分子熒光與分子磷光光譜法PPT課件

.,1,第十一章分子熒光與分子磷光光譜法分子發(fā)光分析MolecularLuminescenceAnalysis分子發(fā)光分析包括熒光、磷光、化學(xué)發(fā)光、生物發(fā)光和散射光譜等。一、基本原理分子發(fā)光：處于基態(tài)的分子吸收能量（電、熱、化學(xué)和光能等）被激發(fā)至激發(fā)態(tài)，然后從不穩(wěn)定的激發(fā)態(tài)返回至基態(tài)并發(fā)射出光子，此種現(xiàn)象稱為發(fā)光。發(fā)光分析包括熒光、磷光、化學(xué)發(fā)光、生物發(fā)光等。物質(zhì)吸收光能后所產(chǎn)生的光輻射稱之為熒光和磷光,.,2,單重態(tài)和三重態(tài)：分子中的電子運(yùn)動包括電子軌道的運(yùn)動和電子的自旋運(yùn)動。分子中電子的自旋狀態(tài)可用多重態(tài)2S+1描述（電子激發(fā)態(tài)的多重度用M2S+1表示），S為總自旋量子數(shù)（其數(shù)值為0和1）。若分子中沒有未配對的電子，即S=0,則2S+1=1稱為單重態(tài)（Pauli)；若分子中有兩個自旋平行的未配對電子，即S=1，則2S+1=3稱為三重態(tài)，用T表示。電子通常的情況下分子的電子處于最低的能級狀態(tài)（大多數(shù)有機(jī)物的分子的基態(tài)是處于單重態(tài)的）。用S0表示。若分子受激發(fā)，其電子從基態(tài)的電子能級躍遷到較高的電子能級，即激發(fā)態(tài)，用S1,S2表示。（一）熒光和磷光的產(chǎn)生處于分子基態(tài)單重態(tài)中的電子對，其自旋方向相反，當(dāng)分子吸收能量，若電子在躍遷過程中不發(fā)生自旋方向的改變，通常躍遷至第一激發(fā)態(tài)單重態(tài)軌道上，也可能躍遷至能級更高的單重態(tài)上。這種躍遷是符合光譜選律的。如果電子在躍遷過程中還伴隨著自旋方向的改變，即躍遷至第一或更高的激發(fā)三重態(tài)軌道上，這屬于禁阻躍遷。單重態(tài)與三重態(tài)的區(qū)別在于電子自旋方向不同，激發(fā)三重態(tài)具有較低能級（處于分立軌道上的非成對電子，平行自旋要比成對自旋更穩(wěn)定些洪特規(guī)則）。,.,3,.,4,在單重激發(fā)態(tài)中，兩個電子平行自旋，單重態(tài)分子具有抗磁性，其激發(fā)態(tài)的平均壽命大約為10-8s，而三重態(tài)分子具有順磁性，其激發(fā)態(tài)的平均壽命為10-41s以上（通常用S和T分別表示單重態(tài)和三重態(tài)）。處于激發(fā)態(tài)的電子，通常以輻射躍遷方式或無輻射躍遷方式再回到基態(tài)。輻射躍遷主要涉及到熒光、延遲熒光或磷光的發(fā)射；無輻射躍遷則是指以熱的形式輻射其多余的能量，包括振動弛豫（VR）、內(nèi)部轉(zhuǎn)移（IR）、系間竄躍（IX）及外部轉(zhuǎn)移（EC）等，各種躍遷方式發(fā)生的可能性及程度，與熒光物質(zhì)本身的結(jié)構(gòu)及激發(fā)時的物理和化學(xué)環(huán)境等因素有關(guān)。下面結(jié)合熒光和磷光的產(chǎn)生過程，進(jìn)一步說明各種能量傳遞方式在其中所起的作用。設(shè)處于基態(tài)單重態(tài)中的電子吸收波長為1和2的輻射光之后，分別激發(fā)至第二單重態(tài)S2及第一單重態(tài)S1。,.,5,去活化過程（Deactivation）處于激發(fā)態(tài)分子不穩(wěn)定，通過輻射或非輻射躍遷等去活化過程返回至基態(tài)。這些過程包括：振動弛豫（VibrationalRelaxation,VR）它是指在同一電子能級中，電子由高振動能級轉(zhuǎn)至低振動能級，而將多余的能量以熱的形式發(fā)出。發(fā)生振動弛豫的時間為10-12s數(shù)量級。,熒光、磷光能級圖振動弛豫,.,6,內(nèi)轉(zhuǎn)換（InternalConversion，IC）當(dāng)兩個電子能級非?？拷灾疗湔駝幽芗売兄丿B時，常發(fā)生電子由高能級以無輻射躍遷方式轉(zhuǎn)移至低能級。右圖中指出，處于高激發(fā)單重態(tài)的電子，通過內(nèi)轉(zhuǎn)移及振動弛豫，均躍回到第一激發(fā)單重態(tài)的最低振動能級。,熒光、磷光能級圖,.,7,熒光發(fā)射處于第一激發(fā)單重態(tài)中的電子躍回至基態(tài)各振動能級時，將得到最大波長為3的熒光。注意：基態(tài)中也有振動馳豫躍遷。很明顯，3的波長較激發(fā)波長1或2都長，而且不論電子開始被激發(fā)至什么高能級，最終將只發(fā)射出波長3為的熒光。熒光的產(chǎn)生在10-7-10-9s內(nèi)完成。,熒光,.,8,系間竄躍,系間竄躍（IntersystemConversion，ISC）系間跨躍指不同多重態(tài)間的無輻射躍遷，例如S1T1就是一種系間竄躍。通常，發(fā)生系間竄躍時，電子由S1的較低振動能級轉(zhuǎn)移至T1的較高振動能級處。有時，通過熱激發(fā)，有可能發(fā)生T1S1，然后由S1發(fā)生熒光。這是產(chǎn)生延遲熒光的機(jī)理。,熒光、磷光能級圖,.,9,磷光,熒光、磷光能級圖,磷光發(fā)射電子由基態(tài)單重態(tài)激發(fā)至第一激發(fā)三重態(tài)的幾率很小，因為這是禁阻躍遷。但是，由第一激發(fā)單重態(tài)的最低振動能級，有可能以系間竄躍方式轉(zhuǎn)至第一激發(fā)三重態(tài)，再經(jīng)過振動馳豫，轉(zhuǎn)至其最低振動能級，由此激發(fā)態(tài)躍回至基態(tài)時，便發(fā)射磷光，這個躍遷過程（T1S0）也是自旋禁阻的，其發(fā)光速率較慢，約為10-4-10s。因此，這種躍遷所發(fā)射的光，在光照停止后，仍可持續(xù)一段時間。,.,10,外轉(zhuǎn)移（ExternalConversion，EC）外轉(zhuǎn)換指激發(fā)分子與溶劑分子或其它溶質(zhì)分子的相互作用及能量轉(zhuǎn)移，使熒光或磷光強(qiáng)度減弱甚至消失。這一現(xiàn)象稱為“熄滅”或“猝滅”。熒光與磷光的根本區(qū)別：熒光是由激發(fā)單重態(tài)最低振動能層至基態(tài)各振動能層間躍遷產(chǎn)生的；而磷光是由激發(fā)三重態(tài)的最低振動能層至基態(tài)各振動能層間躍遷產(chǎn)生的。,.,11,.,12,（二）激發(fā)光譜曲線和熒光、磷光光譜曲線熒光和磷光均為光致發(fā)光，因此必須選擇合適的激發(fā)光波長，可根據(jù)它們的激發(fā)光譜曲線來確定。繪制激發(fā)光譜曲線時，固定測量波長為熒光（或磷光）最大發(fā)射波長，然后改變激發(fā)波長，根據(jù)所測得的熒光（磷光）強(qiáng)度與激發(fā)光波長的關(guān)系，即可繪制激發(fā)光譜曲線。應(yīng)該指出，激發(fā)光譜曲線與其吸收曲線可能相同，但激發(fā)光譜曲線是熒光強(qiáng)度與波長的關(guān)系曲線，吸收曲線則是吸光度與波長的關(guān)系曲線，兩者在性質(zhì)上是不同的。當(dāng)然，在激發(fā)光譜曲線的最大波長處，處于激發(fā)態(tài)的分子數(shù)目是最多的，這可說明所吸收的光能量也是最多的，自然能產(chǎn)生最強(qiáng)的熒光。,.,13,如果固定激發(fā)光波長為其最大激發(fā)波長，然后測定不同的波長時所發(fā)射的熒光或磷光強(qiáng)度，即可繪制熒光或磷光光譜曲線。在熒光和磷光的產(chǎn)生過程中，由于存在各種形式的無輻射躍遷，損失能量，所以它們的最大發(fā)射波長都向長波方向移動，以磷光波長的移動最多，而且它的強(qiáng)度也相對較弱。,.,14,熒光發(fā)射光譜的普遍特性：（1）Stokes位移在溶液中，分子熒光的發(fā)射相對于吸收位移到較長的波長，稱為Stokes位移。這是由于受激分子通過振動弛豫而失去轉(zhuǎn)動能，也由于溶液中溶劑分子與受激分子的碰撞，也會有能量的損失。因此，在激發(fā)和發(fā)射之間產(chǎn)生了能量損失。（2）熒光發(fā)射光譜的形狀與激發(fā)波長無關(guān)因為分子吸收了不同能量的光子可以由基態(tài)激發(fā)到幾個不同的電子激發(fā)態(tài)，而具有幾個吸收帶。由于較高激發(fā)態(tài)通過內(nèi)轉(zhuǎn)換及轉(zhuǎn)動弛豫回到第一電子激發(fā)態(tài)的幾率較高，遠(yuǎn)大于由高能激發(fā)態(tài)直接發(fā)射光子的速度，故在熒光發(fā)射時，不論用哪一個波長的光輻射激發(fā)，電子都從第一電子激發(fā)態(tài)的最低振動能層返回到基態(tài)的各個振動能層，所以熒光發(fā)射光譜與激發(fā)波長無關(guān)。,.,15,（3）鏡像規(guī)則通常熒光發(fā)射光譜和它的吸收光譜呈鏡像對稱關(guān)系。吸收光譜是物質(zhì)分子由基態(tài)激發(fā)至第一電子激發(fā)態(tài)的各振動能層形成的。其形狀決定于第一電子激發(fā)態(tài)中各振動能層的分布情況。熒光光譜是激發(fā)分子從第一電子激發(fā)態(tài)的最低振動能層回到基態(tài)中各不同能層形成的。所以熒光光譜的形狀決定于基態(tài)中各振動能層的分布情況?；鶓B(tài)中振動能層的分布和第一電子激發(fā)態(tài)中振動能層的分布情況是類似的。因此熒光光譜的形狀和吸收光譜的形狀極為相似。,.,16,熒光光譜與吸收光譜呈鏡像對稱關(guān)系。,.,17,由基態(tài)最低振動能層躍遷到第一電子激發(fā)態(tài)各個振動能層的吸收過程中，振動能層越高，兩個能層之間的能量差越大，即激發(fā)所需的能量越高，所以吸收峰的波長越短。反之，由第一電子激發(fā)態(tài)的最低振動能層降落到基態(tài)各個振動能層的熒光發(fā)射過程中，基態(tài)振動能層越高，兩個能層之間的能量差越小，熒光峰的波長越長。另外，也可以從位能曲線解釋鏡像規(guī)則。由于光吸收在大約10-15的短時間內(nèi)發(fā)生，原子核沒有發(fā)生明顯的位移，即電子與核之間的位移沒有發(fā)生變化。假如在吸收過程中，基態(tài)的零振動能層與激發(fā)態(tài)的第二振動能層之間的躍遷幾率最大，那么，在熒光發(fā)射過程中，其相反躍遷的幾率也應(yīng)該最大。也就是說，吸收和發(fā)射的能量都最大。,.,18,（三）熒光和分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系分子產(chǎn)生熒光必須具備兩個條件：分子必須具有與所照射的輻射頻率相適應(yīng)的結(jié)構(gòu)，才能吸收激發(fā)光；吸收了與其本身特征頻率相同的能量之后，必須具有一定的熒光量子產(chǎn)率。1.量子產(chǎn)率熒光量子產(chǎn)率也叫熒光效率或量子效率，它表示物質(zhì)發(fā)射熒光的能力，通常用下式表示=發(fā)射熒光分子數(shù)/激發(fā)分子總數(shù)或=發(fā)射熒光量子數(shù)/吸收光量子數(shù)在產(chǎn)生熒光的過程中，涉及到許多輻射和無輻射躍遷過程，如熒光發(fā)射、內(nèi)轉(zhuǎn)移，系間竄躍和外轉(zhuǎn)移等。很明顯，熒光的量子產(chǎn)率，將與上述每一個過程的速率常數(shù)有關(guān)。,.,19,若用數(shù)學(xué)式來表達(dá)這些關(guān)系，得到=kf/（kf+ki）式中kf為熒光發(fā)射過程的速率常數(shù)，ki為其它有關(guān)過程的速率常數(shù)的總和。凡是能使kf值升高而使其它ki值降低的因素，都可增強(qiáng)熒光。實際上，對于高熒光分子，例如熒光素，其量子產(chǎn)率在某些情況下接近1，說明ki很小，可以忽略不計。一般來說，kf主要取決于化學(xué)結(jié)構(gòu)，而ki則主要取決于化學(xué)環(huán)境，同時也與化學(xué)結(jié)構(gòu)有關(guān)。磷光的量子產(chǎn)率與此類似。,.,20,2.熒光與有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)（1）躍遷類型實驗證明，對于大多數(shù)熒光物質(zhì)，首先經(jīng)歷或n（非鍵電子軌道）激發(fā)，然后經(jīng)過振動弛豫或其他無輻射躍遷，再發(fā)生或n躍遷而得到熒光。在這兩種躍遷類型中，躍遷常能發(fā)出較強(qiáng)的熒光（較大的量子產(chǎn)率）。這是由于躍遷具有較大的摩爾吸光系數(shù)（一般比n大100-1000倍），其次，躍遷的壽命約為10-710-9s，比n躍遷的壽命10-510-7s要短。在各種躍遷過程的競爭中，它是有利于發(fā)射熒光的。此外，在躍遷過程中，通過系間竄躍至三重態(tài)的速率常數(shù)也較?。⊿1T!能級差較大），這也有利于熒光的發(fā)射，總之，躍遷是產(chǎn)生熒光的主要躍遷類型。,.,21,（2）共軛效應(yīng)實驗證明，容易實現(xiàn)激發(fā)的芳香族化合物容易發(fā)生熒光，能發(fā)生熒光的脂肪族和脂環(huán)族化合物極少（僅少數(shù)高度共軛體系化合物除外）。此外，增加體系的共軛度，熒光效率一般也將增大。例如，在多烯結(jié)構(gòu)中，ph（CH=CH）3ph和ph（CH=CH）2ph在苯中的熒光效率分別為0.68和0.28。共軛效應(yīng)使熒光增強(qiáng)的原因：主要是由于增大熒光物質(zhì)的摩爾吸光系數(shù)，有利于產(chǎn)生更多的激發(fā)態(tài)分子，從而有利于熒光的發(fā)生。(3)剛性平面結(jié)構(gòu)實驗發(fā)現(xiàn)，多數(shù)具有剛性平面結(jié)構(gòu)的有機(jī)分子具有強(qiáng)烈的熒光。因為這種結(jié)構(gòu)可以減少分子的振動，使分子與溶劑或其它溶質(zhì)分子的相互作用減少，也就減少了碰撞去活的可能性。,.,22,（4）取代基效應(yīng)芳香族化合物苯環(huán)上的不同取代基對該化合物的熒光強(qiáng)度和熒光光譜有很大的影響。給電子基團(tuán)，如-OH、-OR、-CN、-NH2、-NR2等，使熒光增強(qiáng)。因為產(chǎn)生了p-共軛作用，增強(qiáng)了電子共軛程度，使最低激發(fā)單重態(tài)與基態(tài)之間的躍遷幾率增大。吸電子基團(tuán)，如-COOH、-NO、-CO、鹵素等，會減弱甚至?xí)鐭晒?。鹵素取代基隨原子序數(shù)的增加而熒光降低。這可能是由所謂“重原子效應(yīng)”使系間跨越速率增加所致。在重原子中，能級之間的交叉現(xiàn)象比較嚴(yán)重，因此容易發(fā)生自旋軌道的相互作用，增加了由單重態(tài)轉(zhuǎn)化為三重態(tài)的速率。取代基的空間障礙對熒光也有影響。立體異構(gòu)現(xiàn)象對熒光強(qiáng)度有顯著的影響。,.,23,3.金屬螯合物的熒光除過渡元素的順磁性原子會發(fā)生線狀熒光光譜外，大多數(shù)無機(jī)鹽類金屬離子，在溶液中只能發(fā)生無輻射躍遷，因而不產(chǎn)生熒光。但是，在某些情況下，金屬螯合物卻能產(chǎn)生很強(qiáng)的熒光，并可用于痕量金屬元素分析。（1）螯合物中配位體的發(fā)光不少有機(jī)化合物雖然具有共軛雙鍵，但由于不是剛性結(jié)構(gòu)，分子處于非同一平面，因而不發(fā)生熒光。若這些化合物和金屬離子形成螯合物，隨著分子的剛性增強(qiáng)，平面結(jié)構(gòu)的增大，常會發(fā)生熒光。如8-羥基喹啉本身有很弱的熒光，但其金屬螯合物具有很強(qiáng)的熒光。（2）螯合物中金屬離子的特征熒光這類發(fā)光過程通常是螯合物首先通過配位體的躍遷激發(fā)，接著配位體把能量轉(zhuǎn)給金屬離子，導(dǎo)致dd躍遷和ff躍遷，最終發(fā)射的是dd躍遷和ff躍遷光譜,.,24,（四）溶液的熒光（或磷光）強(qiáng)度1.熒光強(qiáng)度與溶液濃度的關(guān)系熒光強(qiáng)度If正比于吸收的光量Ia與熒光量子產(chǎn)率。If=Ia式中為熒光量子效率，又根據(jù)Beer定律Ia=I0-It=I0(1-10-lC)I0和It分別是入射光強(qiáng)度和透射光強(qiáng)度。代入上式得If=I0(1-10-lc)=I0(1-e-2.3lc)整理得：If=2.3I0lc當(dāng)入射光強(qiáng)度I0和l一定時，上式為：If=Kc即熒光強(qiáng)度與熒光物質(zhì)的濃度成之正比，但這種線性關(guān)系只有在極稀的溶液中，當(dāng)lc0.05時才成立。對于較濃溶液，由于猝滅現(xiàn)象和自吸收等原因，使熒光強(qiáng)度和濃度不呈線性關(guān)系。,.,25,2.影響熒光強(qiáng)度的因素溶劑對熒光強(qiáng)度的影響。溶劑的影響可分為一般溶劑效應(yīng)和特殊溶劑效應(yīng)。一般溶劑效應(yīng)指的是溶劑的折射率和介電常數(shù)的影響。特殊溶劑效應(yīng)指的是熒光體和溶劑分子間的特殊化學(xué)作用，如氫鍵的生成和化合作用。一般溶劑效應(yīng)是普遍的，而特殊溶劑效應(yīng)則決定于溶劑和熒光體的化學(xué)結(jié)構(gòu)。特殊溶劑效應(yīng)所引起熒光光譜的移動值，往往大于一般溶劑效應(yīng)所引起的影響。由于溶質(zhì)分子與溶劑分子間的作用，使同一種熒光物質(zhì)在不同的溶劑中的熒光光譜可能會有顯著不同。有的情況，增大溶劑的極性，將使n躍遷的能量增大，躍遷的能量減小，而導(dǎo)致熒光增強(qiáng)，熒光峰紅移。但也有相反的情況，例如，苯胺奈磺酸類化合物在戊醇、丁醇、丙醇、乙醇和甲醇中，隨著醇的極性增大，熒光強(qiáng)度減小，熒光峰藍(lán)移。因此熒光光譜的位置和強(qiáng)度與溶劑極性之間的關(guān)系，應(yīng)根據(jù)熒光物質(zhì)與溶劑的不同而異。如果溶劑和熒光物質(zhì)形成了化合物，或溶劑使熒光物質(zhì)的電離狀態(tài)改變，則熒光峰位和強(qiáng)度都會發(fā)生較大的變化。,.,26,溫度對熒光強(qiáng)度的影響溫度上升使熒光強(qiáng)度下降。其中一個原因是分子的內(nèi)部能量轉(zhuǎn)化作用。當(dāng)激發(fā)分子接受額外熱能時，有可能使激發(fā)能轉(zhuǎn)換為基態(tài)的振動能量，隨后迅速振動弛豫而喪失振動能量。另一個原因是碰撞頻率增加，使外轉(zhuǎn)換的去活幾率增加。溶液pH值對熒光強(qiáng)度的影響帶有酸性或堿性官能團(tuán)的大多數(shù)芳香族化合物的熒光與溶液的pH有關(guān)。不同的pH值，化合物所處狀態(tài)不同，不同的化合物或化合物的分子與其離子在電子構(gòu)型上有所不同，因此，它們的熒光強(qiáng)度和熒光光譜就有一定的差別。對于金屬離子與有機(jī)試劑形成的發(fā)光鏊合物，一方面pH會影響鏊合物的形成，另一方面還會影響鏊合物的組成，因而影響它們的熒光性質(zhì)。,.,27,內(nèi)濾光作用和自吸收現(xiàn)象溶液中若存在能吸收激發(fā)或熒光物質(zhì)所發(fā)射光能的物質(zhì)，就會使熒光減弱，這種現(xiàn)象稱為“內(nèi)濾光作用”。內(nèi)濾光作用的另一種情況是熒光物質(zhì)的熒光發(fā)射光的短波長的一端與該物質(zhì)的吸收光譜的長波長一端有重疊。在溶液濃度較大時，一部分熒光發(fā)射被自身吸收，產(chǎn)生“自吸收”現(xiàn)象而降低了溶液的熒光強(qiáng)度。,.,28,3.溶液熒光猝滅熒光物質(zhì)分子與溶劑分子或其它溶質(zhì)分子的相互作用引起熒光強(qiáng)度降低的現(xiàn)象稱為熒光猝滅。能引起熒光強(qiáng)度降低的物質(zhì)稱為猝滅劑。導(dǎo)致熒光猝滅的主要類型：碰撞猝滅碰撞猝滅是指處于激發(fā)單重態(tài)的熒光分子與猝滅劑分子相碰撞，使激發(fā)單重態(tài)的熒光分子以無輻射躍遷的方式回到基態(tài)，產(chǎn)生猝滅作用。靜態(tài)猝滅（組成化合物的猝滅）由于部分熒光物質(zhì)分子與猝滅劑分子生成非熒光的配合物而產(chǎn)生的。此過程往往還會引起溶液吸收光譜的改變。,.,29,轉(zhuǎn)入三重態(tài)的猝滅分子由于系間的跨越躍遷，由單重態(tài)躍遷到三重態(tài)。轉(zhuǎn)入三重態(tài)的分子在常溫下不發(fā)光，它們在與其它分子的碰撞中消耗能量而使熒光猝滅。溶液中的溶解氧對有機(jī)化合物的熒光產(chǎn)生猝滅效應(yīng)是由于三重態(tài)基態(tài)的氧分子和單重激發(fā)態(tài)的熒光物質(zhì)分子碰撞，形成了單重激發(fā)態(tài)的氧分子和三重態(tài)的熒光物質(zhì)分子，使熒光猝滅。發(fā)生電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)的猝滅某些猝滅劑分子與熒光物質(zhì)分子相互作用時，發(fā)生了電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)，因而引起熒光猝滅。熒光物質(zhì)的自猝滅在濃度較高的熒光物質(zhì)溶液中，單重激發(fā)態(tài)的分子在發(fā)生熒光之前和未激發(fā)的熒光物質(zhì)分子碰撞而引起的自猝滅。有些熒光物質(zhì)分子在溶液濃度較高時會形成二聚體或多聚體，使它們的吸收光譜發(fā)生變化，也引起溶液熒光強(qiáng)度的降低或消失。,.,30,二、熒光分析儀用于測量熒光的儀器由激發(fā)光源、樣品池、用于選擇激發(fā)光波長和熒光波長的單色器以及檢測器四部分組成。目前常用的國內(nèi)外熒光光譜儀,Jasco日本分光FP-6500,.,31,熒光分光光度計RF-5301PC,分子熒光光譜(FS)-儀器,930A熒光光度計,.,32,.,33,F95/96熒光分光光度計中國上海,.,34,測定原理：由光源發(fā)射的光經(jīng)第一單色器得到所需的激發(fā)光波長，通過樣品池后，一部分光能被熒光物質(zhì)所吸收，熒光物質(zhì)被激發(fā)后，發(fā)射熒光。為了消除入射光和散射光的影響，熒光的測量通常在與激發(fā)光成直角的方向上進(jìn)行。為消除可能共存的其它光線的干擾，如由激發(fā)所產(chǎn)生的反射光、Raman光以及為將溶液中雜質(zhì)濾去，以獲得所需的熒光，在樣品池和檢測器之間設(shè)置了第二單色器。熒光作用于檢測器上，得到響應(yīng)的電信號。,（熒光分析儀器基本部件示意圖）,.,35,（1）激發(fā)光源在紫外-可見區(qū)范圍，通常的光源是氙燈和高壓汞燈。,（3）單色器光柵（4）檢測器由光電管和光電倍曾管作檢測器，并與激發(fā)光成直角。,（2）樣品池?zé)晒庥玫臉悠烦仨氂玫蜔晒獾牟牧现瞥桑ǔＳ檬?，形狀以方形和長方形為宜。,三、分子熒光分析法及其應(yīng)用,1.熒光分析方法的特點（1）靈敏度高（2）選擇性強(qiáng)（3）試樣量少和方法簡單（4）提供比較多的物理參數(shù),.,36,熒光分析法的弱點是它的應(yīng)用范圍小。因為本身能發(fā)熒光的物質(zhì)相對較少，用加入某種試劑的方法將非熒光物質(zhì)轉(zhuǎn)化為熒光物質(zhì)進(jìn)行分析，其數(shù)量也不多；另一方面，由于熒光分析的靈敏度高，測定對環(huán)境因素敏感，干擾因素較多。,2.定量分析方法（1）校準(zhǔn)曲線法（2）比較法,3.應(yīng)用（1）元素的熒光測定（2）有機(jī)化合物的熒光測定。,.,37,2.定性分析任何熒（磷）光都具有兩種特征光譜：激發(fā)光譜與發(fā)射光譜。它們是熒（磷）光定性分析的基礎(chǔ)。,1）激發(fā)光譜改變激發(fā)波長，測量在最強(qiáng)熒（磷）光發(fā)射波長處的強(qiáng)度變化，以激發(fā)波長對熒光強(qiáng)度作圖可得到激發(fā)光譜。激發(fā)光譜形狀與吸收光譜形狀完全相似，經(jīng)校正后二者完全相同！這是因為分子吸收光能的過程就是分子的激發(fā)過程。激發(fā)光譜可用于鑒別熒光物質(zhì)；在定量時，用于選擇最適宜的激發(fā)波長。,.,38,2）發(fā)射光譜,發(fā)射光譜即熒光光譜。一定波長和強(qiáng)度的激發(fā)波長輻照熒光物質(zhì)，產(chǎn)生不同波長的強(qiáng)度的熒光，以熒光強(qiáng)度對其波長作圖可得熒光發(fā)射光譜。由于不同物質(zhì)具不同的特征發(fā)射峰，因而使用熒光發(fā)射光譜可用于鑒別熒光物質(zhì)。如右圖所示。,.,39,四、磷光分析法,分子磷光與分子熒光光譜的主要差別是磷光是第一激發(fā)單重態(tài)的最低能層，經(jīng)系間跨越躍遷到第一激發(fā)三重態(tài)，并經(jīng)振動弛豫至最低振動能層，然后躍遷回到基態(tài)發(fā)生的。與熒光相比，磷光具有如下三個特點：（1）磷光輻射的波長比熒光長分子的T1態(tài)能量比S1態(tài)低。（2）磷光的壽命比熒光長由于熒光是S1S0躍遷產(chǎn)生的，這種躍遷是自旋許可的躍遷，因而S1態(tài)的輻射壽命通常在10-710-9s，磷光是T1S0躍遷產(chǎn)生的，這種躍遷屬自旋禁阻的躍遷，其速率常數(shù)要小，因而輻射壽命要長，大約為10-410s，,.,40,（3）磷光的壽命和輻射強(qiáng)度對于重原子和順磁性離子敏感。,低溫磷光分析中，液氮是最常用的合適的冷卻劑。因此要求所使用的溶劑，在液氮溫度（77K）下應(yīng)具有足夠的粘度并能形成透明的剛性玻璃體，對所分析的試樣應(yīng)具有良好的溶解特性。試樣的剛性可減少熒光的碰撞猝滅。溶劑應(yīng)易于提純，以除去芳香族和雜環(huán)化合物等雜質(zhì)。溶劑應(yīng)在所研究的光譜區(qū)域內(nèi)沒有很強(qiáng)的吸收和發(fā)射。最常用的溶劑是EPA，它由乙醇、異戊烷和二乙醚按體積比為2：5：5混合而成。使用含有重原子的混合溶劑IEPA（由EPA：碘甲烷=10：1組成），有利于系間跨越躍遷，可以增加磷光效應(yīng)。,1.低溫磷光由于激發(fā)三重態(tài)的壽命長，使激發(fā)態(tài)分子發(fā)生T1S0這種分子內(nèi)部的內(nèi)轉(zhuǎn)化非輻射去活化過程以及激發(fā)態(tài)分子與周圍的溶劑分子間發(fā)生碰撞和能量轉(zhuǎn)移過程，或發(fā)生某些光化學(xué)反應(yīng)的幾率增大，這些都將使磷光強(qiáng)度減弱，甚至完全消失。為減少這些去活化過程的影響，通常應(yīng)在低溫下測量磷光。,.,41,含重原子的溶劑，由于重原子的高核電荷引起或增強(qiáng)了溶質(zhì)分子的自旋-軌函耦合作用，從而增大了S0T1吸收躍遷和S1T1系間跨越躍遷的幾率，有利于磷光的發(fā)生和增大磷光的量子產(chǎn)率。這種作用稱為外部重原子效應(yīng)。當(dāng)分子中引入重原子取代基，例如，當(dāng)芳烴分子中引入雜原子或重原子取代基時，也會發(fā)生內(nèi)部重原子效應(yīng)，導(dǎo)