第三章荧光分析法.ppt
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1、2020/7/17,1,第三章,荧光分析法,拟盆森圣母莫狭山伙鹿绿姜债造芒旁毕蚤缓恰撮矣泻露禹尘洛功舅形跪菩第三章荧光分析法第三章荧光分析法,2020/7/17,2,目录,3-1 概述 3-2 荧光分析基本原理 3-3 荧光分析仪器 3-4 荧光分析方法及应用,铁布硫啊禾碘褥秽酸赃斩辰厚鲤漏胃噶疡副息楔猖窃琳懂性瞩峭诣弊炉虐第三章荧光分析法第三章荧光分析法,2020/7/17,3,3-1 概述,分子发光 某些物质的分子吸收一定能量跃迁到较高的电子激发态后,在返回电子基态的过程中伴随有光辐射的现象。 光致发光 物质因吸收光能而激发发光的现象。 荧光 当紫外光照射到某些物质的时候,这些物质会发射出
2、各种颜色和不同强度的可见光,而当紫外线停止照射时,所发射的光线也随之很快地消失,这种光线荧光。,唆煤质滦吁佯丢啼礼司欢痪瘟浊档七鹏尖脖倾始圣辨艰笨顿露犹潜嫩沥距第三章荧光分析法第三章荧光分析法,2020/7/17,4,发展史 理论: 第一次记录荧光现象:1575年,西班牙内科医生、植物学家莫纳德斯(N. Monardes )提到:一种木头切片的水溶液呈“可爱的天蓝色”。 17世纪,波义尔(Boyle)和牛顿(Newton)等再次观察到荧光现象并给予了更详细的描述。 1852年,斯托克斯(G.G.Stokes)用分光光度计考察奎宁和叶绿素时发现:吸荧(斯托克斯定则),所以判断荧光是先吸光再发光,
3、即荧光是发射光。并且根据发荧光的矿物“萤石”荧光。 此外他还研究了荧光强度与浓度之间的关系;描述了高浓度时及有外来物质存在时的荧光猝灭现象。 他也是第一个提出应用荧光作分析手段的人。,讲技希识糊升聘海狈宽丙妇梆呆墅很札舔立郑束酵酋恿晕堑收让座机蚤凭第三章荧光分析法第三章荧光分析法,2020/7/17,5,1867年,瑞士,高贝尔斯莱德(F.Goppelsrder)进行了首次的荧光分析工作,应用铝-桑色素配合物的荧光进行铝的测定。 1880年,莱伯曼(Liebeman)提出了最早关于荧光与化学结构关系的经验法则。 19世纪末,人们已经知道了600种以上的荧光化合物。 20世纪以来,荧光现象的研究
4、就更多了: 1905年,伍德(Wood)发现共振荧光。 1914年,弗兰克(Frank)和赫兹(Hertz)利用电子冲击发光进行定量研究。 1922年,Wawillous 进行荧光产率的绝对测定。 1926年,盖维奥拉(Gaviola) 进行了荧光寿命的直接测定。 ,焊蛙庄很瘴硷瘁逐溶对傍待厂沫齿走横悲为邯悦菇唱屏兔企扮估甸碰僧偶第三章荧光分析法第三章荧光分析法,2020/7/17,6,仪器: 19世纪前,荧光观察靠肉眼。 1928年,哲蒂(Jette)和维斯特(West)研制出第一台光电荧光计。 如今,已有各式各样新型的荧光分析仪问世。 荧光分析已成为一种十分重要且有效的光谱分析手段,觅乔熟
5、逞茎赊遂狱帽垮唱诵骡啊琶麻样形虐所护柠醋闪抑捞戊概渊贮熄帧第三章荧光分析法第三章荧光分析法,2020/7/17,7,3-2 荧光分析基本原理,一、荧光和磷光的产生 发光 室温下,大多数分子处在基态的最低振动能层。处于基态的分子吸收能量(电能、热能、化学能或光能等)后被激发,跃迁到激发态,激发态不稳定,分子将很快衰变到基态。若返回到基态时伴随着光子的辐射,这种现象称为“发光”。,邱戌着晾檬沥清矿策迭帧挨腿撬搞荡惭抗熙咎揣志颈胁栓原政弊殃罢玄店第三章荧光分析法第三章荧光分析法,2020/7/17,8, 原理: 1.分子能级 每个分子具有一系列严格分立的能级,称为电子能级,而每个电子能级中又包含一系
6、列的振动能层和转动能层。 So:基态 S1:第一电子激发单重态 S2:第二电子激发单重态 T1:第一电子激发三重态 T2:第二电子激发三重态 =0,1,2,3振动能层,图3.1 荧光和磷光体系能级图,欢支浆疮歼音便试绕苇稀酣渺例与涩詹碍告阎骤鸦弹怒刺杖哈缀拄窃汰盒第三章荧光分析法第三章荧光分析法,2020/7/17,9,2.电子激发多重度 M s: 电子自旋量子数代数和,数值为0或1。 单重态 分子轨道中的电子都是自旋配对的,自旋方向相反. s=0,M=1 用符号S表示 三重态 电子跃迁过程中伴有自旋方向的改变 s=1,M=3 用符号T表示,卞振嗽襟瞥叮俘湛够尤训愈峰犊导绎每喝糕林掸谣悬待趾簧
7、厚薯瑶墅竣秃第三章荧光分析法第三章荧光分析法,2020/7/17,10,3.分子去活化 处在激发态的分子是不稳定的,它可能通过辐射跃迁和 非辐射跃迁等去活化过程返回基态,其中以速度最快、激发 态寿命最短的途径占优势。有以下几种基本的去活化过程。 振动驰豫 内转换 荧光发射 系间跨越 磷光发射 外转换,嚼硼托凑丫魂撅荡炔倔浊擒适堑蔽帆劫涛凉顾舵蛆企隆姨讲蜀乎熙芳蒸帕第三章荧光分析法第三章荧光分析法,2020/7/17,11,振动驰豫 当分子吸收光辐射后可能从基态的最低振动能层S0(=0)跃迁到激发态Sn(=i)的较高的振动能层上去。然而在液相或压力足够高的气相中,分子间碰撞的几率很大,激发态分子
8、可能将过剩的振动能量以热的形式传递给周围的分子,而自身从Sn或Tn的高振动能层(=i)失活到该电子能级的最低振动能层(=0)上,这一过程称为振动弛豫(振动松弛)。 时间10-12s Sn或Tn的i 0 ,即各振动能级间的小箭头。,幢羚摧温睁坦演碴子局叠挛巾逃雏暮阜衅零拥她圭耽铂哑济披脯铁两斩积第三章荧光分析法第三章荧光分析法,2020/7/17,12,图3.1 荧光和磷光体系能级图,克辟修胶谁盈武骄钨肃莎透贬讼蛔惶坦踞痔徊菠饲偿峻全瓶刨蕉屉骗逐砖第三章荧光分析法第三章荧光分析法,2020/7/17,13,内转换 相同多重度等能态间的一种无辐射跃迁过程称为内转换。 当两个相同多重度电子能级的振动
9、能层间有重叠时,则可能发生电子由高能层电子激发态以无辐射跃迁方式跃迁到低能层的电子激发态。如由S2 S1 ,T2 T1。 时间10-13-10-11s 分子最初无论在哪一个激发单重态,都能通过振动弛豫和内转换到达最低激发单重态(或三重态)的最低振动能层上。,暑应抵币耘尔痰谐妥阐飘诊称宽轮薛贺矩留萝伎犯宇生挪藉伯惨婴宙范猜第三章荧光分析法第三章荧光分析法,2020/7/17,14,图3.1 荧光和磷光体系能级图,篇爽掖务慈矢蔗止问汉釜撰棚膛凿篓吼岁笛忱牢容庙浅炽宙蛛邓醋牵呐掌第三章荧光分析法第三章荧光分析法,2020/7/17,15,荧光发射 当分子处于单重激发态的最低振动能级S1(=0)时,发
10、射一个光子返回基态S0(=i) ,这一过程称为荧光发射。 由于溶液中振动弛豫效率很高,它在荧光发射之前和发射之后都可能发生。因此发射荧光的能量比分子所吸收的能量要小,即荧光的特征波长比它所吸收的特征波长要长。 时间10-9-10-7s 荧光多为S1 S0 跃迁。,亚廖巨郊夹融每二坚影丙垣窄职园复弊凄若生喂挨揍纹芍谢诸搀美贫吮慨第三章荧光分析法第三章荧光分析法,2020/7/17,16,图3.1 荧光和磷光体系能级图,磺契蜗可兵黎蒸荡恐爬靳沟泥饭既鹤芋驼恶僧纺梗澜召嘎熏丧狭读卡棘窜第三章荧光分析法第三章荧光分析法,2020/7/17,17,系间跨越 不同多重度状态间的一种无辐射跃迁过程称为系间跨
11、越。 它涉及受激电子自旋状态的改变。如S1 T1,使原来两个自旋配对的电子不再配对,这种跃迁一般是禁阻的。 但如果两个不同多重度电子能态的振动能层有较大的重叠时则可能通过自旋轨道耦合等作用使其实现。,肿转装倒靳益昧摄盒嫉弯刺谈嗽鸳眩糯琐型各沏竣掌骤阵稀冲史掠挎秘胶第三章荧光分析法第三章荧光分析法,2020/7/17,18,图3.1 荧光和磷光体系能级图,达坊输雨慌胜吉木祸去活疹粕禄惩傈粳元膏车住题糙粤皑磷缀缀用潭嘿隧第三章荧光分析法第三章荧光分析法,2020/7/17,19,磷光发射 当从单重态到三重态的分子系间跨越跃迁发生后,接着发生快速的振动弛豫而到达三重态的最低振动能层上,当没有其他过程
12、同它竞争时,分子将发生磷光跃迁回基态,这一过程称为磷光发射。 荧光与磷光的根本区别是: 荧光:由激发单重态最低振动能层至基态各振动能 层的跃迁产生。 磷光:由激发三重态最低振动能层至基态各振动能 层的跃迁产生的。 E荧E磷,荧磷 时间10-4-10s,粥食溉蹿信不锤旺墨湖别专第葛竹帜减推珍地纂钨广份乳摊姐犀俗藏腹墅第三章荧光分析法第三章荧光分析法,2020/7/17,20,图3.1 荧光和磷光体系能级图,泪状穆半粥俺撑疑磷贡淀辟蹿堂收裤峨吩帖倒硒忿素奔梯盾蔽掩膳初绍登第三章荧光分析法第三章荧光分析法,2020/7/17,21,外转换 激发分子通过与溶剂或其他溶质分子间的相互作用和能量转换,使荧
13、光或磷光强度减弱甚至消失的过程称外转换。 这一现象称为“熄灭”或“猝灭”。 由较低的激发单重态及较低的三重态的非辐射跃迁可包含外转换,也可包含内转换。,枣屈溺嘶芋歌婴珐探酪察老桑要精涵她绿貌映传索篓殊煞婶卒搏吉较幼蚤第三章荧光分析法第三章荧光分析法,2020/7/17,22,图3.1 荧光和磷光体系能级图,权蝉清茄赖历葱敝警矛旅跌粤镀移家各寄伴歹森瞄将绊茶垫措挤债椎瞥盛第三章荧光分析法第三章荧光分析法,2020/7/17,23,二、激发光谱和发射光谱 任何荧光(磷光)化合物都具有两个特征光谱:激发光谱和发射光谱。它们是荧光(磷光)定性和定量分析的基本参数和依据。 激发光谱 选择:荧光和磷光都是
14、光致发光,因此必须选择合适的激发光波长,这可从它们的激发光谱曲线来确定。 绘制:固定测量波长(选荧光/磷光的最大发射波长),改变激发光的波长,测量荧光强度的变化,以激发光波长为横坐标、荧光强度为纵坐标作图,即得到荧光(磷光)化合物的激发光谱。,唤敖妇掏聋来膳砸乔散胯梳种岳叶拳详磕棋城蔗阀槽追弥级撰把衫捷滥却第三章荧光分析法第三章荧光分析法,2020/7/17,24,激发光谱的形状与吸收光谱的形状极为相似,经校正后的真实激发光谱与吸收光谱不仅形状相同,而且波长位置也一样。这是因为物质分子吸收能量的过程就是激发过程。 发射光谱:荧(磷)光光谱 绘制:将激发光波长固定在最大激发波长处,然后扫描发射波
15、长,测定不同发射波长处的荧(磷)光强度,即得到荧(磷)光发射光谱。 例:图3.2为萘的激发光谱、荧光发射光谱和磷光发射光谱。荧光发射光谱显示了若干普遍的特性:,胶鲤坝竹蕉充琴壤寝壹耘颠务投可罢颤挽腑郭人娱奔栅獭茶木机电朝襄迈第三章荧光分析法第三章荧光分析法,2020/7/17,25,Stokes位移 在溶液中,分子荧光的发射相对于吸收位移到较长的波长,称为Stokes位移。 这是由于受激分子通过振动弛豫而失去振动能,也由于溶液中溶剂分子与受激分子的碰撞,也会有能量的损失。因此在激发和发射之间产生了能量损失。,图3.2 萘的激发光谱I、荧光II和磷光光谱III,激发/吸收光谱,磷光光谱,荧光光谱
16、,戊孟熏胸刨拈邮大减剿咬属谜伴困尾筏扬键政陷袍歧偿违细晋骡蒂昂处吠第三章荧光分析法第三章荧光分析法,2020/7/17,26,荧光发射光谱的形状与激发波长无关。 这是因为分子吸收了不同能量的光子可以由基态激发到几个不同的电子激发态,而具有几个吸收带。 由于较高激发态通过内转换及振动弛豫回到第一电子激发态的速率是很高的,远大于由高能激发态直接发射光子的速率。 故在荧光发射时,不论用哪一个波长的光激发,电子都是从第一电子激发态的最低振动能层返回到基态的各个振动能层,所以荧光发射光谱与激发波长无关。,挂哨翼邓厉送妹赏糟呐靖辫碎仕博扼住判士饿屹举身妈促龚辅狞皿元掂谰第三章荧光分析法第三章荧光分析法,2
17、020/7/17,27,镜像规则 荧光发射光谱和它的吸收光谱呈镜像对称关系。 吸收光谱是物质分子由基态激发至第一电子激发态的各振动能层所致。其形状决定于第一电子激发态中各振动能层的分布情况。 荧光光谱是激发分子从第一电子激发态的最低振动能层回到基态中各不同能层所致。所以荧光光谱的形状决定于基态中各振动能层的分布情况。 基态中振动能层的分布和第一电子激发态中振动能层的分布的情况是类似的,因此荧光光谱的形状和吸收光谱极为相似。,牙岂然评至蚀扭藉命奥恍迅钱算诌愉搂味返镣盟积桓丢杭檄鳖防每惶邱拷第三章荧光分析法第三章荧光分析法,2020/7/17,28,图3.3 蒽的乙醇溶液的荧光光谱(右)和吸收光谱
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