分子发光分析法

第7章分子发光分析法
【7-1】解释下列名词。

（1）单重态；（2）三重态；（3）荧光；（4）磷光；（5）化学发光；（6）量子产率；（7）荧光猝灭；（8）振动弛豫；（9）系间跨越；（10）内转换；（11）重原子效应。

答：（1）单重态：在给定轨道中的两个电子，必定以相反方向自旋，自旋量子数分别为1/2和-1/2，其总自旋量子数s=0。

电子能级的多重性用M=2s+1=1，即自旋方向相反的电子能级多重性为1。

此时分子所处的电子能态称为单重态或单线态，用S表示。

（2）三重态：当两个电子自旋方向相同时，自旋量子数都为1/2，其总自旋量子数s=1。

电子能级的多重性用M=2s+1=3，即自旋方向相同的电子能级多重性为3，此时分子所处的电子能态称为三重态或三线态，用T表示。

（3）荧光：分子受到激发后，无论处于哪一个激发单重态，都可通过振动弛豫及内转换，回到第一激发单重态的最低振动能级，然后以辐射形式回到基态的各个振动能级发射的光。

（4）磷光：分子受到激发后，无论处于哪一个激发单重态，都可通过内转换、振动弛豫和体系间跨越，回到第一激发三重态的最低振动能级，然后以辐射形式回到基态的各个振动能级发射的光（5）化学发光：化学反应物或反应产物受反应释放的化学能激发而产生的光辐射。

表示。

（6）量子产率：激发态分子发射荧光的光子数与基态分子吸收激发光的光子数之比，常用
f
（7）荧光猝灭：指荧光物质分子与溶剂分子之间发生猝灭，荧光猝灭分为静态猝灭和动态猝灭。

（8）振动弛豫：处于激发态最高振动能级的外层电子回到同一电子激发态的最低振动能级以非辐射的形式将能量释放的过程。

（9）系间跨越：处于激发态分子的电子发生自旋反转而使分子的多重性发生变化的过程。

即分子由激发单重态以无辐射形式跨越到激发三重态的过程。

（10）内转换：相同多重态的两个电子态之间的非辐射跃迁。

（11）重原子效应：使用含有重原子的溶剂（如碘乙烷、溴乙烷）或在磷光物质中引入重原子取代基，都可以提高磷光物质的磷光强度，这种效应称为重原子效应。

【7-2】试从原理和仪器两方面比较分子荧光、磷光和化学发光的异同点。

答：（1）在原理方面：荧光分析法和磷光分析法测定的荧光和磷光是光致发光，均是物质的基态分子吸收一定波长范围的光辐射激发至单重激发态，测量的是由激发态回到基态产生的二次辐射，不同的是荧光分析法测定的是从单重激发态向基态跃迁产生的辐射，磷光分析法测定的是单重激发态先过渡到三重激发态，再由三重激发态向基态跃迁产生的辐射，二者所需的激发能是光辐射能。

而化学发光分析法测定的是化学反应物或反应产物受反应释放的化学能激发而产生的光辐射，所需的激发能是化学能。

（2）在仪器方面：荧光分析和磷光分析所用仪器相似，都由光源、激发单色器、液槽、发射单色器、检测器和放大显示器组成。

由于在分析原理上的差别，磷光分析仪器有些特殊部件，如试样室、磷光镜等。

而化学发光分析法所用仪器不同，它不需要光源，但有反应器和反应池及化学反应需要的恒温装置，还有与荧光和磷光分析仪器相同的液槽、单色器、检测器等。

【7-3】为什么分子发光分析法的灵敏度比紫外-可见吸收光谱法高得多？
答：因为荧光测量I非A,而且是从入射光的直角方向检测，即在黑背景下检测荧光的发射，而且荧光的发射强度大，可以通过各种方法来增强，从而提高检测的灵敏度，而分子吸光光度法中存在着严重的背景干扰，因此分子荧光光度法灵敏度通常比分子吸光光度法的高。

【7-4】为什么要在与入射角成90°的方向上检测荧光？
答：在成直角方向测量可避免透射光的影响。

【7-5】如何理解“荧光猝灭”，在分析中如何应用荧光猝灭？
【7-6】对于大多数有机物分子来说，其最低激发态为什么是三重态而不是单重态？
答：在有机分子晶体中，最低的电子激发态是三重激发态，而单态激子的能量几乎是三重态激发能量的两倍。

【7-7】对于一个在激发过程中吸收4.9×1017个光子，而在产生荧光过程中发射出2.9×1017个光子的特定反应，计算其量子效率。

解：
17
f17
2.910
==0.59
4.910
φ
⨯
⨯
【7-8】如一个溶液的吸光度为0.035，计算式（7-3）中第三项与第二项之比。

解：
22
-2.303-2.3030.035
2.303= 2.3030.035=0.04
22
bc
bc
ε
ε
⨯
÷÷⨯
（）（）
（）
！
【7-9】下列化合物中何者荧光最强？
（a）（b）（c）
答：（c）
【7-10】下列化合物中何者磷光最强？
Cl Br I
(a)(b)
(c)
答：（c）
【7-11】请按荧光强弱顺序排列下述化合物。

（a）（b）（c）
（d）（e）
答：（d）>（a）=（b）>（c）>（e）
【7-12】蒽溶解于苯中能比溶解于氯仿中产生更强的磷光吗？为什么？
答：不会。

重原子取代基通常导致荧光减弱，磷光增强，氯仿的重原子效应比苯大。

【7-13】当溶剂从苯变为乙醚时，萘产生的荧光波长会变长吗？为什么？
答：会变长。

理由略。

【7-14】苯胺（C6H5NH2）荧光在pH 3还是pH 10时更强？请说明其原因。

答：由于苯胺带有碱性的胺基，它在pH 7~12的溶液中以分子形式存在，会发出蓝色荧光；当pH 为3时，溶液中的苯胺大多数以离子形式存在，因此苯胺在pH 10时比pH 3时的更强。

【7-15】区别谱图中三个峰：吸收峰、荧光峰和磷光峰，并说明判断原则。

答：上图中Ⅰ为该组分的吸收光谱，Ⅱ为该组分的荧光光谱，Ⅲ为该组分的磷光光谱。

因为同一组分的吸收光谱波长最短，磷光波长最长，荧光光谱的波长初一中间且与激发光谱呈镜像对称。

【7-16】若10μg．L-1的核黄素的吸收曲线（实线）与荧光曲线（虚线）如图所示，试拟出测定荧光的实验条件（激发光波长和发射光波长）。

【7-17】荧光黄于435nm处激发后，在485nm处发射荧光。

硝酸银在浓硫酸介质中通过与荧光黄反应生成一非荧光产物而使荧光猝灭。

在一系列的溶液中，荧光黄的浓度恒定地保持在
5×10-7mol·L -1，硝酸盐则有着变化的浓度。

逐一测量这些标准溶液的荧光。

置1.245g 土壤试样于锥形瓶中，以10.0mL 蒸馏水将土壤中的硝酸盐溶解下来。

从该溶液中取出0.500mL 置于一个50mL 容量瓶中以含有5×10-7mol·L -1荧光黄的硫酸溶液稀释至刻度。

测量稀释后所得溶液的荧光，见下表。

试计算土壤中硝酸盐的质量分数。

答：3NO w =0.00622%。

过程略。

【7-18】 还原态的NADH 是一种具有荧光的辅酶。

在λex =340nm ；λem =465nm 条件下，测得荧光强度如下表所示，求算未知液中辅酶的物质的量浓度。

解：以表中荧光强度为纵坐标，NADH 的浓度为横坐标作图，所绘制的标准曲线和回归方程如下。

根据此标准曲线和回归曲线方程，将未知液中的荧光强度42.3代入，可解得未知液中NADH 的物质的量浓度为0.34×10-6mol/L 。