1、第九章 分子熒光光譜法Molecular fluorescence spectroscopy,光致發(fā)光和分子熒光光譜法 9.1 熒光光譜法基本原理 9.2 熒光分析儀器和熒光法的應(yīng)用,光致發(fā)光（Photoluminescence）: 熒光和磷光是分子吸光成為激發(fā)態(tài)分子，在返回基態(tài)時的發(fā)光現(xiàn)象，稱為光致發(fā)光。 特點： 靈敏度高。檢測限比吸收光譜法低13個數(shù)量級； 線性范圍寬； 選擇性比吸收光譜法好。因為能產(chǎn)生紫外可見吸收的分子不一定發(fā)射熒光或磷光； 應(yīng)用范圍不如吸收光譜法廣，因為有的分子不發(fā)熒光。 基于化合物的熒光測量而建立起來的分析方法稱為分子熒光光譜法。,9.1 熒光光譜法基本原理,9.1.

2、1 分子的激發(fā)與失活 1. 分子的多重態(tài) 單重態(tài) 一個所有電子自旋都配對的分子的電子狀態(tài)。大多數(shù)有機物分子的基態(tài)是單重態(tài)。當(dāng)基態(tài)一對電子中的一個被激發(fā)到較高能級，其自旋方向不會立刻改變，分子仍處于單重態(tài)。 三重態(tài) 有兩個電子的自旋不配對而平行的狀態(tài)。激發(fā)三重態(tài)能量較激發(fā)單重態(tài)低。,2. 激發(fā)態(tài)分子的失活: 激發(fā)態(tài)分子不穩(wěn)定，它要以輻射 或無輻射躍遷的方式回到基態(tài)。,無輻射躍遷 振動弛豫：激發(fā)態(tài)分子由同一電子能級中的較高振動能級轉(zhuǎn)至較低振動能級的過程，其效率較高。 內(nèi)轉(zhuǎn)換：相同多重態(tài)的兩個電子能級間，電子由高能級回到低能級的分子內(nèi)過程。 系間竄越： 激發(fā)態(tài)分子的電子自旋發(fā)生倒轉(zhuǎn)而使分子的多重態(tài)發(fā)

3、生變化的過程。 外轉(zhuǎn)換：激發(fā)態(tài)分子與溶劑與其他溶質(zhì)相互作用、能量轉(zhuǎn)換而使熒光 （或磷光）減弱甚至消失的過程。熒光強度的減弱或消失，稱為熒光熄滅（或猝滅）。,輻射躍遷: 熒光：受光激發(fā)的分子從第一激發(fā)單重態(tài)的最低振動能級回到基態(tài)所發(fā)出的輻射。壽命為10-8 10 -11s。由于是相同多重態(tài)之間的躍遷，幾率較大，速度大，速率常數(shù)kf為106109s-1。 磷光： 從第一激發(fā)三重態(tài)的最低振動能級回到基態(tài)所發(fā)出的輻射。由于磷光的產(chǎn)生伴隨自旋多重態(tài)的改變，輻射速度遠(yuǎn)小于熒光，磷光壽命為10-4 10s。,1. 熒光強度與濃度的關(guān)系 F = K（I0I） I0入射光輻射功率； I透射光輻射功率；熒光量子產(chǎn)

4、率（）。,9.1.2 熒光強度及影響熒光的因素 熒光是物質(zhì)吸收光子之后發(fā)出的輻射，熒光強度（F） 與熒光物質(zhì)的吸光程度及其發(fā)射熒光的能力有關(guān)。,F = K（I0I） 根據(jù)朗伯-比爾定律，,=bc,則,假設(shè)bc0.05 F = KI02.303 bc 當(dāng)I0一定時 F = KC (K =KI02.303 b) 即在低濃度時，溶液的熒光強度與熒光物質(zhì)的濃度 成正比，這是熒光法定量的基礎(chǔ)。,2. 熒光量子產(chǎn)率 物質(zhì)分子發(fā)射熒光的能力用熒光量子產(chǎn)率（）表示：,凡是使熒光速率常數(shù)kf增大而使其他失活過程（系間竄越、外轉(zhuǎn)換、內(nèi)轉(zhuǎn)換）的速率常數(shù)減小的因素都可使熒光增強。,與失活過程的速率常數(shù)k有關(guān)：,熒光與

5、結(jié)構(gòu)的關(guān)系 （1）電子躍遷類型 發(fā)射 *躍遷比*n躍遷更常見 （2）共軛效應(yīng) 芳香族化合物的熒光最常見且最強，大多數(shù)未取代芳烴在溶液中發(fā)熒光，隨著環(huán)的數(shù)目和稠合程度增加，熒光峰紅移，。簡單雜環(huán)化合物不發(fā)熒光，但具有稠環(huán)結(jié)構(gòu)的雜環(huán)化合物都發(fā)熒光。 （3）平面剛性結(jié)構(gòu)效應(yīng) 有剛性結(jié)構(gòu)的分子容易發(fā)熒光，剛性和共平面性的增加有利于熒光發(fā)射。,CH2,聯(lián)苯 =0.2,芴 =1,(4)取代基的影響 芳環(huán)上有羧基、羰基或亞硝基等吸電子基團取代時，熒光減弱；,給電子取代基如-OH、-NH2、-CN、-OCH3等會使熒光強度增加。,重原子效應(yīng) 含有重原子的分子中，系間竄躍的幾率大,使熒光減弱，磷光增強。,熒光與

6、環(huán)境因素的關(guān)系 溫度降低會使熒光強度增大； 帶有酸性或堿性取代基的芳香化合物的熒光與pH有關(guān)； 溶劑 溶劑極性增加有時會使熒光強度增加，熒光波長紅移；若溶劑和熒光物質(zhì)形成氫鍵或使熒光物質(zhì)電離狀態(tài)改變，會使熒光強度、熒光波長改變；含重原子的溶劑（碘乙烷、四溴化碳）使熒光減弱。 溶解氧的存在往往使熒光強度降低。,9.1.3 激發(fā)光譜和熒光光譜,任何熒光化合物都具有兩種特征光譜： 熒光激發(fā)光譜（吸收光譜） 固定某一發(fā)射波長，測定該波長下的熒光發(fā)射強度隨激發(fā)波長變化所得的光譜。 熒光發(fā)射光譜（熒光光譜）固定某一激發(fā)波長，測定熒光發(fā)射強度隨發(fā)射波長變化得到的光譜。,熒光光譜的特點： 斯托克斯位移（Sto

7、kes shift)。與激發(fā)光譜相比，熒光光譜的波長總是出現(xiàn)在更長的波長處； 熒光光譜與激發(fā)波長無關(guān)。無論用=250和350nm作激發(fā)光源，所得熒光光譜形狀和峰的位置都是相同； 吸收光譜與發(fā)射光譜大致成鏡像對稱。,9.2 熒光分析儀器和熒光法的應(yīng)用,9.2.1 熒光分光光度計 熒光分光光度計既可用于定量分析，也可用于測繪激發(fā)光譜和熒光光譜。第一單色器選擇激發(fā)光波長（250nm的紫外光），故稱為激發(fā)單色器。第二單色器（熒光單色器）與激發(fā)光入射方向垂直，并選擇熒光波長，可提高方法的選擇性和準(zhǔn)確度。,9.2.2 熒光法的應(yīng)用 熒光法靈敏度高、選擇性好，可用于痕量分析，但是能發(fā)生熒光的化學(xué)體系不多，這是熒光法的應(yīng)用特點。 無機物通過與熒光試劑作用生成熒光螯合物而進(jìn)行熒光分析，非過渡金屬離子的熒