1、2020/7/25、化學發(fā)光分析法、熒光分析法、磷光分析、第10章分子發(fā)光分析、2020/7/25、分子發(fā)光分析中包含熒光、磷光、化學發(fā)光、生物發(fā)光等。 物質吸收光能后產生的光輻射稱為熒光和磷光。 第一節(jié)熒光分析法一、概論分子熒光分析法是根據物質的分子熒光色光譜進行化學基定性，用熒光強度定量的分析方法。 2020/7/25，熒光分析特點：靈敏度高：根據不同物質，檢測下限在0.10.001g/mL之間。 可知靈敏度遠遠高于UV-Vis。 選擇性好：可將激發(fā)光譜和熒光發(fā)光色光譜的定性用于云同步。 結構信息量多：包括物質激發(fā)光譜、發(fā)光色光譜、光強、熒光量子效率、熒光壽命等。 應用不廣泛：主要是因為發(fā)

2、熒光物質不普遍，增強熒光的方法有限，外界環(huán)境對熒光量子效率的影響大，干擾測定的因素多。 二、基本原理(一)分子熒光的產生是處于分子基態(tài)單重態(tài)的電子對，其大頭針方向相反，其中一個電子一經激發(fā)，通常向第一激發(fā)態(tài)的單重態(tài)軌道遷移，也有可能向能級更高的單重態(tài)遷移。 這種轉變遵循頻譜選擇法則，向第一激發(fā)三重態(tài)軌道轉變?yōu)榻罐D變。 單重態(tài)和三重態(tài)的不同在于電子自旋方向不同，激發(fā)三重態(tài)具有較低的水平。 在單激發(fā)狀態(tài)下，兩個電子平行大頭針，單線分子具有抗磁性，其激發(fā)狀態(tài)的人口平均預期壽命約為10-8s，而三重分子具有順磁性，激發(fā)狀態(tài)的人口平均預期壽命為10-4 1s以上(通常，單重態(tài)和三重態(tài)分別由s和t表示)

3、。 2020/7/25、分子內的光物理過程、2020/7/25、處于激發(fā)狀態(tài)的電子通常以輻射轉移方式或無輻射轉移方式移動到基態(tài)。 輻射轉變主要涉及熒光、延遲熒光或磷光發(fā)光的無輻射轉變是指以熱形式輻射其多馀能量，包括振動弛豫(VR )、內部轉移(IR )、體系間竄漏瓦斯氣體(IX )及外部轉移(EC )等(二)失活過程(Deactivation )處于激發(fā)態(tài)的分子不穩(wěn)定，通過輻射和非輻射轉變等失活過程遷移到基態(tài)。 關于這些個的過程是2020/7/25， 1，1 )在振動弛豫(Vibrational Relaxation，VR )液相或壓力高至一盞茶的氣相中，處于激發(fā)態(tài)的分子通過碰撞向周圍的分子傳

4、遞熱能，由高振動動能層失活為低振動；2 )內部轉換(Internal Conversion ) 對于具有相同多重態(tài)分子，如果具有高電子能級的低振動能層和具有低電子能級的高振動能層重疊，則電子在重疊的能量層間由于振動結合而產生無輻射遷移，例如S2-S1； T2-T1戰(zhàn)斗機。 當處于第一激發(fā)單重態(tài)的電子在2020/7/25，3和3 )中轉變到基態(tài)時，獲得了最大波長為3的熒光。 注意：基態(tài)也有振動緩和遷移。 顯然，第三波長長于激發(fā)波長1或2，并且不管電子開始被激發(fā)到任何高能量水平，最終都僅發(fā)射波長3的熒光。 熒光的發(fā)生在107109s完成。 4 )系統(tǒng)間竄改瓦斯氣體指的是不同復用狀態(tài)之間的無輻射轉換

5、，例如S1T1是系統(tǒng)間竄改瓦斯氣體。 通常，產生系統(tǒng)間竄漏瓦斯氣體時，電子從S1的低振動能級移動到T1的高振動能級。 通過熱激發(fā)，有可能產生T1S1，之后從S1產生熒光。 這是產生延遲熒光的反應歷程。 2020/7/25，5 )外轉換(External Conversion，EC )準分子與溶劑或其他溶質分子相互作用引起能量轉換，減弱或消失熒光或磷光強度的過程，也稱為“熄滅”或“消光”(3)熒光效率及其影響因素，熒光量子產率也稱為熒光效率或量子效率，表示物質發(fā)出熒光的能力，通常由下式表示，或=發(fā)光熒光量子數/吸收熒光量子數在產生熒光的過程中，多與輻射和無輻射轉變過程，例如與熒光相關的照明用數學

6、公式表示這些個的關系，=kf /(kf ki )式中的： kf是熒光發(fā)光過程的速率常數，ki是其他相關過程的速率常數總和。 增加kf值而減小其他ki值的因素可以增強熒光。 實際上，對于高熒光分子、例如螢光素，量子收率接近于1，表示ki較小，可以忽略。 一般來說，kf主要依賴于化學結構，ki主要依賴于化學環(huán)境，也與化學結構有關。 磷光的量子收率與此相似。 Ki KICKISCKQQ，KIC需要振蕩緩和/內部轉移，KISC需要系統(tǒng)間搖鏡頭，KQQ需要S1的碰撞消光，2020/7/25，分子產生熒光需要兩個條件：分子必須具有與照射的放射頻率相適應的結構才能吸收激發(fā)與其自身的特征頻率相同的能量三熒光和

7、有機化合物的結構(1)遷移類型對于大多數熒光物質，首先或經n (非耦合電子軌道)激發(fā)，然后經振蕩緩和或其他無輻射遷移，接著或發(fā)生n遷移得到熒光。 在兩種這些個的轉變類型中，轉變總是產生強熒光(大的量化收率)。 這是因為遷移的摩爾消光系數大(一般比n大100-1000倍)。 其次，過渡的壽命約為10-710-9s，比n過渡的壽命10-510-7s短。 在各種過渡過程的競爭中，有利于發(fā)出熒光。 另外，在該轉變過程中，通過系數間竄改瓦斯氣體轉變?yōu)槿貞B(tài)的速率常數也減小(S1T1 )，并且這對于熒光發(fā)光也是有利的。 總之，轉變是產生熒光的主要轉變類型。2020/7/25、(2)共軛效果容易實現激發(fā)的芳

8、香族化合物容易產生熒光，能夠產生熒光的脂肪族和脂環(huán)式化合物極少(只有少數的高級共軛類化合物除外)。 同時，增加系數的共軛度，熒光效率也一般增加。 例如，在多烯結構中，Ph(CH=CH)3 Ph和Ph(CH=CH)2 Ph的苯中的熒光效率分別為0.68和0.28。 共軛效應增強熒光的原因：主要是增大熒光物質的摩爾消光系數，產生更多的激發(fā)態(tài)分子，有利于熒光的產生. (3)剛性平面結構多為具有剛性平面結構的有機分子具有強熒光。 這種結構可以減少分子的振動，減少分子與溶劑和其他溶質分子的相互作用，減少碰撞失活的可能性。 (4)取代化學基效應芳香族化合物苯環(huán)上的不同取代化學基對該化合物的熒光強度和熒光色

9、光譜有很大影響。 oh、-OR、-CN、-NH2、-NR2等供電子化學基增強熒光。 由于產生了p共軛作用，電子共軛程度增強，最低激發(fā)單線態(tài)與基態(tài)之間的躍遷幾率增大。 -COOH、-NO、-C O、鹵素等吸電子化學基會減弱熒光或消光。 2020/7/25，鹵代化學基熒光隨原子序數增加而降低。 這可以認為是所謂的“重原子效應”使體系間的竄漏瓦斯氣體速度增加所致。 在重原子中，由于能級之間的交叉現象比較嚴重，容易引起大頭針軌道的相互作用，從單重態(tài)變化為三重態(tài)的概率增加。 取代化學基的空間障礙也影響熒光。 立體異構化現象對熒光強度有顯著影響。 四、金屬螯合化合物的熒光除了過渡元素的順磁性原子發(fā)生線性熒

10、光色光譜外，大多數無機鹽類金屬絡離子在溶液中只發(fā)生無輻射轉移，所以不發(fā)生熒光。但是，有時金屬螯合化合物會產生強熒光，可用于微量的金屬元素體分析。2020/7/25、(1)螯合物中配體發(fā)光多數有機化合物具有共軛雙鍵，但由于不是剛性結構，分子處于不均勻平面，因此不發(fā)生熒光。 當這些個化合物和金屬絡離子形成螯合化合物時，平面結構隨著分子剛性的增強而增大，多發(fā)生熒光。 例如，8-羥基金獅子喹喔啉本身具有弱熒光，而其金屬螯合物具有強熒光。 (2)螯合化合物中金屬絡離子的特征熒光的發(fā)光過程通常是螯合化合物首先被配體的遷移激發(fā)，然后配體向金屬絡離子傳遞能量，引起dd*遷移和ff*遷移，最終釋放dd*遷移和f

11、f*遷移光譜。 影響熒光強度的因子溶劑對影響熒光強度的溶劑的影響可分為一般溶劑效應和特殊溶劑效應。 一般的溶劑效果是指溶劑的折光率和介電常數的影響。 特殊的溶劑效果是指氫鍵的生成和化合作用等熒光體和溶劑分子之間的特殊化學作用。 一般溶劑效應很普遍，但特殊的溶劑效應取決于溶劑和熒光體的化學結構。 特殊溶劑效果引起的熒光色光譜的移動值大多比一般的溶劑效果引起的影響大。 由于溶質分子與溶劑分子的作用，2020/7/25，同一熒光物質在不同溶劑中的熒光色光譜可能顯著不同。 增大溶劑的極性可增大n轉變的能量、減少轉變的能量、增強熒光、紅移熒光峰。 但是，也有相反的情況。 例如，苯胺、萘磺酸類化合物在戊醇

12、、丁醇、丙醇、乙醇和甲醇中，隨著醇的極性變大，熒光強度減少，熒光峰藍移。 因此，熒光色光譜的位置、強度和溶劑極性的關系應該根據熒光物質和溶劑而不同。 溶劑和熒光物質形成化合物，溶劑改變熒光物質的功率狀態(tài)時，熒光峰位和強度發(fā)生很大變化。 溫度對熒光強度的影響溫度上升使熒光強度降低。 一個原因是分子的系統(tǒng)內能轉換作用。 如果分子激發(fā)受到多馀的熱能，則有可能將激發(fā)能轉換為基態(tài)的振動能，之后迅速地振動緩和，喪失振動能。 另一個原因是碰撞頻率增加，外翻失活概率增加。 溶液的pH值對熒光強度的影響具有酸性或鹽化學基性官能化學基的芳香族化合物的多數熒光與溶液的pH有關。 由于具有酸性或堿性基團的有機物質在p

13、H不同時，結構有可能發(fā)生變化，因此對于熒光強度發(fā)生變化的無機熒光物質，由于pH影響穩(wěn)定性，因此也能夠改變熒光強度。 2020/7/25是對于金屬絡離子和有機試劑形成的發(fā)光螯合化合物，pH影響螯合化合物的形成，另外一方面也影響螯合化合物的組成，影響它們的熒光性。 如果內部過濾煙嘴作用和自身吸收現象溶液中存在吸收激發(fā)和熒光物質發(fā)出的光能的物質，則將減弱熒光的現象稱為“內部過濾煙嘴作用”。 內過濾煙嘴作用的另一種情況是熒光物質的熒光發(fā)光色光譜的短波長的一端和該物質的吸收譜的長波長的一端重合。 溶液的濃度大時，一部分熒光發(fā)光被自身吸收，產生“自我吸收”現象，溶液的熒光強度降低。 順磁性物質的存在增加了

14、激勵單重態(tài)的體系之間的竄漏瓦斯氣體速率并降低了熒光效率。2020/7/25、5，將溶液熒光猝滅熒光物質分子與溶劑分子或其他溶質分子相互作用引起的熒光強度降低現象稱為熒光猝滅。 引起熒光強度降低的物質稱為猝滅劑。 引起熒光猝滅的主要類型：碰撞猝滅碰撞猝滅是指位于激發(fā)單重態(tài)的熒光分子與猝滅劑分子碰撞，激發(fā)單重態(tài)的熒光分子以無輻射遷移方式遷移至2020/7/25、產生猝滅作用。靜態(tài)消光(組成化合物的消光)是由熒光物質分子的一部分和消光劑分子生成非熒光的配合物而產生的。 這個過程也經常引起溶液的吸收譜變化。 向三重態(tài)遷移的消光分子通過系統(tǒng)之間的搖鏡頭遷移，從單重態(tài)向三重態(tài)遷移。 轉移到三重態(tài)的分子在常

15、溫下不發(fā)光，它們通過與其他分子的碰撞消耗能量使熒光猝滅。 溶液中的溶解氧對有機化合物的熒光產生消光效果，是因為三重態(tài)的氧分子和單線態(tài)的熒光物質分子碰撞，與單線態(tài)的氧分子形成三重態(tài)的熒光物質分子，使熒光消光。 2020/7/25，發(fā)生電子轉移反應的猝滅劑分子與熒光物質分子相互作用時，發(fā)生電子轉移反應，引起熒光猝滅. 熒光物質的自猝滅是在濃度高的熒光物質溶液中，單激發(fā)態(tài)的分子在熒光發(fā)生前與未激發(fā)的熒光物質分子碰撞引起的自猝滅。 一部分熒光物質分子在溶液濃度高時形成二聚體和多聚體，使它們的吸收譜變化，引起溶液的熒光強度的降低和消失。 (3)溶液的熒光強度1 .熒光強度和溶液濃度的關系熒光強度If與吸

16、收的光量Ia和熒光量子產率成比例。 在If=Ia式中是熒光量子效率，根據Beer法則Ia=I0 - It=I0(1- e -A) I0和It分別是入射光強度和透射光強度。 如果代入上式，則If=I0(1- 10 -A)=I0(1- e -2.3A )、2020/7/25，在If=2.3 I0 bc以入射光強度I0的時間節(jié)點濃的溶液中，由于消光現象和自吸收等，熒光強度和濃度沒有直線關系。 2020/7/25，熒光(磷)光具有激發(fā)光譜和發(fā)光色光譜兩個特征光譜。 這些個是熒光(磷)光定性分析的基礎。 1 )改變激發(fā)光譜激發(fā)波長，測量最強熒光(磷)發(fā)光波長的強度變化，激發(fā)波長標繪熒光強度，由此得到激發(fā)

17、光譜。 激發(fā)光譜形狀與吸收譜形狀完全相似，修正后的兩者完全相同，這是因為分子吸收光能的過程是分子的激發(fā)過程。 從定量上講，激發(fā)光譜可用于熒光物質的鑒定，用于選擇最佳激發(fā)波長。 (4)熒光激發(fā)光譜和發(fā)光色光譜，2020/7/25，2，2 )作為發(fā)光色光譜的發(fā)光色光譜的熒光色光譜； 一定波長和強度的激發(fā)波長照射到熒光物質上，產生不同波長和強度的熒光，用熒光強度標繪該波長，可以得到熒光發(fā)光色光譜。 由于不同物質的特征發(fā)光峰不同，可以用于使用熒光發(fā)光色光譜的熒光物質的鑒定。 3 )激發(fā)光譜和發(fā)光色光譜的關系a波長與激發(fā)(或吸收)波長相比，熒光發(fā)光波長更長，即發(fā)生所謂的Stokes位移。 (由于振動弛豫失活) b形狀比較熒光色光譜形狀與激發(fā)波長無關。 分子的激發(fā)可以達到不同能級的激發(fā)態(tài)，但為了使分子的激發(fā)只達