萤光光谱分析阿斯匹灵上课讲义.doc-ntou-chem

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1、助教柯智元製螢光光譜分析阿斯匹靈上課講義一、螢光化合物(luminescentsubstance)、放光(luminescence)原理分子吸收適合能量的電磁輻射後，其價電子被激發而躍遷到較高的能階，一般有機化合物之電子都是配對的，形成單重態(singletstate)的基礎態或基態(groundstate)；當電子躍遷到較高的能階時即激發態(excitedstate)，躍遷電子的自旋態不改變時，激發態亦為單重態；躍遷電子的自旋態改變時，則形成三重態（tripletstate）。激發態高能階的電

2、子有機會再發射出相同或較長波長的輻射，回到基礎態，吸收部份可見光的物質就會呈色。發射光與吸收光的波長相同者稱為共振螢光，而發射波長較長的輻射，則為一般的螢光(fluorescence）。激發態的分子，到達能量較低的三重態之激發態，電子回到基礎態時所放出的輻射即為磷光(phosphorescence)，所以磷光的波長又大於螢光。如圖一所示。螢光在激發光線截斷照射後幾乎立即消失(<10-6s)，而磷光則會持續較久的時間。許多芳香族化合物(aromatics)會放出螢光，其螢光強度通常隨著環的數目及共

3、軛程度之增加而增高。12助教柯智元製圖一基礎態電子吸光及放光示意簡圖一、紫外光/可見光光譜及螢光光譜螢光化合物的價電子可以吸收可見光或紫外光，紫外光/可見光光譜儀是用於測定化合物在可見光及紫外光範圍的吸光情形，吸收的電磁輻射強度與波長的關係圖，就是吸收光譜。螢光光譜儀是測定物質的螢光發射光譜。吸光度(absorbance)定義為物質透光程度倒數的對數值，A=log(I/I0)。吸光度與物質本身性質、物質的濃度(c)及光徑(b)有關，A=ε·b·c稱為比爾定律，ε為所量測波長的消光係數，單位是M-

4、1cm-1。能夠產生螢光的物質，其結構通常要具有一個芳香環以上或剛性結構者，其螢光強度較強。芳香環上之-OH、-OCH3等推電子基團具有增強螢光之作用。螢光在定量上之分析如下，及螢光強度和待測物濃度關係為:F=Po(2.3×ε×b×c)θf×KF：螢光強度Po：入射光強度ε：莫耳吸光係數b：光徑長c：濃度θf：光子產率K：測得之光子數/光子放射總數藉由螢光強度和濃度之線性關係繪製檢量線，以作為定量分析之依據。此法可測得比吸收光譜法更低的濃度，(約100倍)，當待測物濃度很低時，可以藉提高入射輻射

5、之強度而增強螢光強度。螢光光譜儀具有兩個單色光器，以光徑而言，螢光儀器的偵測器位於入射光垂直方向，以利測量激勵光譜和螢光光譜，以下有更詳細說明。激勵光譜之測量乃將是將樣品槽後之單色光器固定適當波長，樣品槽前之單色光器掃描，所得光譜為激勵光譜；螢光光譜操作則反之。12助教柯智元製利用螢光光譜儀進行阿斯匹靈(乙醯水楊酸)定量分析，通常會水解成水楊酸，由定量水楊酸的量而得知阿斯匹靈含量。乙醯水楊酸水楊酸一、光激發螢光光譜原理光激螢光(photoluminescence，簡稱PL)光譜，是將一道激發光能

6、量必須大於材料的能隙照射在樣品上，對半導體材料而言，在吸收此激發光能量後，價帶中的電子會激發至導電帶中上，價帶上則產生一電洞，形成電子-電洞對(electron-holepair)，由於庫侖力的吸引，使電子-電洞對以激子的形式存在。II-VI半導體晶體的PL光譜主要是激子的放射，激子可視為是類氫原子組態，因此可像氫原子般建立束縛態的能階結構，激子能階是位於導電帶減去一個激子結合能處。具較高能量的激子會因局域化效應損失部份能量而至較低能態上。在沒有外來光子的情形下，激子具有一定的生命期，電子會與電

7、洞輻射性的復合放出光子，如圖二所示，其中可能也包含非輻射性的放射，例如以熱的形式釋出。12助教柯智元製圖二一、光激螢光激發光譜原理光激螢光激發光譜(PhotoluminescenceExcitation,PLE)為一種常與激發螢光光譜配合的量測方法，而光激螢光激發光譜為一針對激發螢光光譜的某一特定譜線能量進行量測，同時改變激發光源的光子能量，其示意圖如圖三所示，我們的雷射光能量在E1-E2之間調變，當激發光源的光子能量(E1)大於或等於待測物時，在待測物形成電子電洞對，而這些載子會掉進所量測的奈

8、米結構中並再結合發出螢光，當激發光源的光子能量(E2)低於待測物能帶時，光激發載子一樣會掉進奈米結構中再結合發出螢光，所以這個實驗可以量測此奈米結構的吸收光譜。12助教柯智元製圖三一、螢光光譜儀與分光光度計比較介紹螢光是分子吸收特定波長(UV)的光能，之後再放出較長波長光能(螢光)之現象。物質所放出螢光的強度會與其濃度成線性比例，因此，螢光是種方便且靈敏的測量濃度之方法。其分析應用包含溶液中分子的定量測量與液相層析時的螢光測量。相較於分光光度計，螢光光譜儀比其多1,000~500,000倍的測量