第三章 分子荧光 光谱法
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分子荧光光谱法分子荧光光谱法是一种非常有用的分析技术,它可用于测定溶液中分子结构、组成、组分和吸收特性,以及提供关于反应机理的许多信息。
它被广泛应用于化学研究、生物研究、环境研究和制药技术等多个领域。
荧光光谱反应的本质是,一些物质能够从激发态吸收来自外部光源的一定能量,并从激发态到低能量的稳定态跃迁,从而释放出某种光,而这些释放出来的光就是荧光光谱。
基本原理在分子荧光光谱中,激发态是将能量投射到分子上,使其进入一种不稳定的、能量较高的激发态,然后分子会自动以一定的速率从这种高能态向低能态跃迁,跃迁过程中会释放出一定能量的荧光光谱。
具体而言,当激发态的分子能量超过一定的最低能量时,它将进入具有较低能量的稳定态,从而释放出光子。
通常说,这些释放出的光子的频率与激发态的能量有关。
应用分子荧光光谱法可以用于识别、测定和分离不同物质,它可以用于研究有机物、无机物、金属离子和药物,也可用于检测有毒物质。
分子荧光光谱法还可以用于研究分子间相互作用、分子构型变化和反应机理等问题,可以用来研究复杂有机化合物中的加合反应,也可以用来研究金属离子与有机物之间的相互作用。
优缺点分子荧光光谱法具有灵敏度高、分析结果准确、操作简单、检测范围广等优点,可用于大量的物质的有效分析。
此外,它还具有自动控制设备、能测出大量小浓度物质等优点。
然而,分子荧光光谱法也有一些缺点,比如它只能测量没有涂料、沉淀物和色素的物质,而且只有在激发态跃迁释放出荧光时,它才能完成光谱测量。
结论分子荧光光谱法是一种广泛应用的分析技术,它具有敏锐的测量特性,可以快速、准确地测量多种物质,因此被广泛应用于诸多研究领域。
不仅如此,它的测量过程还简单易行,使它可以成为一个非常有用的分析工具。
分子荧光光谱法又称分子发光光谱法或荧光分光光度法,即通常所谓的荧光分析法。
该法是一种利用某一波长的光线照射试样,使试样吸收这一辐射,然后在发射出波长相同或波长较长的光线的化学分析方法。
如果这种再发射约在s内发生,则称为荧光;若能在s或更长的时间后发生,则称磷光。
分子荧光光谱法就是利用这种再发射的荧光的特性和强度来对荧光物质进行定性和定量分析的。
荧光分析法的突出优点是灵敏度高,其测定下限比一般分光光度法低二至四数量级。
选择性也比分光光度法好,但其应用不如分光光度广泛,因为只有有限数量的化合物才能产生荧光。
一、基本原理(一)荧光光谱的产生荧光物质分子吸收了特定频率辐射后,由基态跃迁至第一电子激发态(或更高激发态)的任一振动能级,在溶液中这种激发态分子与溶剂分子发生碰撞,以热的形式损失部分能量后,而回到第一电子激发态的最低振动能级(无辐射跃迁)。
然后再以辐射形式去活化跃迁到电子基态的任一振动能级,便产生荧光。
由于无辐射跃迁的几率大,因此分子荧光波长常常比激发光长。
激发光源的波长通常是在紫外区,荧光也可能在紫外区,但更多是在可见区。
相对于基态和激发态两个最低振动能级之间的跃迁所产生的荧光称为共振荧光,此时吸收光谱与荧光光谱重叠。
(1)荧光光谱的形状和激发光波长无关,这是因为荧光的产生是由第一电子激发态的最低振动能级开始的而和荧光物质分子原来被激发至哪一个能级无关;(2)荧光光谱的形状和吸收光谱的形状十分相似,且互为镜像。
因为吸收光谱反映的是第一电子激发态的能级分布情况;而荧光光谱反映的是基态能级的分布情况,而基态中能级的分布和第一电子激发态中的能级分布是相类似的,所以荧光光谱的形状与吸收光谱十分相似。
又因为在相当于由基态中最低振动能能及跃迁到第一电子激发态各振动能级而显示的荧光峰中,基态的振动能级越高,则两个能级的差距越小,即荧光波长越长。
所以前后两者不但形状相似而且互为镜像。
(二)荧光强度与溶液浓度的关系荧光的产生是由于物质在吸收了激发光部分能量后发射的波长相同或波长较长的光,因此,溶液的荧光强度F与该溶液吸光的强度以及荧光物质的荧光效率成正比:F=(5-16),又根据朗伯比耳定律:则式中是激发光强度;是摩尔吸光系数;L是样品池厚度;c是样品浓度。
分子荧光光谱法实验报告实验目的1.掌握分子荧光光谱法的基本原理及实验方法;2.学会使用分子荧光光谱法测定荧光物质的荧光光谱特性;3.理解荧光强度与浓度、溶剂极性等因素的关系。
实验原理分子荧光光谱法是一种常见的光谱分析方法,它通过激发荧光物质产生荧光,再测量荧光的强度与波长,利用荧光光谱图判断荧光分子的特性与类型。
分子荧光光谱法的原理是:在分子受到激发光的能量刺激后,分子内部的电子从基态跃迁到激发态,并在激发态停留一段时间,最终回到基态时会发射出荧光光子。
荧光强度与溶液中荧光物质的浓度成正比关系,与溶剂极性、抗坐标和温度等因素有关。
实验步骤1.使用量筒测量所需溶液A的体积,加入荧光物质,并用石英量筒加入一定体积的乙腈稀释,制成荧光物质的溶液,并用紫外灯照射激发。
2.开启荧光测量仪器,调整光谱扫描参数和荧光强度测量参数,使荧光物质的荧光光谱特性能够充分体现,同时保证荧光强度不过大或过小,影响实验结果。
3.使用荧光测量仪器进行光谱扫描和荧光强度测量,获得荧光光谱图,并使用荧光稳定性方法对荧光测量仪器进行校正。
4.将荧光光谱图与标准曲线进行比对,测量出荧光物质的浓度,并计算荧光量子产率等参数。
5.通过改变溶剂极性、浓度等因素,探讨这些因素对荧光强度与荧光光谱特性的影响。
实验结果以苯并咪唑(BMD)为荧光物质,在乙腈溶液中测定荧光光谱如下:根据测定值,在BMD浓度和荧光量子产率之间绘制标准曲线如下:通过该曲线可以获得不同浓度下的BMD的荧光量子产率,进而找到最优稀释倍数。
荧光强度与溶剂极性的影响实验结果如下:对于苯并咪唑(BMD)、苯基苯酚(PNP)和芘的荧光强度测定,分别在乙腈、乙醇和水三种溶剂中进行,最终得到的结果如下:荧光物质/溶剂乙腈乙醇水BMD 6.308 3.822 2.511PNP 3.566 1.045 0.766芘 3.842 1.764 0.311由表可知,荧光强度随着溶剂极性的升高而降低。