武汉大学分析化学课件 第8章 分子发光分析法.ppt

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1、第8章分子发光分析法2021/8/218.1概论8.1.1分子发光的类型按激发的模式分类：分子吸收光能被激发，所产生的发光为光致发光，如分子荧光和磷光。分子由化学反应的化学能或由生物体（经由体内的化学反应）释放出来的能量所激发，其发光分别称为化学发光或生物发光。以分子发光作为检测手段的分析方法称为分子发光分析法，本章所介绍的包括荧光分析法、磷光分析法和化学发光分析法。8.1.2分子发光分析法的特点灵敏度高。较吸收光度法一般要高2~3个数量级。选择性比较高。物质对光的吸收具有普遍性，但吸光后并非都有发光现象。即便都有发光现象，但在吸收波长和发射波长方面不尽相同，这样就有可能通过

2、调节激发波长和发射波长来达到选择性测定的目的。样品量小，操作简便，工作曲线的动态线性范围宽。发光检测的高灵敏度，以及发光光谱、发光强度、发光寿命等各种发光特性对所研究体系的局部环境因素的敏感性，因此，发光分析法在光学分子传感器以及在生物医学、药学和环境科学等方面的应用更显示了它的优越性。8.2分子荧光与磷光光谱分析法8.1.1分子发光的类型按激发的模式分类：分子吸收光能被激发，所产生的发光为光致发光，如分子荧光和磷光。分子由化学反应的化学能或由生物体（经由体内的化学反应）释放出来的能量所激发，其发光分别称为化学发光或生物发光。以分子发光作为检测手段的分析方法称为分子发光分析法，

3、本章所介绍的包括荧光分析法、磷光分析法和化学发光分析法。8.2.1基本原理1.分子能级与跃迁分子能级比原子能级复杂；在每个电子能级上，都存在振动、转动能级；基态(S0)→激发态(S1、S2、激发态振动能级)：吸收特定频率的辐射；量子化；跃迁一次到位；激发态→基态：多种途径和方式(见能级图)；速度最快、激发态寿命最短的途径占优势；第一、第二、…电子激发单重态S1、S2…；第一、第二、…电子激发三重态T1、T2…；8.2分子荧光与磷光光谱分析法2.电子激发态的多重度电子激发态的多重度：M=2S+1S为电子自旋量子数的代数和(0或1)；平行自旋比成对自旋稳定(洪特规则)，三重态能级比

4、相应单重态能级低；大多数有机分子的基态处于单重态；S0→T1禁阻跃迁；通过其他途径进入(见能级图)；进入的几率小；3.激发态→基态的能量传递途径电子处于激发态是不稳定状态，返回基态时，通过辐射跃迁(发光)和无辐射跃迁等方式失去能量；传递途径辐射跃迁荧光延迟荧光磷光内转移外转移系间跨越振动弛预无辐射跃迁激发态停留时间短、返回速度快的途径，发生的几率大，发光强度相对大；荧光：10-7～10-9s,第一激发单重态的最低振动能级→基态；磷光：10-4～10s；第一激发三重态的最低振动能级→基态；S2S1S0T1吸收发射荧光发射磷光系间跨越内转换振动弛豫能量l2l1l3外转换l2T2内

5、转换振动弛豫非辐射能量传递过程振动弛豫：同一电子能级内以热能量交换形式由高振动能级至低相邻振动能级间的跃迁。发生振动弛豫的时间10-12s。内转换：同多重度电子能级中,等能级间的无辐射能级交换。通过内转换和振动弛豫，高激发单重态的电子跃回第一激发单重态的最低振动能级。外转换：激发分子与溶剂或其他分子之间产生相互作用而转移能量的非辐射跃迁；外转换使荧光或磷光减弱或“猝灭”。系间跨越：不同多重态,有重叠的转动能级间的非辐射跃迁。改变电子自旋，禁阻跃迁，通过自旋—轨道耦合进行。辐射能量传递过程荧光发射：电子由第一激发单重态的最低振动能级→基态（多为S1→S0跃迁），发射波长为‘2的

6、荧光；10-7～10-9s。由图可见，发射荧光的能量比分子吸收的能量小，波长长；‘2>2>1；磷光发射：电子由第一激发三重态的最低振动能级→基态（T1→S0跃迁）；电子由S0进入T1的可能过程：（S0→T1禁阻跃迁）S0→激发→振动弛豫→内转移→系间跨越→振动弛豫→T1发光速度很慢：10-4～100s。光照停止后，可持续一段时间。荧光、磷光的寿命和量子产率荧光寿命：荧光分子处于S1激发态的平均寿命，可用下式表示：τf=1/（kf+ΣK）磷光寿命（τp）指的是磷光分子处于T1激发态的平均寿命，可由类似的公式表示。荧光量子产率：荧光物质吸光后所发射的荧光的光子数与所吸收的激

7、发光的光子数之比值。由于激发态分子的衰变过程包含辐射跃迁和非辐射跃迁，故荧光量子产率可表示为ɸf=kf/(kf+ΣK)磷光的量子产率（ɸp）定义为：8.2.1.2荧光、磷光与分子结构的关系1.分子产生荧光必须具备的条件（1）具有合适的结构；（2）具有一定的荧光量子产率。荧光量子产率（）：荧光量子产率与激发态能量释放各过程的速率常数有关，如外转换过程速度快，不出现荧光发射；2.化合物的结构与荧光（1）跃迁类型：*→的荧光效率高，系间跨越过程的速率常数小，有利于荧光的产生；（2）共轭效应：