资源描述
,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,九 分子发光荧光、磷光和化学发光,基于,价电子,的跃迁,9.1,荧光和磷光光谱法,S,2,S,1,S,0,T,1,吸,收,发,射,荧,光,发,射,磷,光,系间跨越,内转换,振动弛豫,能,量,l,2,l,1,l,3,外转换,l,2,T,2,内转换,振动弛豫,1,荧光和磷光的产生,辐射跃迁,荧光：,10,-7,10,-9,s,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；,非辐射跃迁,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。,内转换：,同多重度电子能级中,等能级间的无辐射能级交换。,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,。,2,荧光与分子结构的关系,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,(,猝灭,),速度快，不出现荧光发射,化合物结构与荧光的关系,（,1,）,跃迁类型,：,*的荧光效率高，系间跨越过程的速率常数小,（,2,）,共轭效应,：提高共轭度有利于增加荧光效率并产生红移,（,3,）,刚性平面结构,：可降低分子振动，减少与溶剂的相互作用，故具有很强的荧光。如荧光素和酚酞有相似结构，荧光素有很强的荧光，酚酞却没有。,（,4,）,取代基效应,：芳环上有供电基，使荧光增强。,有机化合物,鳌合物中配体发光,：,鳌合后使配体具有,刚性平面结构,鳌合物中金属离子发光,：配体接受能量后传递给金属，产生,d,d,*,f,f,*,跃迁，发射荧光,无机化合物金属鳌合物,3,影响荧光强度的因素,1),溶剂的影响,除一般溶剂效应外，溶剂的极性、氢键、配位键的形成都将使化合物的荧光发生变化,2),温度的影响,荧光强度对温度变化敏感，温度增加，外转换去活的几率增加,3),溶液,pH,对酸碱化合物，溶液,pH,的影响较大，需要严格控制,4),荧光的猝灭,碰撞猝灭：,M,*,Q M,Q,热（猝灭）,能量转移,M,*,Q M,Q,*,（猝灭）,氧的熄灭,自猝灭与自吸收,4.,荧光强度与浓度关系定量依据,荧光强度,I,f,正比于,吸收的光,强,I,a,和荧光量子效率,：,I,f,=,I,a,由朗,-,比耳定律：,I,a,=,I,0,(1-10,-,l c,),I,f,=,I,0,(1-10,-,l c,)=,I,0,(1-e,-2.3,l c,),浓度很低时，将括号项近似处理后：,I,f,=2.303,I,0,l c,=,Kc,5.,激发光谱与荧光（磷光）光谱,6.,荧光（磷光）光谱仪,由四个部分组成：光源、样品池、双单色器系统、检测器。,特殊点：有,两个单色器，光源与检测器通常成直角。,光源,：,高压汞灯、氙灯或染料激光器,检测器,：,光电倍增管灯,7.,荧光光谱法的特点,（,1,）灵敏度高,（,2,）选择性强,既可依据特征发射光谱，又可根据特征吸收光谱；,（,3,）试样量少,9.2,化学发光,1,基本原理,化学发光反应,在化学反应过程中，某些化合物接受能量而被激发，从激发态返回基态时，发射出一定波长的光。,A +B =C +D*,D*D+,h,（,1,）,能够发光的化合物大多为有机化合物，芳香族化合物,（,2,）化学发光反应多为氧化还原反应，激发能与反应能相当,（,3,）,发光持续时间较长，反应持续进行,化学发光效率,化学效率：,发光效率：,时刻,t,的化学发光强度,(,单位时间发射的光量子数,),：,d,c,/,d,t,分析物参加反应的速率；,=,K,c ,定量分析依据,2,化学发光反应的类型,（,1,）气相化学发光反应,O,3,的发光反应,一氧化氮与,O,3,的发光反应,NO +O,3,NO,2,*,NO,2,*NO,2,+,h,氧原子与,SO,2,、,NO,、,CO,的发光反应,SO,2,+O+O SO,2,*+O,2,SO,2,*SO,2,*+,h,火焰中的化学发光反应,一氧化氮,NO +H HNO*,H,NO,*HNO +,h,挥发性硫化物,SO,2,+2H,2,S+2H,2,O,S+S S,2,*,S,2,*S,2,+,h,（,2,）液相中的化学发光反应,常用发光试剂：,鲁米诺,（,3-,氨基苯二甲酰肼），光泽精，过氧草酸盐,鲁米诺在碱性溶液中与双氧水的,反应过程：,该发光反应速度慢，某些金属离子可催化反应；利用这一现象可测定这些金属离子，也可用于有,H,2,O,2,参与的化学反应,3,化学发光的特点,1.,灵敏度极高,例：荧光素酶和磷酸三腺甙,(ATP),的化学发光分析，可测定,2,10,-17,m,ol/L的ATP，即可检测出一个细菌中的ATP含量,2,.,仪器设备简单,不需要光源、单色器和背景校正；,3.,发射光强度测量无干扰,无背景光、散射光等干扰；,4.,线性范围宽,5.,分析速度快,缺点：,可供发光用的试剂少；发光反应效率低（大大低于生物体中的发光）；机理研究少。,十 红外吸收光谱法,分子中基团的,振动和转动,能级跃迁产生：,振,-,转光谱,利用物质对红外光区电磁辐射的选择性吸收的特性来进行结构分析、定性和定量的分析方法,10.1,基本原理,1,红外光的区划,近红外区：,0.762.5m,低能电子跃迁，,OH,和,NH,倍频吸收区,中红外区：,2.525m,振动、伴随转动光谱,远红外区：,251000m,纯转动光谱,2,分子的振动,双原子分子的简谐振动,分子的振动能级（量子化）：,E,振,=,（,V+,1/2,）,h,V,：,化学键的振动频率,：,振动量子数,振动的类型,伸缩振动,无键角变化,变形振动,有键角变化,振动的自由度,指分子独立的振动数目，或基本的振动数目,振动自由度,3N,（转动自由度平动自由度,）,线性分子：,F,3N-5,非线性分子：,F,3N-6,吸收峰数少于振动自由度的原因：,发生了简并,即振动频率相同的峰重叠,红外非活性振动,分子吸收红外辐射的频率恰等于分子振动频率整数倍,分子在振、转过程中的,净偶极矩的变化不为,0,，,即分子产生红外活性振动,3,红外光谱产生条件：,10.2,红外光谱,官能团区：,4000,1300cm,-1,指纹区,1300,600cm,-1,与一定结构单元相联系的,基团特征频率（特征吸收峰）,C-O,C-F,等单键伸缩振动，及变形振动，复杂,内部因素,诱导效应,：,电子分布变化，,吸电子基团使吸收峰向高波数方向移动,中介效应：,孤对电子与,电子重叠，电子云平均化，,低波数方向移动,共轭效应：,电子云平均化，,低波数方向移动,氢键：,分子间氢键，分子内氢键，,使伸缩振动频率向低波数方向移动,振动偶合：,外部因素：,溶剂效应，物质状态等,影响基团频率变化的因素,化学键的振动频率不仅与其性质有关，还受分子的内部结构和外部因素影响。相同基团的特征吸收并不总在一个固定频率上。,10.3,红外光谱仪,Nicolet,公司的,AVATAR 360 FT-IR,色散型,干涉型（,FTIR,）,光源样品架单色器检测及读出装置,光源 干涉仪样品架检测及读出装置,光源,能斯特灯,：氧化锆、氧化钇和氧化钍烧结制成的中空或实心圆棒,硅碳棒,：,检测器,热检测器,：真空热电偶，辐射热测量计，热电检测器,光导电监测器：,碲镉汞,(,MCT),检测器,制样方法,1,）气体,气体池,2,）液体：,液膜法,难挥发液体（,BP80,C,）,溶液法,液体池,溶剂：,CCl,4,，,CS,2,常用。,3),固体,:,研糊法（液体石腊法）,KBr,压片法,薄膜法,10.4,红外光谱的应用,有机物结构确定,IR,光谱解析,不饱和度,=,1+,n,4,+,（,n,3,n,1,）,/2,n,4,，,n,3,，,n,1,分别为分子中四价，三价，一价元素数目。,十二 核磁共振波谱法,自旋核的跃迁,12.1,基本原理,1,原子核的自旋,自旋,核磁矩,自旋角动量：,核磁子,=,eh,/,2M c,；,自旋量子数（,I,）,不为零的核都具有磁矩，,核 磁 矩：,E=-m,B,0,/I,E,-1/2,=,B,0,E,1/2,=-,B,0,2,核磁共振与,驰豫过程,E=,B,0,/I=,h,v,核磁共振：,在外磁场中，原子核能级产生裂分，吸收能量，由低能级向高能级跃迁,驰豫：,高能态的核以非辐射的方式回到低能态,自旋晶格驰豫,:,与其他磁性核进行能量传递,自旋自旋驰豫：等价核间的能量交换,12.2 NMR,仪,1,.,磁铁,2,.,探头（样品管）,3.,射频振荡器,4.,频率和磁场扫描单元,5.,检测和读出单元,12.3,化学位移与核磁共振谱,化学位移：,在有机化合物中，各种氢核周围的电子云密度不同（结构中不同位置），共振频率有差异，即引起共振吸收峰的位移。,1,化学位移产生的原因：,电子屏蔽效应,使氢核实际受到的外磁场作用减小,B=B,0,-B,（,1-,）,B,0,：,屏蔽常数,B,B,0,2,化学位移的表示方法,=,（,样,-,TMS,)/,TMS,10,6,相对标准：四甲基硅烷,Si(CH,3,),4,（,TMS,）（,内标）,位移常数,TMS,=0,为什么用,TMS,作为基准,?,a.12,个氢处于完全相同的化学环境，只产生一个尖峰；,b.,屏蔽强烈，位移最大。与有机化合物中的质子峰不重迭；,c.,化学惰性；易溶于有机溶剂；沸点低，易回收。,3,影响化学位移的因素,诱导效应,吸电子作用使价电子偏离质子，屏蔽作用减弱，往低场移动,共轭效应,电子云密度变化，影响屏蔽效应,磁各向异性,电子产生诱导磁场，质子位于与外磁场方向一致的磁力线上，去屏蔽，反之屏蔽增加,氢键,去屏蔽，,往低场移动,12.4,自旋偶合与自旋裂分,自旋偶合：,相邻核之间的相互干扰作用,自旋裂分：,出现,多重峰,偶合常数,(J),：,多重峰的峰间距,衡量偶合作用的大小,裂分峰数与强度比,峰裂分数：,n,+1,规律；,n:,相邻碳原子上的质子数；,强度比：,符合二项式的展开式系数；,化学等价与磁等价,化学等价：,若分子中两个相同原子（或两个相同基团）处于相同的化学环境，其化学位移相同，它们是化学等价的,磁等价：,分子中相同种类的核（或相同基团），不仅化学位移相同，而且还 以相同的偶合常数与分子中其它的核相偶合,化学等价,磁等价,化学等价,磁不等价,
展开阅读全文