第7章 分子發(fā)光

第七章分子發(fā)光分析法激發(fā)模式不同光致發(fā)光熱致發(fā)光場(chǎng)致發(fā)光化學(xué)發(fā)光熒光磷光§1熒光分析法一、概述靈敏度高，檢出限比分光光度法低2~4個(gè)數(shù)量級(jí)。選擇性也好。適用范圍較小，主要用于生物物質(zhì)。二、基本原理（一）熒光和磷光的產(chǎn)生S0S2S1T1吸光1吸光2振動(dòng)馳豫VR：在同一電子能級(jí)中，分子由較高振動(dòng)能級(jí)向該電子態(tài)的最低振動(dòng)能級(jí)的非輻射躍遷。內(nèi)轉(zhuǎn)化ic：相同多重態(tài)的兩個(gè)電子能級(jí)間的非輻射躍遷。熒光F：處于第一電子激發(fā)單重態(tài)最低振動(dòng)能級(jí)的分子，以輻射躍遷形式返回基態(tài)各振動(dòng)能級(jí)。體系間竄躍isc：不同多重態(tài)的兩個(gè)電子能級(jí)間的非輻射躍遷。磷光P：處于第一電子激發(fā)三重態(tài)最低振動(dòng)能級(jí)的分子，以輻射躍遷形式返回基態(tài)各振動(dòng)能級(jí)。熒光與磷光的比較：（1）熒光是由激發(fā)單重態(tài)最低振動(dòng)能層至基態(tài)各振動(dòng)能層間躍遷產(chǎn)生的;

磷光是由激發(fā)三重態(tài)的最低振動(dòng)能層至基態(tài)各振動(dòng)能層間躍遷產(chǎn)生的.（2）激發(fā)單重態(tài)的平均壽命大約為10-8s,熒光產(chǎn)生快，而激發(fā)三重態(tài)的平均壽命為10-3--10s，磷光產(chǎn)生稍慢。磷光壽命比熒光長(zhǎng)。（4）不論電子開(kāi)始被激發(fā)至什么高能級(jí)，熒光和磷光的波長(zhǎng)都是固定的。（3）磷光輻射的波長(zhǎng)比熒光長(zhǎng)激發(fā)光譜曲線

以不同波長(zhǎng)的光激發(fā)熒光物質(zhì)，并在熒光最強(qiáng)的波長(zhǎng)處測(cè)量熒光強(qiáng)度。以激發(fā)波長(zhǎng)為橫坐標(biāo)，熒光強(qiáng)度為縱坐標(biāo)繪制得到激發(fā)光譜曲線。熒光光譜曲線

固定激發(fā)光的波長(zhǎng)和強(qiáng)度不變，測(cè)量不同波長(zhǎng)下的熒光強(qiáng)度。以熒光發(fā)射波長(zhǎng)為橫坐標(biāo)，熒光強(qiáng)度為縱坐標(biāo)繪制得到熒光光譜曲線。（二）熒光的激發(fā)光譜與發(fā)射光譜激發(fā)光譜發(fā)射光譜吸收光譜的各個(gè)譜帶間隔與激發(fā)態(tài)的振動(dòng)能級(jí)能量差對(duì)應(yīng)，熒光的發(fā)射譜帶間隔與基態(tài)的振動(dòng)能級(jí)能量差相等。因而，激發(fā)態(tài)與基態(tài)的振動(dòng)能級(jí)間隔類(lèi)似時(shí)，吸收光譜與熒光光譜呈鏡象對(duì)稱。吸收光譜可以有幾個(gè)吸收帶，而熒光發(fā)射總是從S1

S0的過(guò)程，一般只有一個(gè)發(fā)射帶，且與激發(fā)波長(zhǎng)無(wú)關(guān)（形狀固定）。同時(shí)發(fā)射的量子產(chǎn)率基本上與激發(fā)波長(zhǎng)無(wú)關(guān)。（三）熒光效率及其影響因素1、熒光效率

kf為熒光發(fā)射過(guò)程的速率常數(shù)，ki為其它有關(guān)過(guò)程的速率常數(shù)的總和。一般來(lái)說(shuō)，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(shí)也與化學(xué)結(jié)構(gòu)有關(guān)。2、熒光與分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系物質(zhì)只有能吸收紫外可見(jiàn)光，才可能發(fā)熒光。共軛效應(yīng)能增大熒光物質(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。容易實(shí)現(xiàn)*激發(fā)的芳香族化合物容易發(fā)生熒光，而能發(fā)生熒光的脂肪族和脂環(huán)族化合物較少（僅少數(shù)高度共軛體系化合物除外）。萘310nm0.29蒽400nm0.46分子的剛性平面結(jié)構(gòu)有利于熒光的產(chǎn)生。剛性平面結(jié)構(gòu)可以減少分子的振動(dòng)和碰撞去活的可能性。給電子取代基能增強(qiáng)熒光。如-OH、-OR、-CN、-NH2、-NR2等吸電子取代基能減弱熒光。如-COOH、-NO、-CO、鹵素等。重原子效應(yīng)減弱熒光，增強(qiáng)磷光。能級(jí)交叉現(xiàn)象嚴(yán)重，容易發(fā)生自旋軌道偶合作用，使體系間竄躍顯著增加。如鹵素取代基。芴

f=1聯(lián)苯

f=0.20n

p*躍遷的摩爾吸光系數(shù)、量子產(chǎn)率均低于p

p*躍遷。3.環(huán)境因素對(duì)熒光的影響1、溶劑的極性：電子激發(fā)態(tài)比基態(tài)有更大的極性。溶劑的極性增強(qiáng)，對(duì)激發(fā)態(tài)會(huì)產(chǎn)生更大的穩(wěn)定作用，使物質(zhì)的熒光波長(zhǎng)紅移，熒光強(qiáng)度增大。2、溫度：輻射躍遷速率不受溫度影響，但非輻射躍遷速度隨溫度升高顯著增大。對(duì)于大多數(shù)熒光物質(zhì)，升高溫度會(huì)使非輻射躍遷概率增大，熒光效率降低。由于三重態(tài)的壽命更長(zhǎng)，溫度對(duì)磷光影響更大。3、pH：含有酸性或堿性基團(tuán)的芳香族化合物在不同pH溶液中有不同的電子氛圍，具有不同熒光性質(zhì)。4、內(nèi)濾光作用和自吸收作用。自吸收作用：當(dāng)熒光物質(zhì)的短波部分與其吸收光譜的長(zhǎng)波部分有重疊時(shí)，如果溶液濃度過(guò)大，其發(fā)射的熒光被自身部分吸收。內(nèi)濾光作用：溶液中若存在能吸收激發(fā)光或熒光的物質(zhì)，會(huì)使實(shí)際測(cè)到的熒光減弱。5、表面活性劑：使熒光物質(zhì)處于更有序的膠束微環(huán)境中，對(duì)處于激發(fā)單重態(tài)的熒光物質(zhì)分子有保護(hù)作用，減小非輻射躍遷的概率，提高熒光效率。6、溶解氧分子：氧分子順磁性，使激發(fā)單重態(tài)分子向三重態(tài)的體系間竄躍速率加大，使熒光效率降低。7.熒光猝滅：熒光分子與溶劑分子或其它溶質(zhì)分子的相互作用使熒光強(qiáng)度下降的物理或化學(xué)作用過(guò)程?；瘜W(xué)反應(yīng)生成無(wú)熒光物質(zhì)碰撞失活I(lǐng)fc0熒光猝滅劑：與熒光分子相互作用使熒光強(qiáng)度下降的物質(zhì)，如氧分子、鹵化物。熒光自猝滅效應(yīng)：熒光物質(zhì)發(fā)出的熒光通過(guò)溶液時(shí)被熒光物質(zhì)的基態(tài)分子所吸收（自吸現(xiàn)象）。由于激發(fā)態(tài)分子之間的碰撞，導(dǎo)致非輻射躍遷概率增大，熒光效率降低。（三）熒光強(qiáng)度與溶液濃度的關(guān)系三、熒光分析儀I0光源單色器液槽單色器檢測(cè)器顯示器IIf垂直測(cè)量方式兩個(gè)單色器氙燈(250~800nm)高壓汞燈365/405/436nm激光石英材料,方形四面透明。光柵光電倍增管四、熒光分析法的應(yīng)用（一）無(wú)機(jī)化合物---金屬離子與芳香族化合物形成絡(luò)合物，使分子的平面剛性結(jié)構(gòu)增大，原來(lái)不發(fā)光或發(fā)光較弱的化合物轉(zhuǎn)變?yōu)閺?qiáng)熒光化合物。無(wú)機(jī)離子與發(fā)熒光的物質(zhì)反應(yīng)形成無(wú)熒光物質(zhì)。根據(jù)熒光減弱的程度進(jìn)行測(cè)定?！?磷光分析法一、原理

T1→S010-4~10S躍遷禁阻弱

二、影響因素

溫度含重原子溶劑重原子取代基重原子效應(yīng)S1→T1

表面活性劑-膠束穩(wěn)定作用膠束增穩(wěn)室溫磷光分析表面吸附固體表面室溫磷光分析三磷光分析儀器I0光源單色器液槽單色器檢測(cè)器顯示器IIp低溫或特制磷光鏡§3化學(xué)發(fā)光分析法化學(xué)反應(yīng)的化學(xué)能激發(fā)反應(yīng)產(chǎn)物分子至激發(fā)態(tài)，受激分子輻射發(fā)光。生物發(fā)光。一、概述化學(xué)發(fā)光分析的特點(diǎn)靈敏度高10-12gmL-1測(cè)定的線性范圍寬

5~6個(gè)數(shù)量級(jí)儀器設(shè)備簡(jiǎn)單

沒(méi)有激發(fā)光源，檢測(cè)發(fā)光總量。分析速度快二、基本原理（一）化學(xué)發(fā)光的條件間接發(fā)光A+BC*+DC*+FF*+EF*F+h

直接發(fā)光：

A+BC*+DC*C+h

（1）化學(xué)反應(yīng)必須快速提供足夠的激發(fā)能。（2）反應(yīng)途徑有利于激發(fā)態(tài)分子的形成。（3）激發(fā)態(tài)分子，能以輻射光子的形式回到基態(tài)。（二）化學(xué)發(fā)光效率和強(qiáng)度（三）化學(xué)發(fā)光反應(yīng)的類(lèi)型（2）氣相化學(xué)發(fā)光主要有O3、NO、S的化學(xué)發(fā)光反應(yīng)，可用于監(jiān)測(cè)空