电子激发单重态的最低振动能级后,仍不稳定,停留较短时间后(约10-8s,称作荧光寿命),以光辐射形式放出能量,回到基态各振动能级,这时所发射的光称为荧光。当然也可以无辐射跃迁形式返回基态

二、激发光谱与荧光光谱

荧光检测

光源发出的紫外可见光通过激发单色器分出不同波长的激发光,照射到样品溶液上,激发样品产生荧光。样品发出的荧光为宽带光谱,需通过发射单色器分光后再进入检测器,检测不同发射波长下的荧光强度F。由于激发光不可能完全被吸收,可透过溶液,为了防止透射光对荧光测定的干扰,常在与激发光垂直的方向检测荧光(因荧光就是向各个方向发射的)。

激发光谱与荧光发射光谱的形成

任何荧光物质,都具有两种特征光谱,即激发光谱(excitation spectrum)与荧光发射光谱(fluorescence emission spectrum)。

1、激发光谱

保持荧光发射波长不变(即固定发射单色器),依次改变激发光波长(即调节激发单色器),测定不同波长的激发光激发下得到的荧光强度F(即激发光波长扫描)。然后以激发光波长为横坐标,以荧光强度F 为纵坐标作图,就可得到该荧光物质的激发光谱。

激发光谱上荧光强度最大值所对应的波长就就是最大激发波长,就是激发荧光最灵敏的波长。物质的激发光谱与它的吸收光谱相似,所不同的就是纵坐标。

2、荧光光谱

荧光光谱,又称发射光谱。保持激发光波长不变(即固定激发单色