荧光分析与化学发光分析.ppt

荧光分析与化学发光分析 冯振涛 1203180234 6-1 概 述 在前两章中我们讨论了物质对电磁辐射的吸收。吸收辐射能后，处于电子激发态的分子在返回基态时以发射辐射的方式释放这一部分能量，发射的辐射波长可以同分子所吸收的辐射波长相同，也可不相同，这一现象称为光致发光。最常见的两种光致发光现象是荧光和磷光。这两种光致发光过程的机理不同(见§6-2)，可通过实验观察激发分子寿命的长短来加以区别。对于荧光，当激发光停止照射后，发光过程几乎立即停止(10-9 ～10-6)，而磷光则将持续一段时间(10-3 ～ 10s)。 由于物质分子的结构不同，所吸收的紫外光波长和发射的荧光波长也有所不同，利用这个特征可以对物质进行定性鉴定。同一种分子结构相同的物质，用同一种波长的紫外光照射激发，可发射特征波长的荧光，其强度与物质的量有关。据此，可利用某些物质被紫外光照射后所发射的能反映出该物质特性的荧光进行定性以及定量分析，这种分析称为荧光分析。 化学发光分析是利用化学发光现象进行分析测定的一类方法。与荧光分析一样，属于发光分析的范畴。化学发光与荧光分子的发光相似，他的大部分性质和荧光相同，不同点在于荧光的激发能来自外光源的激发(照射)，而化学发光的激发能则产生自化学反应，也即某些物质在进行化学反应时，由于吸收了反应时产生的化学能，使分子或原子被激发，这种受激分子或原子返回基态时，以光辐射的方式释放能量。其光辐射的能量及光谱范围由化学反应的物质所控制(处于可见光区)。每一个化学反应都有其特征的化学发射光谱，其发光强度则与物质的浓度有关，这是化学发光分析的依据。 此外还有其他类型的发光: 生物发光、热致发光、放射发光(放射性分解引起激发)、声致发光(声波激发)、点发光(电激发)、摩擦发光(机械能激发)等。其中生物发光在分析化学中得到重要的应用，在生物发光中导致激发态的化学反应是在生物体内进行的。 磷光现象也被用于分析目的，但应用范围有限。 §6-2 荧光分析法 基本原理 荧光定性分析 荧光定量分析 荧光计与荧光分光光度计 1. 荧光的发生 处于基态的分子吸收一定波长的辐射能后。电子发生跃迁。此时由 原来的能级跃迁至第一电子激发态或第二电子激发态中各个不同振动 能级和各个不同的转动能级，如图6-1中(a)和(b)所示。分子在吸收了 光而被激发至第一或更高的电子激发态的各个振动能级之后，通常急 剧降落至第一电子激发态的最低 振动能级，在这一过程中他们和 同类分子或其他分子(例如溶剂分 子)碰撞而消耗了相当于这些能级 之间的能量，因而不发射光(无辐 射跃迁，图6-1中c)。由第一电子 激发态的最低振动能级继续往下 降落至基态的各个不同能级时， 则以光的形式发射，所发生的光 即荧光(图6-1中d)。某些物质的分子在被激发至较高的能级并通过无 辐射跃迁降落至第一电子激发态的最低振动能级之后，并不继续直接 降落至基态，而是通过另一次无辐射跃迁至一个中间的亚稳的能级— —三重态(图6-1中e)。 已知电子激发态的自旋多重性为2S+1，S是自旋量子数的代数和。大多数分子含有偶数电子，在基态时这些电子成对地存在于各个原子或分子轨道中。然而，根据保利不相容原理，在一个轨道上的这两个电子的自旋是相反的，自旋量子数为+?(↑)和-?(↓)。由于自旋成对的结果，大多数分子的自旋量子数的代数和S=0，此时这个分子所处的电子能态称为单重态(singlet state)，即2S+1=1。如果分子中有一个未成对的电子，则S=?，而2S+1=2，此种状态称为双重态(doublet state)。若分子中有两个未成对的电子，此时S=1,2S+1=3，这种状态称为三重态(triplet state)。 在基态分子的一个电子吸收光辐射而被激发的过程中，通常它的自选不变(△S=0)，则激发态仍是单重态，如图6-2所示。某些分子的激发单重态通过无辐射跃迁，在体系间跨越的过程中发生自选反转，造成两个电子自旋平行的状态，也即是激发三重态(6-2)。 这些分子在三重态稍事逗留后，在发射辐射而下降至单重态各振动能级，所发射的光即为磷光(图6-1中f)。因自三重态降落至单重态时所给出的能量比由单重第一电子激发态的最低振动能级直