分子发光分析法

第8章 分子发光分析法 (molecular luminescence analysis)

8.1 概论8.1.1 分子发光的类型 辐射跃迁(分子发光)和非辐射跃迁 荧光 光致发光(光能激发) 磷光 分子发光 化学发光(化学能激发) 生物发光(生物体内的化学 反应能激发)

8.1.2 分子发光分析法特点(1) 灵敏度高(比UV-Vis高2-3个数量级) (2) 选择性高 (3) 试样量小，操作简便，线性范围宽

8.2 分子荧光与磷光光谱分析法Molecular fluorescence spectrometry,MFS Molecular phosphorescence spectrometry,MPS 8.2.1 基本原理 8.2.1.1 荧光和磷光产生机理

1. 荧光和磷光的产生 某一波长的光线照射试样，使试样吸收这一辐 射，然后再发射出波长相同或波长较长的光线， 若这种发射在10-9s内发生，则为荧光，若发射 在10-6s或更长的时间后发生，则为磷光。

单重态(单线态S):全部电子自旋配对； 三重态(三线态T):电子自旋不配对(经常 为激发三重态)。

几种非辐射弛豫方式： 振动弛豫(vibrational relaxation,VR) 内转换(内转移，internal conversion,ic) 系间窜越(intersystem crossing,isc):禁阻 跃迁。

图8-1 分子内的激发和衰变过程

S2激发态电子 S1最低振动能级

振动弛豫

S2最低振动能级

内转移 振动弛豫

荧光：10-8~10-10s,第一激发单重态的最低振 动能级 → 基态，通常比分子吸收的能 量小，波长更长； 磷光：10-2~10-6s,第一激发三重态的最低振 动能级 → 基态，发光速度很慢，光照 停止后可持续一段时间；

2. 荧光、磷光的寿命和量子产率(1) 荧光寿命 τf:荧光分子处于 S1激发态的 平均寿命。1 f kf K

kf:荧光发射速率常数； ΣK:各种非辐射衰变速率常数总和。磷光寿命τp与此类似。

荧光寿命的测定： 荧光强度的衰变公式：ln I 0 ln I t t

I0:t=0时刻的荧光强度； It : t时刻的荧光强度。

(2) 荧光量子产率Φf :

f

kf K

kf

若ΣK<<kf, Φf接近于1,荧光强度越大。 即荧光强度取决于荧光发射与非辐射跃迁过 程的竞争结果。

磷光量子产率Φp :

p ST

Kp K j

Kp

Kp:磷光发射速率常数； ΦST : 系间窜越量子产率； ΣKj:非辐射跃迁速率常数的总和。

荧光量子产率Φ的测定：FU AS U S FS AU

ΦS:参比物质的荧光量子产率； FU:待测物质积分荧光强度； FS:参比物质积分荧光强度； AU:待测物质吸光度； AS:参比物质吸光度。

8.2.1.2 荧光、磷光与分子结构的关系荧光主要涉及n→π*和π→π*的跃迁。 强荧光物质的分子特征： 1. 具有大的共轭双键(π键)体系，提高共轭度 有利于增加荧光效率并产生红移；

2. 具有刚性的平面构型；

3. 环上的取

代基是给电子取代基团(吸电子基 及 Cl 、 Br 、 I 等重原子取代基将导致荧光减 弱);4. 最低的电子激发单重态为(π,π*)型(不含N、 O、S等杂原子的芳香化合物),系间跨越过 程的速率常数小，有利于荧光的产生；相反 则有利于磷光的产生。