分子发光分析法思维导图

《分子发光分析法》中荧光分析法中分子的去激发途径有振动弛豫、内转换、体系间窜越、荧光发射、磷光发射等。

分子发光分析法

• 荧光分析法
  • 分子的去激发途径
    • 振动弛豫
    • 内转换
    • 体系间窜越
    • 荧光发射
    • 磷光发射
  • 激发光谱和发射光谱的关系
    • Stokes位移
      • 激发光谱和发射光谱之间的波长差值
        • 发射光谱的波长比激发光谱的长的原因
          • 振动弛豫、内转换等形式消耗了部分能量
    • 发射光谱的形状与激发波长无关
      • 电子跃迁到不同激发态能级，吸收不同波长的能量，产生不同吸收带，但均回到第一激发单重态的最低振动能级再跃迁回基态，产生波长一定的荧光
    • 镜像规则
      • 通常荧光发射光谱与它的吸收光谱（与激发光谱形状一致）成镜像对称关系
  • 分子产生荧光必须具备的条件
    • 具有合适的结构（与激发光频率相适应），才能吸收
    • 具有一定的荧光量子产率
      • • Kf：荧光发射过程的速率常数
          • 取决于化学结构
            • 跃迁类型
              • 荧光效率高
                • 具有更大的摩尔吸光系数
                • 寿命更短，有利于荧光的产生
            • 共轭效应
              • 提高共轭度有利于增加荧光效率并产生红移
            • 刚性平面结构
              • 可降低分子振动，减少与溶剂的相互作用，故具有强的荧光
                • e.g.荧光素和酚酞具有相似结构，荧光素有强荧光，酚酞无
            • 取代基效应
              • 芳环上的供电子基团增强荧光，吸电子基减弱荧光
        • • 各种非辐射跃迁的速率常数的总和
            • 对于高荧光分子如荧光素，其量子产率在某些情况下接近1，非辐射跃迁总和可忽略不计
            • 主要取决于化学环境，同时也与化学结构有关
              • 溶剂
                • 一般溶剂效应
                  • 溶剂的折射率和介电常数对荧光光谱的影响
                    • 普遍存在
                • 特殊溶剂效应
                  • 荧光物质和溶剂间发生特殊的化学作用，如形成氢键和配位键，导致了荧光物质的结构改变，从而影响荧光性质
              • 温度
                • 温度高，外转换去活的几率增加，荧光强度下降
              • pH
                • 对酸碱化合物影响较大（过酸过碱形成离子），需严格控制
              • 内滤光作用和自吸现象
                • 内滤光作用
                  • 溶液中含有能吸收激发光或荧光的物质
                    • 如色胺酸中重铬酸钾
                • 自吸现象
                  • 化合物的荧光发射光谱的短波长端与其吸收光谱的长波长端重叠，产生自吸收
                    • 如蒽化合物
              • 溶液荧光的淬灭
                • 荧光物质分子与溶剂分子或其他溶质分子的相互作用引起荧光强度降低的现象
                  • 淬灭剂
                  • 淬灭类型
                    • 碰撞淬灭（主要）
                      • 处于激发单重态的荧光分子与淬灭剂分子相碰撞，使激发单重态的荧光分子以无辐射跃迁的方式回到基态，产生淬灭作用
                    • 静态淬灭
                      • 生成非荧光的配合物
                        • 往往还会引起溶液吸收光谱的改变
                    • 转入三重态的淬灭
                      • 分子由于系间的跨越跃迁，由单重态跃迁到三重态
                        • 溶液中的溶解氧可对有机化合物的荧光产生淬灭效应
                    • 发生电荷转移反应的淬灭
                    • 荧光物质的自淬灭
                      • 故要极稀溶液
                      • 在浓度高的荧光物质溶液中，单重激发态的分子在发生荧光之前和未激发的荧光物质分子碰撞而引起的自淬灭
                      • 有些荧光物质分子在溶液浓度较高时会形成二聚体或多聚体，使它们的吸收光谱发生变化，也引起溶液荧光强度的降低或消失
  • 荧光光谱仪
    • 光源
      • 氙灯
        • 连续光源
      • 高压汞灯
        • 高强度非连续光源
        • 荧光分析中常用它的365，405，436nm三条谱线
      • 染料激光器（可见紫外区）
    • 单色器
      • 光栅单色器
    • 试样池
      • 四面透光的石英试样池
      • 45°摆放在光源和检测器之间
    • 检测器
      • 光电倍增管
      • 电荷耦合元件检测器
    • 信号输出系统
    • 特殊点
      • 有两个单色器
        • 激发单色器
          • 获得单色性较好的激发光和扫描激发光谱
        • 发射单色器
          • 分出某一波长的荧光和扫描荧光光谱
      • 检测器与激发光方向成直角
      • 经过很多光路路线的目的
        • 让光更纯
  • 应用
    • 无机化合物的分析
    • 生物与有机化合物的分析
      • 一般为芳香族
• 磷光分析法
  • 分析方法
    • 直接测定法
      • 依赖于有机试剂形成的荧光产物
      • 相对测量法
        • 如工作曲线法
    • 间接测定法
      • 被分析物不与有机试剂形成发光配合物
        • 光衍生法
        • 荧光淬灭法
  • 磷光光谱仪
    • 构造
      • 荧光计上配上磷光测量附件即可对磷光进行测量
        • 可在有荧光发射的同时测定磷光
        • 磷光测量附件
          • 磷光镜
            • 转筒式
            • 转盘式
            • 目的：排除散射光和荧光发射对磷光测定的干扰
          • 装液氮的杜瓦瓶
  • 应用
    • 稠环芳烃分析
      • 分析致癌物质
    • 农药、生物碱、植物生长激素的分析
      • 烟碱、降烟碱、新烟碱等
    • 药物分析和临床分析
• 荧光磷光根本区别
  • 荧光
    • 由激发单重态最低振动能层至基态各振动能层间跃迁产生的
  • 磷光
    • 由激发三重态的最低振动能层至基态各振动能层间跃迁产生的
    • 磷光发射波长比荧光长，时间比荧光长
• 化学发光分析法
  • 原理
    • 化学发光和荧光、磷光相比，发射过程一样，只是以化学反应激发
    • 常见化学发光体系
      • 鲁米诺体系
        • 最常用
        • 碱性水溶液中，鲁米诺被H2O2、铁氰化钾等氧化剂氧化为激发态的3-氨基邻苯二甲酸盐，并发出最大发射波长为425nm的蓝色可见光
        • 反应过程相当缓慢，发光强度不大
        • 当存在催化剂时，反应速率大大加快，化学发光强度显著提高
          • 过渡金属离子（Cu,Co,Cr）、纳米金、过氧化物酶、血红蛋白等
      • 过氧化草酸酯体系
        • 实质
          • 过氧化草酸酯被H2O2所氧化，反应能量传递给荧光剂，使得荧光剂被激发，然后激发态的荧光剂释放出光辐射，并回到基态
        • 发光效率高，强度大，寿命长，可通过选用不同的荧光剂，来改变发光波长、发光持续时间和发光强度等性质
        • 荧光棒发光原理
      • 吖啶酯体系
        • 光泽精最具代表性
          • 在碱性介质中自身就有微弱的化学发光
          • 当加入H2O2时，化学发光强度大大增加，最大发光波长为445nm
          • 可测过渡金属
      • 二氧杂环丁烷体系
        • 与其他体系的区别
          • 是分解反应，不是氧化还原反应
        • 碱性磷酸酶可催化分解过程，释放出477nm的化学发光
        • 广泛应用于化学发光免疫分析
  • 化学发光分析仪
    • 无需激发光源、分光系统
    • 是目前最简单、最便宜的光谱分析仪器之一
    • 部件
      • 进样器
        • 流动注射进样系统
          • 蠕动泵
            • 推动化学发光试剂载流在连续稳定地流动
          • 进样阀
          • 管道
            • 可调节长度和流速
              • 获得最大灵敏度
        • 分立取样式
          • 手工进样
            • 重复性差
            • 测量精密度不高
      • 反应池
      • 光电倍增管
        • 用高压电源加高压
      • 信号处理系统和结果输出系统
  • 应用
    • 环境分析
      • 大气污染物的检测
    • 生化分析
      • 刑侦中血迹鉴定
        • 喷上变蓝
    • 药物分析