第五章-分子發(fā)光分析

第五章分子發(fā)光分析

§1.基本原理一、熒光和磷光的產(chǎn)生光致發(fā)光基態(tài)分子價(jià)電子躍遷到激發(fā)態(tài)光照激發(fā)基態(tài)發(fā)出熒光或磷光<一>電子自旋狀態(tài)的多重性電子激發(fā)多重度：M=2S+1S：電子自旋量子數(shù)的代數(shù)和。取0或1基態(tài)單重態(tài)S0激發(fā)單重態(tài)激發(fā)三重態(tài)S1,S2,S3分別表示第一,二,三激發(fā)單重態(tài)單重態(tài)：電子自旋相反，↑↓S=0，M=1T1,T2,T3分別表示第一,二,三激發(fā)三重態(tài)Esingle>Etriple三重態(tài)：電子自旋平行，↑↑/↓↓S=1，M=3S2S1S0T1吸收發(fā)射熒光發(fā)射磷光系間跨越內(nèi)轉(zhuǎn)換振動(dòng)弛豫能量l2l1l

3

外轉(zhuǎn)換l

2T2內(nèi)轉(zhuǎn)換振動(dòng)弛豫<二>去活化過(guò)程

非輻射躍遷（熱）輻射躍遷（光）{振動(dòng)弛豫S0S2S1T1吸光2吸光2振動(dòng)弛豫10-12s2.內(nèi)轉(zhuǎn)換S0S2S1T1吸光2吸光1內(nèi)轉(zhuǎn)換Sn→Sn-1；Tn→Tn-1

10-13~10-11s3.熒光發(fā)射S1（V=0）→S0（V）（V=0，1，2，3……）lem>lex（ex=excitation激發(fā)；em=emission發(fā)射）

S2S0S1T1吸光2吸光1熒光3熒光10-9~10-7s4.系間跨越S0S2S1T1吸光1吸光2熒光3系間跨越10-6~10-2s5.磷光發(fā)射T1（V=0）→S0（V）（V=0，1，2，3……）10-4~10sS0S2S1T1吸光2吸光1熒光3磷光磷光6.外轉(zhuǎn)換F或P的“熄滅”或“猝滅”過(guò)程S0S1S2T1吸光1吸光2熒光3磷光外轉(zhuǎn)換S2S1S0T1吸收發(fā)射熒光發(fā)射磷光系間跨越內(nèi)轉(zhuǎn)換振動(dòng)弛豫能量l2l1l

3

外轉(zhuǎn)換l

2T2內(nèi)轉(zhuǎn)換振動(dòng)弛豫二、熒光（磷光）的激發(fā)光譜和發(fā)射光譜１.激發(fā)光譜

固定發(fā)射波長(zhǎng)lem，掃描激發(fā)波長(zhǎng)lex

２.發(fā)射光譜固定激發(fā)波長(zhǎng)lex，掃描發(fā)射波長(zhǎng)lem3.合并

lex<lem<lp4.尋找lex和lem（1）連續(xù)改變lex（或lem），尋找穩(wěn)定出峰的波長(zhǎng)（2）掃描三維熒光5.熒光光譜的特性

（1）lem

>lex（2）熒光發(fā)射光譜的形狀與激發(fā)波長(zhǎng)lex無(wú)關(guān)△l=lem

–lex

Stokes位移熒光都是從第一激發(fā)態(tài)的最低振動(dòng)能級(jí)向基態(tài)躍遷所產(chǎn)生（3）熒光的激發(fā)光譜和發(fā)射光譜呈鏡像對(duì)稱三、熒光量子產(chǎn)率分子發(fā)射熒光的條件：（1）分子的結(jié)構(gòu)必須激發(fā)光的頻率相適應(yīng)。（2）必須具有一定的量子產(chǎn)率。熒光量子產(chǎn)率：：熒光發(fā)射過(guò)程的速率常數(shù)，決定于分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)

:其它相關(guān)過(guò)程的速率常數(shù)之和。主要決定于化學(xué)環(huán)境，同時(shí)也與化學(xué)結(jié)構(gòu)有關(guān)。

四、熒光強(qiáng)度If與溶液濃度C的關(guān)系把展開(kāi)

當(dāng)I0與l一定時(shí)只有在稀溶液中成立

五、熒光與分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系〈經(jīng)驗(yàn)規(guī)則〉1.躍遷類型—*n—*熒光效率較高2.共軛效應(yīng)共軛程度↑量子產(chǎn)率jf

↑

lem↑→→熒光強(qiáng)度↑→3.剛性平面結(jié)構(gòu)酚酞（無(wú)熒光）熒光素（有熒光）芴（jf

=1）聯(lián)苯（jf

=0.18）

剛性平面結(jié)構(gòu)↑

→

熒光強(qiáng)度↑

→

lem↑4.取代基效應(yīng)給電子取代基：-OH;-OR;-NH2;-NR2;-CNIf

↑吸電子取代基：-COOH;-C=O;-NO2;-NO;-XIf↓重原子→熒光↓磷光↑高原子序數(shù)的原子六、影響熒光強(qiáng)度的因素1.溶劑

If

↑溶劑極性↑→（不完全通用）2.溫度

If

↓溫度↑→3.pH值{物質(zhì)的存在形式變化配合物的組成配比變化}

→根據(jù)具體熒光物質(zhì)選擇pH值lem

↑→4.內(nèi)濾光作用

熒光共振能量轉(zhuǎn)移（FERT，fluorescenceresonanceenergytransfer）七、溶液熒光猝滅熒光猝滅：引起熒光減弱甚至消失的現(xiàn)象熒光猝滅（Q，quencher）：引起熒光猝滅的物質(zhì)類型

碰撞猝滅2.靜態(tài)猝滅（組成化合物的猝滅）3.轉(zhuǎn)入三重態(tài)的猝滅4.發(fā)生電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)的猝滅5.熒光物質(zhì)的自猝滅（濃度較高的溶液中發(fā)生）§2.熒光分光光度計(jì)

§3.MFA及其應(yīng)用、熒光分析法的特點(diǎn)1.靈敏度高比UV-Vis高出2~4個(gè)數(shù)量級(jí)。原因有2：（1）UV-Vis：亮背景檢測(cè)MFA:暗背景檢測(cè)（2）If∝I0，可以通過(guò)增大I0來(lái)增大If

I0↑，It↑,

A基本不變2.選擇性強(qiáng)兩個(gè)光譜激發(fā)光譜發(fā)射光譜{如果激發(fā)光譜重疊，可用發(fā)射光譜。反之亦然3.試樣量少、方法簡(jiǎn)便4.提供較多的物理參數(shù)5.缺點(diǎn)：應(yīng)用范圍不廣，對(duì)環(huán)境因素敏感，干擾因素也較多二、定量分析法1.標(biāo)準(zhǔn)曲線法配制標(biāo)準(zhǔn)溶液：C1,C2,C3，C4,C5測(cè)定熒光強(qiáng)度：If1,If2,If3，If4,If52.比較法（標(biāo)準(zhǔn)對(duì)照法）三、應(yīng)用1.元素的測(cè)定{元素+有熒光的配合物→元素+有機(jī)試劑→熒光產(chǎn)物熒光↓2.有機(jī)物及生物大分子的測(cè)定3.機(jī)理研究藥物-DNA，藥物-酶的作用機(jī)理?！?.分子磷光分析法（molecularphosphorescenceassay，MPA）一、特點(diǎn)1.2.10-4~10s10-9~10-7s3.磷光的壽命tP和輻射強(qiáng)度Ip對(duì)重原子和順磁性離子敏感二、低溫磷光法LTP（lowtemperaturephosphorescence）（1）T1（V=0）~~~→S0的外轉(zhuǎn)換（2）激發(fā)態(tài)分子與溶劑分子的碰撞（3）某些光化學(xué)反應(yīng)。非輻射去活化過(guò)程：為了減少這些去活化作用，采用低溫。冷卻劑：液氮

溶劑EPA：乙醇?異戊烷?二乙醚=25?5?三、室溫磷光法RTP（roomtemperaturephosphorescence）（1）SS-RTP（固體基質(zhì)室溫磷光法）（2）MS-RTP（膠束增穩(wěn)的溶液室溫磷光法