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分子荧光分析法.ppt

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分子荧光分析法,Molecular fluorescence spectrophotometry,,一、概述 1 光致发光:当某些物质受到光的照射时,除吸收某种波长的光之外还发射波长相同或比吸收波长更长的光,这种现象叫光致发光。荧光 fluorescence: 物质分子吸收光子能量而被激发,然后从激发态的最低振动能级返回至基态时发射出的光。磷光 phosphorescence: 吸收光子 激发 三线态最低振动能级 基态,,,,2 荧光分析方法 Fluorometry根据物质的荧光谱线位置及其强度进行物质鉴定和物质含量测定的方法。 X射线荧光分析法 X-ray fluorometry原子荧光分析法 atomic fluorometry分子荧光分析法 molecular fluorometry3.优点:灵敏度高,选择性好。,,,二 基本原理 1 有关概念单线态:大多数分子含偶数个电子,成对地填充在能量最低的各轨道中,根据Pauli不相容原理,轨道中的两个电子具有相反方向的自旋,即自旋量子数为+1/2和-1/2,其总自旋量子数为0。用2S+1表示电子能态的多重性,基态所处的电子能态为单线态。,,当基态分子的一个电子吸收光辐射被激 发而跃迁至较高的电子能级时,电子不发 生自旋方向的改变,此时分子处于激发的 单线态。 激发三线态: 电子在跃迁过程中自旋方向改变,分子 具有两个自旋不配对的电子,总自旋量子 数为1,处于激发的三线态(2S+1=3)。 2 基态、激发单线态、激发三线态比较如图所示,激发三线态和激发单线态,,除电子自旋方向改变外,能量亦不相同。E基态 激发单线态 激发三线态,,,,,,,,,,,,,,,,,,3 荧光的产生荧光的产生过程: 基态吸收辐射 激发单线态 内转换、振动驰豫第一激发单线态的最低振动能级发射荧光 基态的各振动能级外转换、振动驰豫基态的最低振动能级,,,,,,荧光与磷光产生示意图,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,发射荧光过程约为 ,返回基态时,可停留在任一振动能级上,因此,可得几个非常靠近的荧光峰谱线。有关概念: ① 振动弛豫:vbrational relexation 物质分子被激发后,其电子可能跃迁到第一电子激发态或更高的电子激发态的几个振动能级上,在溶液中,激发态分子通过与溶剂分子碰撞而将部分振动能量传递给溶剂分子,其电子则返回到同一电子激发态的最低振动能级上,此过程称为~。,,② 内转换:internal conversion当两电子激发态之间能量相差较小以致其振动能级有重叠时,受激分子将多余的能量转变为热能而跃迁至较低电子能级。 ③ 荧光发射:无论分子最初处于哪一个激发单线态,通过内转换及振动弛豫,均可返回至第一激发单线态的最低振动能级上,然后再以辐射形式发射光量子而返回到基态的任一振动能级上,所发射的光量子即称荧光。,,荧光的波长总比激发光的波长要长?④ 外转换:external conversion如果分子在溶液中被激发,激发态分子与溶剂分子及其它溶质分子之间相互碰撞而失去能量,以热能形式放出,此过程称为外转换。通常发生在第一激发单线态或第一激发三线态的最低振动能级向基态转换的过程中,会降低荧光或磷光强度。,,⑤ 体系间跨越:intersystem crossing指处于激发态分子的电子发生自旋反转而使分子的多重性发生变化的过程。如果第一激发单线态的最低振动能级同激发三线态的最高振动能级重叠,那么激发态分子的电子发生自旋反转,分子由激发单线态跨越到激发三线态,荧光强度减弱或熄灭。含有重原子如Br2、I2等的分子,体系间跨越最常见,因为电子的自旋与轨道运动之间的相互作用较大,有利于电子自反转的发生。溶液中存在的氧分子等顺磁性物质也容易发生体系间跨越,从而使荧光减弱。,,⑥ 磷光发射:激发单线态最低振动能级体系间跨越激发三线态高振动能级 振动驰豫 激发三线态最低振动能级(存活) 发射磷光 基态各振动能级振动驰豫、外转换基态最低振动能级与荧光比较:过程比荧光长( )磷光波长较荧光长?,,,,,,综上所述的能量释放方式中:辐射跃迁:荧光、磷光的发射。无辐射跃迁:振动弛豫、内转换、 外转换、体系间跨越。,,三、激发光谱与发射光谱 1激发光谱:excitaton spectrum不同激发波长的辐射引起物质发射某一波长荧光的相对效率。即固定荧光波长,以荧光强度(F)为纵坐标,激发波长(λex)为横坐标作图可得。 2 发射光谱:fluorescence spectrum即荧光光谱,使激发光的波长和强度保持不变,通过发射单色器扫描以检测各种波长下相应的荧光强度,记
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