四川大學儀器分析分子發(fā)光分析法答案

1、四JI大學儀器分析第八章分子發(fā)光分析法答案第八章 分子發(fā)光分析法根本要求：了解熒光的產生與影響熒光強度的因素,掌握分子熒光光譜法的定量關系與應用特點,重點：熒光光譜法的定量關系、應用特點.難點：熒光的產生與影響熒光強度的因素.參考學時：3學時作業(yè)參考答案1 .簡述熒光法產生的根本原理.具有什么樣結構的物質最容易發(fā)熒光？答:物質受電磁輻射激發(fā)后,被激發(fā)的分子從 第一電子激發(fā)單重態(tài) 的最低振動能級回到基 態(tài)而發(fā)射熒光,基于測量化合物的熒光而建立起來的分析方法即為熒光分析法.芳香族化合物、帶有平面剛性結構的化合物、帶稠環(huán)結構的化合物容易發(fā)熒光.2 .解釋以下名詞：單重態(tài)、三重態(tài)、熒光、振動弛豫、內轉

2、換、外轉換、失活、系間竄躍、熒光量子產率、激發(fā)光譜、熒光光譜答:單重態(tài)：電子自旋都配對的分子的電子狀態(tài)稱為單重態(tài).三重態(tài):有兩個電子自旋不配對而同方向的狀態(tài).熒光:受光激發(fā)的分子從第一激發(fā)單重態(tài)Si的最低振動能級回到基態(tài) S0所發(fā)出的輻射；振動弛豫：由于分子間的碰撞,振動激發(fā)態(tài)分子由同一電子能級中的較高振動能級失活至較低振動能級,多余的振動能以熱的形式失去的過程.內轉換：在相同激發(fā)多重態(tài)的兩個電子能級間,電子由高能級以無輻射躍遷方式進到較低能級的分子內過程.外轉換：激發(fā)態(tài)分子與溶劑或其她溶質間的相互作用與能量轉換而使熒光或磷光強 度減弱甚至消失的過程.失活:激發(fā)態(tài)分子不穩(wěn)定,她要以輻射躍遷或無

3、輻射躍遷的方式回到基態(tài),這就就是激發(fā)態(tài)分子的失活.系間竄躍：激發(fā)態(tài)分子的 電子自旋發(fā)生倒轉而使分子的多重態(tài)發(fā)生變化的無輻射躍 遷過程.熒光量子產率：表示物質分子發(fā)射熒光的水平.熒光量子產率=發(fā)射熒光的分子數(shù)/激發(fā)態(tài)的分子數(shù)=發(fā)射的光子數(shù) /吸收的光子數(shù)激發(fā)光譜：在熒光最強的波長處測量隨激發(fā)光波長的改變而變化的熒光強度,將熒光強度對激發(fā)光波長作圖,即得到激發(fā)光譜,實際為熒光物質的吸收光譜.熒光光譜：如果將激發(fā)光的波長固定在最大激發(fā)波長處,測量不同熒光波長處熒光的強度,將熒光強度對熒光波長作圖便得到熒光光譜或稱發(fā)射光譜.3 .溶液中,溶劑的極性、pH值及溫度就是如何影響熒光強度的.答:溶劑的影響：

4、隨著溶劑極性增加,熒光物質的n兀嫩遷能量增大,兀一攜遷的能量降 低,從而導致熒光強度增加,熒光波長紅移.溶劑假設能與熒光物質形成氫鍵或使熒光物質的電離狀態(tài)改變,會使熒光強度、熒光波長改變.含重原子的溶劑 碘乙烷、四澳化碳能 使熒光減弱.溶劑純度對熒光強度的影響也很大. 當溶劑中含鹵素或重金屬原子時 ,熒光 強度降低.pH值的影響:pH值對熒光強度的影響 就是可逆的,含酸、堿性取代基的芳香化合物 的熒光一般都與pH值有關,一些熒光物質在酸性或堿性溶液中會發(fā)生水解.而不會離解 的熒光物質在任何 pH值均產生熒光.溫度的影響：溫度降低會增加熒光強度,由于降低了碰撞與非輻射失活的概率.四JI大學儀器分

5、析第八章分子發(fā)光分析法答案4 .熒光物質濃度高時,為什么會發(fā)生熒光強度偏離F=2、3K'10 sbe光系式的情況？答：由Lambert-Beer定律可知尸K 'o1 -e 2' 303 £ b滔此式中的指數(shù)項展開,當£ be0、05、 I0一定時,熒光強度F=Ke,所以低濃度時,溶液的熒光強度與熒光物質濃度呈線性關系.當e變得足夠大使得吸光度、超過 0、05時,F將偏向濃度軸.原因很多.首先就是數(shù)學 上的近似帶來的誤差,其次就是入射光被強烈地吸收,造成溶液內部的入射光強銳減.當溶液濃度增加時,發(fā)光物質分子間碰撞還會產生自猝滅.當熒光化合物的發(fā)射波長與

6、吸收峰重疊時,液體內部激發(fā)態(tài)分子所發(fā)射的熒光在通過外部溶液時被同類分子吸收,因而濃度增加同時會導致自吸收增強.5 .試述為彳f么兀-兀*型躍遷的熒光要比兀*-n型熒光易發(fā)生而且強度大. 答：T-兀型躍遷產生的熒光要比 兀-n型熒光強度大而且易發(fā)生,就是由于 乃兀躍遷屬于電 子自旋允許的躍遷,具有較大的§它一般比屬于禁阻躍遷的 n-兀默遷e大100-1000倍,其 次乃兀躍遷的壽命約10-7-10-9s比n-兀躍遷的壽命10-510-7要短,因而在與各種失活過程 競爭中兀躍遷更有利此外,在乃兀躍遷過程中,因S1與T1能級差較大,通過系間竄躍至 三重態(tài)的速率常數(shù)也較小,這也有利于熒光發(fā)射

7、.6 .熒光激發(fā)光譜與發(fā)射光譜之間有什么關系？答:激發(fā)光譜與發(fā)射光譜大致呈 “鏡像對稱.發(fā)射光譜的形狀與基態(tài)中振動能級的分布 狀況有關,而激發(fā)光譜的形狀那么反映了第一電子激發(fā)單重態(tài) 中振動能級的分布.基態(tài)與第一電子激發(fā)單重態(tài)中的振動能級分布情況類似,所以激發(fā)光譜與發(fā)射光譜大致呈鏡像對稱.7 .用什么方法可以提升熒光分析法的靈敏度答:增大光源輻射強度10增加激發(fā)與發(fā)射光柵的寬度,放大熒光信號增加光電倍增管PMT的電壓.8 .試比擬紫外-可見分光光度計與熒光光度計的異同點. 不同點：第一就是光源不同.熒光光度計光源為高壓汞蒸氣燈與高壓氤弧燈,紫外-可見分光光度計用的光源就是鴇燈、碘鴇燈、氫燈等 ；

8、第二就是吸收池不同.在熒光分光光度計中 的熒光池 就是四面透明；透過熒光池的激 發(fā)光方向與被測物發(fā)射的熒光就是相互 垂直的；而在紫外-可見分光光度計中,比色皿就 是兩面透明；入射光與檢測器 就是在同一直線上.相同點：都就是由光源、單色器、吸收池、檢測器四大主要局部組成.9 .與過渡金屬離子相比,非過渡金屬離子的熒光螯合物要多,這就是為什么？ 答:金屬離子與有機配位體所形成的配合物的發(fā)光水平,與金屬離子以及有機配位體結構特性有很大關系.金屬離子可分為三類：第一類就是離子的外電層具有與惰性氣體相同的 結構,為抗磁性的離子,它與含有芳基的有機配位體形成配合物時多數(shù)會發(fā)生較強的熒光 , 由于這類離子與

9、有機配位體配合時,會使原來有機配位體的單線最低電子激發(fā)態(tài)S1為n,兀1*能層轉變?yōu)樨?兀1*能層,并使原來的非剛性平面結構轉變?yōu)閯傂缘钠矫娼Y構,使原來不發(fā)熒光或弱熒光的有機配位體轉變?yōu)榘l(fā)強熒光者.此類配合物的熒光強度隨金屬離子 的原子量增加而減弱,吸收蜂與發(fā)射峰也相應向長波長方向移動,這一類配合物系由配位體L吸光與發(fā)光,故稱LL*發(fā)光.第二類金屬離子亦具有惰性氣體的外層電子結構與具有抗磁性,然而其次外電子層為含有未充滿電子的f層.這類金屬離子會產生 ff*吸光躍遷,亦會產生f*-f發(fā)光躍遷,但都 較微弱,可就是當它們與有機配位體生成二元配合物之后,由于f*能層多在配位體最低單線態(tài)的S1的兀,兀

10、1*能層下方,因此被激發(fā)的有機配位體的能量可能轉移給金屬離子m而四JI大學儀器分析第八章分子發(fā)光分析法答案產生金屬離子激發(fā)態(tài) m*即m m*躍遷,然后由激發(fā)態(tài)金屬離子 m*返回基態(tài)離子 m而 產生m* m發(fā)光.第三類金屬離子為過渡金屬離子,它們與有機配位體所生成的配合物,大多數(shù)不發(fā)生熒光 與磷光,其原因尚不清楚,目前有兩種說法：一就是認為它們就是順磁性物質,可能產生可逆的電荷轉移作用而導致熒光猝滅,二就是認為順磁性與過渡金屬的重原子效應引起電子自旋-軌函耦合作用,使激發(fā)態(tài)分子由單線態(tài)轉入三線態(tài),而后通過內轉換去活化,在少數(shù)情況下,亦發(fā)現(xiàn)過渡金屬離子會發(fā)光.10 .試述化學發(fā)光分析的根本原理.它

11、與熒光法有什么異同點？答:在某些化學反響中,某種反響產物或共存物分子由于吸收了反響產生的化學能,由基態(tài)躍遷至較高電子激發(fā)態(tài)中各個不同的振動能級,然后經過振動弛豫或內轉換到達第一電子激發(fā)態(tài)的最低振動能級 ,由此以輻射的形式放出能量躍回到基態(tài).在個別的情況下,它可以通過系間穿躍到達亞穩(wěn)的三重態(tài),然后再回到基態(tài)的各個振動能級,并產生磷光輻射,這兩種光都就是化學發(fā)光.物質的化學發(fā)光光譜與該物質的熒光光譜個別的情況下與磷光光譜就是十分相似的,只就是熒光與磷光就是以光來激發(fā),而化學發(fā)光那么就是靠化學能來激發(fā)的.11 .化學發(fā)光反響需要滿足的條件就是什么？A.化學反響要提供足夠的能量,而這一化學能又能被反響

12、分子所吸收,形成一種激發(fā)態(tài)的產物.至少要有一種物質能夠接受化學反響能量,形成激發(fā)態(tài).化學發(fā)光反響的4G通常在 40-70 kcal/mol.B.在反響條件下,激發(fā)態(tài)分子或原子,能夠以電磁輻射的形式釋放出光子,回到基態(tài)；或者它能夠轉移能量到另一個分子上而使此分子被激發(fā)；這一分子回到基態(tài)時,釋放出光子.滿足上述條件的通常就是氧化復原反響！12 .什么就是化學發(fā)光效率？化學發(fā)光效率愈大,化學發(fā)光的弓II度愈大,這個說法就是否正確？化學發(fā)光效率 CL表示一個化學發(fā)光反響中的發(fā)光水平,它也等于產生激發(fā)態(tài)的化學效率 r激發(fā)態(tài)的分子數(shù)/反響分子數(shù)與激發(fā)態(tài)分子的發(fā)射效率 發(fā)射光子數(shù)/激發(fā)態(tài)的 分子數(shù)的乘積.化學發(fā)光效率越大,化學發(fā)光的強度就越大,這個說法就是錯誤的.發(fā)光強度與發(fā)光試劑的發(fā)光效率、發(fā)光時間以及發(fā)光試劑的濃度有關.不能單純說化學發(fā)光效率越大,化學發(fā)光的強度就越大.13、化學發(fā)光分析有些什么特點與短處？化學發(fā)光分析法具有以下特點： 極高的靈敏度2 M0-11 mol/L;化學發(fā)光具有較好的選擇性不同的化學反響很難產生出同一種發(fā)光物質;儀器裝置比擬簡單,不需要復雜的分光與光強度測量裝置干預濾光片,光電倍增管; 分析速度快,一次分析在1min之內就可完成,適宜進行自動連續(xù)測定.定量線性范圍寬,化學