项目６　荧光分析基本技能（课件）-《化学分析技术》同步教学（北京理工大学出版社）

项目６　荧光分析基本技能 任务１荧光分析仪器的使用及操作 任务２荧光分析法测定水泥中的铁、钙等 返回 1 任务１荧光分析仪器的使用及操作 1. 2相关支撑知识 1. 2. 1荧光分析法简介 荧光分析法属于发射光谱分析，下面介绍了荧光分析法的基本原理、定量分析方法及仪器与技术。 一、荧光分析法概述 吸收某种波长的光后发射出比原来吸收波长更长的光的现象称为光致发光，最常见的光致发光现象是荧光和磷光。 根据物质的分子荧光光谱进行定性分析，以荧光强度进行定量分析，这就是通常讲的荧光分析法。 上一页 下一页 返回 任务１荧光分析仪器的使用及操作 荧光根据分析对象分为原子荧光和分子荧光;根据激发光的波长范围又可分为紫外—可见荧光、红外荧光和X射线荧光。 荧光分析法与UV-vis的主要区别在于:紫外—可见分析是利用紫外光照射物质后产生吸收，测其吸光度;而荧光是在透射光的垂直方向测发射荧光的强度，以免透射光干扰。简单地说，二者的区别主要在于光路不同。 上一页 下一页 返回 任务１荧光分析仪器的使用及操作 二、基本原理 1.分子荧光的产生 通常在室温下，分子处于电子能级的基态，电子成对地填充在能量最低的各个轨道上[如图6-1 (a)所示]，根据Pauli不相容原理，这两个电子的自旋方向相反，自旋量子数分别为1/2和-1/2，总自旋量子数S=0，即基态没有净自旋，这样的分子放在磁场中就不会发生能级的分裂，这样的电子能级称为单重态(S)，其多重性M=2s+1=1。 基态分子的成对电子吸收光能后，可被激发到高能级:若电子跃迁后，电子的自旋仍处于配对状态，自旋方向相反(s=0)，这种情况称为激发单重态[如图6-1 (b)所示]; 上一页 下一页 返回 任务１荧光分析仪器的使用及操作 若电子跃迁后，发生自旋反转，自旋方向平行，总自旋量子s=1时，多重性M=2s+1 =3,如这样的电子能级称为三重态(T)，这种情况称为激发三重态[图6-1 ( c)所示]。因为在两个未占满的电子轨道中，电子自旋不受Pauli不相容原理的限制，自旋方向可以相同。激发三重态的能量略低于相应激发单重态。 2.荧光的产生 处于激发态的分子返回基态的几种途径:如图6 -2所示中，S0表示分子的基态; 表示第一电子激发单重态; 表示第二电子激发单重态; 表示第一电子激发三重态。 (1)振动弛豫。 上一页 下一页 返回 任务１荧光分析仪器的使用及操作 激发态的分子在很短时间内通过与溶剂分子间的碰撞，将过剩的振动能量以非辐射的形式传递给溶剂分子，释放振动能量后，从较高的振动能级下降至同一电子激发态的最低振动能级上，这一过程叫振动弛豫[如图6 -2 ( b)所示〕，属于无辐射跃迁。 (2)内部能量转换。如果受激分子以无辐射跃迁方式从较高电子能级的较低振动能级转移至较低电子能级的较高振动能级上，这个过程叫内部能量转换，简称内转换。内转换在激发态与基态之间不易发生，而在两电子激发态能级非常靠近以至其振动能级有重叠，能量相差较小时容易发生。 (3)荧光发射。 上一页 下一页 返回 任务１荧光分析仪器的使用及操作 当激发分子通过振动弛豫达到第一电子激发单重态的最低振动能级后，再以辐射形式发射光量子而返回至基态的各个振动能级时，所发射的光量子即为荧光。 (4)外部能量转换。如果溶液中激发分子通过碰撞将能量转移给溶剂分子或其他溶质分子(常以热能的形式放出)，而直接回到基态的过程叫做外部能量转换，简称外转换。 (5)体系间跨越。 上一页 下一页 返回 任务１荧光分析仪器的使用及操作 处于激发单重态较低，振动能级的分子有可能发生电子自旋反转而使分子的多重性发生变化，经过一个无辐射跃迁转移至激发三重态的较高振动能级上，这一过程称为体系间跨越。分子中有重原子，由于自旋一轨道的强藕合作用，电子自旋可以逆转方向，发生体系间跨越从而使荧光减弱。 (6)磷光的产生。受激分子经激发单重态到三重态体系间跨越后，很快发生振动弛豫，到达激发三重态的最低振动能级，分子在三重态的寿命较长，所以可延迟一段时间，然后以辐射跃迁返回基态的各个振动能级，这个过程所发射的光即为磷光。 上一页 下一页 返回 任务１荧光分析仪器的使用及操作 3.激发光谱与荧光光谱 激发光谱与荧光光谱是荧光物质分子的两个特征光谱。由光源发出的紫外光，通过激发分光系统分光后照射到样品，样品受激发射荧光，在垂直方向检测荧光信号，以免透射光的干扰。这部分荧光再通过发射分光系统后进入检测器。 激发光谱就是将激发荧光的光源用激发分光系统I分光，测定每一激发波长所发射的荧光强度，然后用 作图。 上一页 下一页 返回 任务１荧光分析仪器的使用及操作 使激发光的波长和强度不变，而让物质所产生的荧光通过发射分光系