03 第三章 分子发光分析法.ppt

第1页：第三章分子发光分析法

第三章分子发光分析法

• 第一节荧光分析法
• 第二节磷光分析法
• 第三节化学发光分析法

第2页：荧光分析法概述

第一节荧光分析法(Fluorescence)一概述(一)、分子发射光谱与分子能级结构吸光无辐射跃迁系间跨越单重线态三重线态荧光磷光E0E1E2振动弛豫内部转换

第3页：吸收光谱与荧光光谱

(二)、分子吸收光谱与分子荧光光谱吸光荧光250300350400450蒽乙醇溶液吸收和荧光光谱相对强度

第4页：荧光与吸收光谱的镜像对称

300400500相对强度•荧光光谱与吸收光谱镜像对称•荧光光谱较吸收光谱简单硫酸奎宁在稀硫酸中的荧光光谱与吸收光谱

第5页：荧光量子产率

(三)、荧光量子产率(荧光效率)发荧光的两个必要条件•分子能吸收光子而跃迁至激发态•激发态分子能以光的形式释放能量荧光效率(φf)=发出光子数吸收光子数如果一个分子将吸收的光子全部释放,则其量子产率为100%。

第6页：化合物荧光效率溶剂荧光素0

第7页：量子产率与分子结构

(四)、量子产率与分子结构荧光通常发生在具有刚性结构和平面结构的π-电子共轭体系分子中,任何有利于提高π-电子共轭度的结构改变,都将提高荧光量子产率,或使荧光波长向长波长方向移动。化合物荧光效率平均波长苯0.07283联苯0.18316对联三苯0.93342

第8页：化合物荧光效率平均波长苯0

第9页：荧光分析的特点

(五)、荧光分析的特点1、灵敏度高2、选择性好3、仪器简单4、应用范围广

第10页：荧光强度与浓度的关系

二荧光定量分析基础If = ΦfIa= Φf ( Io-I )If : 荧光强度Io: 所吸收的辐射强度;φf:荧光效率(一)、荧光强度与浓度

第11页：将指数展开

将指数展开:如果吸光度A < 0.05, 方括号中其他各项与第一项相比均可忽略:

第12页：荧光强度与浓度的正比关系

fI0εb由于A=εbc:故在实验条件固定时,荧光强度与浓度成正比,即:

第13页：荧光熄灭

(二)、荧光熄灭IfC0

第14页：内滤效应

1、内滤效应发射的荧光在溶液中通过时被基态分子所吸收而使荧光强度下降的现象。

第15页：碰撞淬灭效应

2、淬灭效应碰撞淬灭:荧光分子之间或荧光分子与熄灭剂分子之间碰撞引起的荧光熄灭效应M + hν→M* (吸光)M* →M + hν’ (发生荧光)M* + Q →熄灭例如:芳香烃的荧光可以被溶解O2 所淬灭

第16页：转入三线态的淬灭含溴化物

转入三线态的淬灭含溴化物、碘化物、硝基化合物、重氮化合物、羰基化合物及某些杂环化合物容易转变为三重态,因而易使荧光淬灭

第17页：荧光分析仪器的构成

三荧光分析的仪器光源单色器液槽检测器记录器单色器I0If

第18页：荧光分析的光源与单色器

1、光源汞弧灯山弧灯激光光源气荧光光源强度> 紫外-可见吸收光谱光源激光诱导荧光Laser Induced fluorescence低压汞灯:254 nm2、单色器滤光片棱镜光栅

第19页：荧光分析的仪器

400500600nmRelative FL IntensityEXEMWavelength /λStocks位移

第20页：量子产率的测定

标准1样品2Wavelength /λIf荧光光谱If1φ1A1 If2φ2A2=量子产率的测定

第21页：奎宁的荧光量子产率

1A1 If1φ2A2 If2=奎宁在0.1M的硫酸中荧光量子产率的绝对值为0.55。荧光分析的缺点——散射光影响

第22页：磷光分析的仪器光源检测器贝克勒耳圆盘

磷光分析的仪器光源检测器贝克勒耳圆盘

第23页：磷光分析的三种方式

低温磷光分析固体基质室温磷光分析保护流体室温磷光分析无保护流体室温磷光分析磷光分析的缺点——仪器复杂,需要固体基质或保护

第24页：化学发光分析的仪器记录器

化学发光分析的仪器记录器

第25页：三种发光分析法的比较

四荧光、磷光和化学发光分析法(Fluorescence,phosphorescence and chemiluminescence analysis)(一)、理论基础1、分子发射光谱与分子能级结构吸光无辐射跃迁系间跨越单重线态三重线态荧光磷光E0E1E2振动弛豫

第26页：吸收光谱与荧光光谱对比

(1)分子吸收光谱与分子荧光光谱吸光荧光250300350400450蒽乙醇溶液吸收和荧光光谱相对强度

第27页：荧光与吸收光谱的镜像对称

300400500相对强度•荧光光谱与吸收光谱镜像对称•荧光光谱较吸收光谱简单硫酸奎宁在稀硫酸中的荧光光谱与吸收光谱

第28页：荧光量子产率的两个条件

(2)荧光量子产率(荧光效率)发荧光的两个必要条件•分子能吸收光子而跃迁至激发态•激发态分子能以光的形式释放能量荧光效率(φf)=发出光子数吸收光子数如果一个分子将吸收的光子全部释放,则其量子产率为100%。

第29页：化合物荧光效率溶剂荧光素0

化合物荧光效率溶剂荧光素0.92(0.1MNaOH)曙红0.19(0.1MNaOH)罗丹明B0.97(乙醇)蒽0.31(己烷)核黄素0.26(水,pH7)菲0.10(乙醇)萘0.12(乙醇)酚0.22(水)叶绿素0.32(苯)某些化合物的荧光效率

第30页：量子产率与共轭结构

(3)量子产率与分子结构荧光通常发生在具有刚性结构和平面结构的π-电子共轭体系分子中,任何有利于提高π-电子共轭度的结构改变,都将提高荧光量子产率,或使荧光波长向长波长方向移动。化合物荧光效率平均波长苯0.07283联苯0.18316对联三苯0.93342

第31页：化合物荧光效率平均波长苯0

化合物荧光效率平均波长苯0.07283萘0.23334蒽0.36402苯0.07283甲苯0.17285乙苯0.18286

第32页：荧光强度的定量基础

2、荧光定量分析基础If = ΦfIa= Φf ( Io-I )If : 荧光强度Io: 所吸收的辐射强度;φf:荧光效率(1)荧光强度与浓度

第33页：将指数展开

将指数展开:如果吸光度A < 0.05, 方括号中其他各项与第一项相比均可忽略:

第34页：荧光定量关系的适用条件

K =ΦfI0εb由于A=εbc:故在实验条件固定时,荧光强度与浓度成正比,即:

第35页：荧光熄灭的类型

(2)荧光熄灭IfC0

第36页：内滤效应与自吸收

内滤效应发射的荧光在溶液中通过时被基态分子所吸收而使荧光强度下降的现象。

第37页：淬灭效应碰撞淬灭

淬灭效应碰撞淬灭:荧光分子之间或荧光分子与熄灭剂分子之间碰撞引起的荧光熄灭效应M + hν→M* (吸光)M* →M + hν’ (发生荧光)M* + Q →熄灭例如:芳香烃的荧光可以被溶解O2 所淬灭

第38页：转入三线态的淬灭含溴化物

转入三线态的淬灭含溴化物、碘化物、硝基化合物、重氮化合物、羰基化合物及某些杂环化合物容易转变为三重态,因而易使荧光淬灭

第39页：荧光分析仪器的构成

(二)、荧光分析的仪器光源单色器液槽检测器记录器单色器I0If

第40页：荧光光源与单色器选择

1、光源汞弧灯山弧灯激光光源气荧光光源强度> 紫外-可见吸收光谱光源强度激光诱导荧光Laser Induced fluorescence低压汞灯:254 nm2、单色器滤光片棱镜光栅

第41页：荧光、磷光与化学发光分析法比较

400500600nmRelative FL IntensityEXEMWavelength /λStocks位移

第42页：量子产率的测定方法

标准1样品2Wavelength /λIf荧光光谱If1φ1A1 If2φ2A2=量子产率的测定

第43页：奎宁的荧光量子产率

1A1 If1φ2A2 If2=奎宁在0.1M的硫酸中荧光量子产率的绝对值为0.55。荧光分析的缺点——散射光影响

第44页：荧光分析的特点

(3)荧光分析的特点

• 灵敏度高
• 选择性好
• 仪器简单
• 应用范围广

第45页：第二节 磷光分析法

第二节磷光分析法低温磷光分析固体基质室温磷光分析保护流体室温磷光分析无保护流体室温磷光分析

第46页：低温磷光分析法

一低温磷光分析法ν低温磷光分析是将试样溶于有机溶剂中,在液氮(温度77K)条件下形成刚性玻璃状物后,测量磷光.这样,可减小分子间的碰撞,防止磷光猝灭.所用的溶剂应具备下列条件:ν①易于制备和提纯;②能很好的溶解被分析物质;③在77K温度下应有足够的粘度并能形成明净的刚性玻璃体;④在所研究的光谱区

第47页：低温磷光分析常用试剂

第48页：二室温磷光分析

二室温磷光分析

• 低温磷光需要适当的低温条件,限制了它的应用及发展.室温磷光分析避免了低温条件,将试样固定在滤纸、硅胶、氧化铝、玻璃纤维、淀粉、溴化钾等基体上,以增加其刚性,减少三重态的碰撞猝灭,增强磷光相对强度.

第49页：磷光分析的仪器光源检测器贝克勒耳圆盘

磷光分析的仪器光源检测器贝克勒耳圆盘

第50页：第三节化学发光分析法

第三节化学发光分析法

• 化学反应中,产物分子吸收了反应过程中释放的化学能而被激发,在返回基态时发出光辐射称为化学发光,根据化学发光强度或化学反应产生的总发光强度来确定物质含量的方法称为化学发光分析法。

第51页：化学发光反应的基本要求

一化学发光分析的基本理论ν(一)化学发光反应的基本要求:ν(1).化学反应必须提供足够的化学能,且被发光物质吸收形成电子激发态.如果在760nm~280nm的可见紫外光区产生化学发光,则要求化学反应提供160~420KJ.mol-1之间的能量,具有过氧化物中间产物的氧化还原反应一般能满足这种要求.因此,化学发光反应大多数是有H2O2、O3

第52页：化学发光效率

化学发光效率φCLν化学发光效率等于激发态分子的产率φCe和激发态分子的发光效率φem之乘积.ν

第53页：化学发光强度与浓度的关系

化学发光的强度与反应物浓度间的关系根据化学发光发生和消失时间的长短,通常分为快发光和慢发光两种.快发光在反应进行1秒之内即可达到发光峰值,在5秒之内峰值衰减90%,慢发光的发生和衰减时间相对要长一些.不论是快发光还是慢发光,化学发光的相对强度ICL决定于化学发光反应的转化速率,而后者常用单位时间内反应物或产物浓度的变化表示.

第54页：化学发光的灵敏度与检出限

灵敏度和检出限ν化学发光分析法的灵敏度通常不是由仪器可检测的最低浓度决定的,因为许多化学发光法都是高灵敏的,仪器检测光的能量不是主要问题,而环境污染和其它低浓度的干扰因素及排除显得特别重要,它们往往决定方法的灵敏度.ν一般把所产生的化学发光相对强度等于空白信号标准偏差S0三倍时的被测物浓度作为它的检测下限,简称检出限(detection limit, DL).

第55页：二化学发光分析的主要类型(

二化学发光分析的主要类型(一)液相化学发光ν1.鲁米诺(Luminol)体系ν2.光泽精(lucigenin)体系ν3.过氧草酰(peroxyoxalate)体系(二)气相化学发光

第56页：分立取样式液相发光仪

分立取样式液相化发光仪75618910RecAMPPMT负高压234

第57页：化学发光分析的仪器记录器

化学发光分析的仪器记录器

第58页：化学发光分析的主要类型

Chemiluminescence Sensors basedon Enhanced emission on Rare-earthdoped nanoparticlesZhenyu Zhang, et al, submitted to Anal. Chem.CL Spectrum of Tb-doped andpure ZrO2dopedpureFluorescence Spectrum of Tbnmnm