1、分子光谱分析,分子光谱概述,原子光谱和分子光谱 分子光谱的产生 分子吸收分析-紫外可见分光光度法 分子发光分析,原子能级和分子能级,1s,2s,2p,原子能级,分子能级,分子的电子能级,分子振动,分子转动,原子光谱和分子光谱,原子光谱是线状光谱 分子光谱是带状光谱,238.3nm,237.8nm,分子光谱的产生,分子光谱伴随着分子在不同能级之间的跃迁而产生，由于不同的分子其能级也不同，不同分子的分子光谱也不相同。 在紫外可见光谱区域，分子光谱的产生主要与分子在外层电子能级跃迁有关。 有机化合物的外层电子的能级可分为、n、*、*等几种，跃迁通常发生在、n、*、*轨道间。以、*间的跃迁最强。 无机
2、离子（主要是过渡金属离子）的外层d或f简并轨道在配体场中分裂后的能级之间的跃迁可产生弱的跃迁。 某些无机和有机化合物可发生很强的电荷转移跃迁,电荷转移跃迁,外来辐射照射到某些无机或有机化合物时，可能发生一个电子从体系的一部分转移到另一部分，产生吸收带，即电荷转移跃迁。,有机化合物的分子光谱,跃迁通常发生在、n、*、*轨道间。常见的吸收谱带主要是：n *吸收带（弱）n *吸收带（弱） *吸收带（强）以、*间的跃迁最强。特别是含有共轭双键或离域电子的有机化合物有较强的紫外吸收。 常见的发射谱带主要是 * n吸收带（弱） * 吸收带（强）分子中电子离域程度高，结构刚性，取代基为给电子取代基一般可以提
3、高分子的发射。,结构刚性效应,取代基效应,有机化合物的外层轨道,紫外可见分光光度法,紫外吸收光谱法主要用于有机化合物的定性分析和定量分析（通常是对纯物质的测定，如对样品进行色谱分离之后检测；也可以用多波长法进行两个或三个组分的检测） 紫外可见分光光度计的基本部件与可见分光光度计类似，主要区别是光源（紫外区光源为氘灯）和样品池（紫外区使用石英材料）不同。 根据仪器结构的不同，可将紫外可见分光光度计分为：单光束紫外可见分光光度计，双光束紫外可见分光光度计，双波长紫外可见分光光度计，多通道紫外可见分光光度计。,双光束紫外可见分光光度计,双光束分光光度计可很好地消除由于光源强度变化对吸光度测量的影响，
4、,双波长紫外可见分光光度计,双波长分光光度计中，两个波长的吸光度几乎同时测量，可测定背景很强的混浊样品,多通道紫外可见分光光度计,使用光二极管阵列检测器，包含几百或上千个检测元件同时测量不同波长处的光强，可在0.4s内获得一个全波段范围（200-800nm)的吸收光谱。光谱信噪比优于传统扫描型仪器。 特别是用于动态分析，在线分析，过程分析,有机化合物的定性分析,生色团的分析：紫外吸收光谱相同，不能保证是同一化合物 有机物分子结构研究：推断分子包含的官能团；同分异构体的区分； 纯度检查：用以判断弱吸收物质中的强吸收物质，有高的灵敏度,光度法定量分析,原理：朗伯比尔定律A=bc 试验条件选择：波长
5、，狭缝宽度，吸光度值，显色剂（如果需要的话，要求选择性好，灵敏度高），显色反应条件（溶液pH, 显色剂量，时间，温度，稳定性，掩蔽）,分光光度法的灵敏度,灵敏度值标准曲线的斜率，即A=bc中的系数b，在分光光度法中主要由决定，及待测物质或显色剂的本身特性决定 由于吸光度A不受光源强度的影响，分光光度法的灵敏度与光源强度无关，但光源强度可以影响灵敏度检测的准确性和稳定性。,分子发光分析,分子发光的基本过程 分子发光分析的分类分子荧光分析分子磷光分析简介化学发光简介,分子的去激发过程,单重态和三重态 振动松弛 内转换 荧光发射 外转换 系间跨越 磷光发射,发光过程的能量变化,振动松弛（振动弛豫）,
6、在凝聚相体系中，被激发到激发态(如S1和S2)的分子能通过与溶剂分子的碰撞迅速以热的形式把多余的振动能量传递给周围的分子，而自身返回该电子能级的最低振动能级，这个过程称为振动弛豫 振动弛豫过程的发生极为迅速，大约为10-12s以各振动能级间的小箭头表示振动弛豫,内转换,当S2的较低振动能级与S1的较高振动能级的能量相当或重叠时，分子有可能从S2的振动能级以无辐射方式过渡到S1的能量相等的振动能级上这个过程称为内转换 内转换发生的时间约在10-12s内转换过程同样也发生在激发三重态的电子能级间 由于振动弛豫和内转换过程极为迅速(10-12s)，因此，激发后的分子很快回到电子第一激发单重态S1的最
7、低振动能级所以高于第一激发态的荧光发射十分少见,荧光发射,对大多数分子而言，当分子处于第一激发单重态S1的最低振动能级时，分子返回基态的过程比振动弛豫和内转换过程慢得多分子可能通过发射光子跃迁回 到基态S0的各振动能级上这个过程称为荧光发射。 A3所表示的波长即荧光发射荧光发射过程约为10-8s,外转换,激发态分子与溶剂和其他溶质分子间的相互作用及能量转移等过程称为外转换 外转换过程是荧光或磷光的竞争过程，因此该过程使发光强度减弱或消失，这种现象称为“猝灭”或“熄灭”,系间跨越,系间跃迁是不同多重态之间的一种无辐射跃迁该过程是激发态电子改变其自旋态，分子的多重性发生变化的结果当两种能态的振动能
8、级重叠时，这种跃迁的概率增大 S1-T1跃迁就是系间跨跃的例子，即单重态到三重态的跃迁即较低单重态振动能级与较高的三重态振动能级重叠这种跃迁是“禁阻”的,磷光发射,激发态分子经过系间跨跃到达激发三重态后，并经过迅速的振动弛豫到达第一激发三重态(T1)的最低振动能级上，从T1态分子经发射光子返回基态此过程称为磷光发射。 磷光发射是不同多重态之间的跃迁(即T1-S0)故属于“禁阻”跃迁，因此磷光的寿命比荧光要长得多，约为10-3到10s。所以，将激发光从磷光样品移走后，还常可观察到后发光现象，而荧光发射却观察不到该现象。,单重态和三重态,单重态与三重态的区别在于电子自旋方向不同，激发三重态具有较低
9、能级。在单重激发态中，两个电子平行自旋，单重态分子具有抗磁性，其激发态的平均寿命大约为10-8s，而三重态分子具有顺磁性，其激发态的平均寿命为10-4 1s以上（通常用S和T分别表示单重态和三重态）。,分子荧光分析,荧光量子产率 荧光激发光谱、发射光谱及其特征 荧光光谱仪 荧光光谱法的应用,荧光量子产率,发荧光的分子数与总的激发态分子数之比，或物质吸光后发射荧光的光子数与吸收的激发光的光子数之比。Kf主要取决于分子的化学结构，Ki主要取决于化学环境。,荧光激发光谱,荧光激发光谱简称激发光谱，它是通过固定发射波长，扫描激发波长而获得的荧光强度-激发波长的关系曲线 激发光谱反映了在某一固定的发射波
10、长下，不同激发波长激发的荧光的相对效率激发光谱可以用于荧光物质的鉴别，并作为进行荧光测定时供选择恰当的激发波长,荧光发射光谱,荧光发射光谱又称荧光光谱通过固定激发波长，扫描发射(即荧光测定)波长所获得的荧光强度-发射波长的关系曲线为荧光发射光谱 荧光发射光谱反映了在相同的激发条件下，不同波长处分子的相对发射强度荧光发射光谱可以用于荧光物质的鉴别，并作为荧光测定时选择恰当的测定波长或滤光片,荧光光谱的特征,斯托克斯（stokes）位移分子的荧光发射波长总是比其相应的吸收（激发）光谱的波长长 镜像对称规则某些有机化合物的发射光谱与吸收光谱见存在镜像对称关系。其原因是基态与第一单重激发态的振动能级差
11、别很小。 荧光发射光谱的形状与激发波长无关,吸收和发射光谱的镜像关系,荧光光谱仪,荧光光谱仪由光源，激发单色器，样品池，发射单色器，检测记录系统等几部分组成。 在荧光光谱仪中，为提高检测灵敏度，在与激发光垂直的方向检测荧光。 光源常用氙灯或高压汞灯，使用激光光源可提高检测灵敏度,荧光光谱仪基本部件,荧光分析法的应用,分子荧光光谱法具有高的灵敏度和好的选择性 荧光分析法主要用于定量分析荧光强度与浓度成正比直接分析和间接分析多组分荧光测定基因研究及检测,间接荧光分析,荧光转化与荧光淬灭,荧光分析法的灵敏度和选择性,可通过增强激发光强度提高荧光分析的灵敏度 通常荧光分析法的灵敏度比分光光度法高2-4
12、个数量级 可通过选择合适的激发和发射波长避免共存组分的干扰,荧光强度与浓度成正比,上述关系只适用于低浓度溶液，高浓度时荧光强度与浓度不成线性关系 可通过提高光源强度来提高荧光分析的灵敏度 通常使用标准曲线法进行荧光定量分析,分子磷光分析简介,磷光强度受环境的影响非常明显 分析方法：低温磷光，室温磷光 磷光强度与浓度的关系与荧光强度相同,化学发光分析简介,化学发光是用化学反应所释放的化学能激发体系中的化学物质分子，当受激的分子跃迁回基态时产生的光发射。 化学发光体系通常为氧化还原反应体系，同时要求反应历程有利，激发态分子发光效率高 化学发光强度与被测物浓度呈线性关系：I=KC 化学发光分析仪结构很简单。通常采用连续流动分析仪器 化学发光分析具有高选择性，高灵敏度和方法简便的特点,化学发光分析仪,补充作业,与紫外可见分光光度法相比，分子荧光的主要优点是灵敏度较高，为什么分子荧光法有更高的灵敏度。 举例说明分子结构如何影响化合物的荧光发射效率。,
