【文章內容簡介】 設有絡合反應 mM + nY = MmYn，固定一個組分 (如 M)的濃度不變，改變另一組分 (如 Y)的濃度，求得一系列 [Y]/[M]比，在絡合物 MmYn的最大吸收波長處測定吸光度的變化。則開始時，隨[Y]/[M]的增加，溶液吸光度線性增加，到達絡合物的組成比后，繼續(xù)增加 [Y]/[M]，會有三種不同情況： 1) 吸光度達到飽和，不再增加。說明試劑 Y無吸收，吸光度的增加只是絡合物的單獨貢獻。如 Fe(III)鈦鐵試劑絡合物。 2) 吸光度出現(xiàn)一轉折點后繼續(xù)增加。說明試劑 Y在絡合物的 λmax處稍有吸收。如 ZnPAN絡合物。 PAN： 1(2吡啶基偶氮 )2萘酚。 3) 吸光度出現(xiàn)一轉折點后呈直線下降。說明分步生成了摩爾吸光系數(shù)小于絡合物 e的高次絡合物。如 Bi二甲酚橙絡合物。 曲線轉折點對應的摩爾濃度比 [Y]/[M] = n:m，即為該絡合物的組成比。 有機物定量分析： 三、 絡合物的絡合比測定 連續(xù)變換法或 Job法 保持金屬離子 M和絡合劑 Y的總摩爾數(shù)不變，連續(xù)改變兩組分的比例，并逐一測定體系的吸光度 A。以 A對摩爾分數(shù) fY= [Y]/([M]+[Y])或 fM=[M]/([M]+[Y])作圖，曲線拐點即為絡合物的組成比。但此法對n/m 4的體系不適用。 AfJ o b 法 測 定 絡 合 物 組 成n / m紫外可見分光光度計 ? 類型和組成 一、基本組成 光源 單色器 樣品室 檢測器 顯示 1. 光源 對光源的要求： 在整個紫外光區(qū)或可見光譜區(qū)可以發(fā)射連續(xù)光譜，具有足夠的輻射強度、較好的穩(wěn)定性、較長的使用壽命。 可見光區(qū)：鎢燈作為光源，其輻射波長范圍在 320～ 2500nm。 紫外區(qū)：氫、氘燈。發(fā)射 185～ 400 nm的連續(xù)光譜。 103 Pa低壓氫氣或氘，低壓氘燈 400V直流電壓啟動，維持電壓 40V。強度比氫等大 35倍，壽命長。高壓氫燈20226000V交流電壓。 作用： 將光源發(fā)射的復合光分解成單色光并可從中選出一任波長單色光的光學系統(tǒng)。 組成： ①入射狹縫：光源的光由此進入單色器； ②準光裝置：透鏡或反射鏡使入射光成為平行光束 ③色散元件：將復合光分解成單色光；棱鏡或光柵 ④聚焦裝置：透鏡或凹面反射鏡，將分光后所得單色光聚焦至出射狹縫； ⑤出射狹縫 。 單色器的作用 ? 入射狹縫用于限制雜散光進入單色器，準直鏡將入射光束變?yōu)槠叫泄馐筮M入色散元件 (反射光柵或棱鏡 )。后者將復合光分解成單色光，然后通過物鏡將出自色散元件的平行光聚焦于出口狹縫。出射狹縫用于限制通帶寬度。 樣品室放置各種類型的吸收池 (比色皿 )和相應的池架附件。吸收池主要有石英池和玻璃池兩種。在紫外區(qū)須采用石英池，可見區(qū)一般用玻璃池。 利用光電效應將透過吸收池的光信號變成可測的電信號，常用的有光電池、光電管或光電倍增管。 檢測器的種類和作用 ? 簡易分光光度計上使用光電池或光電管作為檢測器。目前最常見的檢測器是光電倍增管，有的用二極管陣列作為檢測器。 ? 光電倍增管的特點是在紫外 可見區(qū)的靈敏度高，響應快。但強光照射會引起不可逆損害，因此高能量檢測不宜，需避光。 ? 一般單色器都有出口狹縫。經光柵分光后的光是一組以角度分布的 λ1,λ2等的光線通過旋轉光柵角度使某一波長的光經物鏡聚焦到出口狹縫。二極管陣列檢測器不使用出口狹縫 , 在其位置上放一系列二極管的線形陣列 ,則分光后不同波長的單色光同時被檢測。二極管陣列檢測器的特點是響應速度快。但靈敏度不如光電倍增管，因后者具有很高的放大倍數(shù)。 檢流計提供信號、打印機打出 計算機進行儀器控制、數(shù)據(jù)采集和結果處理 打印輸出或數(shù)據(jù)保存 5. 結果顯示記錄系統(tǒng) 分光光度計的類型 紫外 可見分光光度計，按其光學系統(tǒng)可分為 單波長與雙波長分光光度計 單光束與雙光束分光光度計。 單光束儀器和雙光束儀器的區(qū)別 ? 單光束儀器中，分光后的單色光直接透過吸收池，交互測定待測池和參比池。這種儀器結構簡單，適用于測定特定波長的吸收，進行定量。 ? 雙光束儀器中，從光源發(fā)出的光經分光后再經扇形旋轉鏡分成兩束，交替通過參比池和樣品池，測得的是透過樣品溶液和參比溶液的光信號強度之比。雙光束儀器克服了單光束儀器由于光源不穩(wěn)引起的誤差，并且可以方便地對全波段進行掃描。 雙光束紫外分光光度計光路圖 分子熒光、磷光和化學發(fā)光 ? 熒光、磷光和化學發(fā)光分析統(tǒng)稱為發(fā)光分析 (luminescence)。熒光和磷光是分子吸光成為激發(fā)態(tài)分子，在返回基態(tài)時的發(fā)光現(xiàn)象，又稱光致發(fā)光分析 (photoluminescence)。 ? 發(fā)光分析具有如下特點： ? 靈敏度高。檢測限比吸收光譜法低 13個數(shù)量級。通常在ppb級。 ? 發(fā)光參數(shù)多，可進行動力學分析。而吸收光譜法只能研究基態(tài)分子的反應。 ? 分析線性范圍比吸收光譜法寬許多。 ? 選擇性比吸收光譜法好。能產生紫外 可見吸收的分子不一定發(fā)射熒光或磷光。 ? 由于能進行發(fā)光分析的體系有限，故應用范圍不及吸收光譜法廣。但采用探針技術可大大拓寬發(fā)光分析的應用范圍。 熒光 ,磷光和化學發(fā)光 ? 化學發(fā)光只是眾多發(fā)光類型的一種，發(fā)光還包括電致發(fā)光 ,生物發(fā)光，光致發(fā)光，摩擦發(fā)光等等 , 發(fā)光機理各不相同，但都是其它形式的能量轉化為光能，化學發(fā)光提供化學反應所產生的能量。 ? 熒光、磷光都隸屬于光致發(fā)光。 ? 熒光是由 第一激發(fā)單線態(tài) (兩個電子自旋方向相反 )至基態(tài)的輻射躍遷。 ? 磷光是指電子從 第一激發(fā)三線態(tài) (兩個電子自旋方向相同 )到基態(tài)釋放的輻射躍遷 ,相對而言 ,熒光用得較多 . Jablonski 能級圖 分子熒光的發(fā)生過程 三線態(tài)和單線態(tài) ? 激發(fā)態(tài)的多重態(tài)是在強度適當?shù)拇艌鲇绊懴禄衔锏脑游蘸桶l(fā)射光譜中的 譜線的數(shù)目 。 ? 激發(fā)態(tài)呈現(xiàn) (2s+1)條譜線。 s是體系內電子自旋量子數(shù)的代數(shù)和。自旋量子數(shù)可以是 +1/2或 1/2。根據(jù)Pauli不相容原理，兩個電子在同一個軌道里，必須是自旋配對的，也就是一個電子的自旋量子數(shù)是+1/2(用表示 )，另一個是 1/2(用表示 )。在分子軌道里所有電子都是配對的時候，則自旋量子數(shù)的代數(shù)和等于零。多重態(tài) (2s+1)等于 1，分子是在 單線態(tài) ，用符號 S(singlet)表示之。 ? 另外一種情況，分子軌道里有的電子不是配對，則自旋量子數(shù)的代數(shù)和等于 1，多重態(tài) (2s+1)等于 3，體系是在 三線態(tài) ，用符號 T(triplet)表示之。 ? 如果把在基態(tài)是單線態(tài)的分子的一個電子激發(fā)到能級比較高的軌道上去，并且被激發(fā)的電子仍然保持其自旋方向不變，這時 s之和仍然等于零，體系處于單線激發(fā)態(tài)。如果被激發(fā)的電子在激發(fā)后自旋方向發(fā)生了改變，則自旋量子數(shù)之和 s等于 1，表現(xiàn)狀態(tài)的多重態(tài) 2s+1=3，體系在三線激發(fā)態(tài)。 ? 由于吸收同時自旋轉變是禁阻的，因而，電子激發(fā)首先形成單線態(tài)。但是，在吸收之后，單線激發(fā)態(tài)可以通過兩個電子中之一的自旋反轉變成三線態(tài)。 圖 : 單 線 基 態(tài) （ A ） 、 單 線 激 發(fā) 態(tài) （ B ） 和 三 線 激 發(fā) 態(tài) （ C ）A B CE n e r g yπ π ππππ***基態(tài)、單線激發(fā)態(tài)和三線激發(fā)態(tài) ? 分子在基態(tài)時電子能量最低，單線態(tài)基態(tài)用 S0表示。把一個電子從基態(tài)的最高占有分子軌道 (HOMO)激發(fā)到最低空軌道 (LUMO)吸收最少的能量，形成的激發(fā)態(tài)時第一激發(fā)態(tài)。單線第一激發(fā)態(tài)和三線第一激發(fā)態(tài)分別用 S1和 T1表示。 ? 從 HOMO把一個電子激發(fā)到比 LUMO能級更高的軌道，產生比 S1能級更高的激發(fā)態(tài)以相繼形成比 T1能量更高的激發(fā)態(tài)。對于這些激發(fā)態(tài)，依能級提高的順序，分別用 S S S4… 和 T T T4… 表示。 ? 最低激發(fā)單線態(tài)和最低激發(fā)三線態(tài)之間的區(qū)別是它們之間能級不同。激發(fā)單線態(tài)電子排斥力比較大，因而激發(fā)三線態(tài)比相應的激發(fā)單線態(tài)能級低。 改進的 Jablonski圖解 熒光和磷光的產生 ? 激發(fā)態(tài)分子從最低激發(fā)態(tài) S1或 T1經輻射回到基態(tài)的發(fā)光過程可表示如下： 　 S0 + h γ S1　 　 　 吸 收S1 S0 + h γ 39。kf熒 光S1 T1ki s c 系 間 竄 越T1 S0 + h γ 39。 39。kp磷 光T1 + T1 S0 + S1k5T T 湮 滅S0 + S1 2 S0 + h γ 39。k6T T 湮 滅 延 遲 熒 光ki s cES1 S0 + h γ 39。kfT1 熱 活 化 延 遲 熒 光熒光 ? 熒光，又作“螢光”，是指一種光致發(fā)光的冷發(fā)光現(xiàn)象。當某種常溫物質經某種波長的入射光（通常是紫外線或 X射線）照射，吸收光能后進入激發(fā)態(tài)，并且立即退激發(fā)并發(fā)出比入射光的的波長長的出射光（通常波長在可見光波段）；而且一旦停止入射光，發(fā)光現(xiàn)象也隨之立即消失。具有這種性質的出射光就被稱之為熒光。 ? 磷光 (Phosphorescence)： 不同多重度的狀態(tài)間輻射躍遷的結果，如T1→S 0； Tn→S 0則較少。由于該過程是自旋禁阻的 ，因此與熒光相比其速度常數(shù)要小的多。 激發(fā)光譜和發(fā)射光譜 ? 大多數(shù)分子吸收光能后躍遷至 S1的高振動能級或更高能級的 S2， S3，經碰撞失去多余能量回到激發(fā)態(tài)的最低振動能級。 ? 熒光是從第一激發(fā)態(tài) S1的最低振動能級返回基態(tài) S0的各振動能級時的光輻射。因此，吸收光譜的各個譜帶間隔與激發(fā)態(tài)的振動能級能量差對應，熒光的發(fā)射譜帶間隔與基態(tài)的振動能級能量差相等。因此，激發(fā)態(tài)與基態(tài)的振動能級間隔類似時，吸收光譜與熒光光譜呈鏡象對稱。 ? 固定某一發(fā)射波長，測定該波長下的熒光發(fā)射強度隨激發(fā)波長變化的光譜，便得到熒光激發(fā)光譜。 ? 固定某一激發(fā)波長，測定熒光發(fā)射強度隨發(fā)射波長變化的光譜，得到熒光發(fā)射光譜，又稱熒光光譜。 熒光光譜的特點： ? 斯托克斯位移 (stokes shift)： 與激發(fā)光譜相比，熒光光譜的波長總是出現(xiàn)在更長的波長處。這是由于熒光總是從最低激發(fā)單線態(tài)回到基態(tài)時所發(fā)射的輻射，而激發(fā)過程有可能將分子激發(fā)到高的振動能級或更高的電子能級上去。振動、熱輻射等使分子失去能量。即激發(fā)與發(fā)射熒光間的能量損失是斯托克斯位移產生的主要原因。其他如溶劑效應、激發(fā)態(tài)分子的反應也會引起斯托克斯位移。 熒光發(fā)射光譜與激發(fā)波長無關。 激發(fā)光譜與發(fā)射波長無關。吸收光譜可以有幾個吸收帶，而熒光發(fā)射總是從 S1到 S0的過程，一般只有一個發(fā)射帶，且與激發(fā)波長無關。同時發(fā)射的量子產率基本上與激發(fā)波長無關，故激發(fā)光譜與發(fā)射波長無關。 發(fā)光量子產率 ? 發(fā)光量子產率為發(fā)光物質發(fā)射的光子數(shù)與吸收的激發(fā)光光子數(shù)之比。即： f=發(fā)射的光子數(shù) /吸收的光子數(shù) f在 1之間有分析價值。 ? 量子產率的實驗測定方法可采用參比法。 ? 比較待測發(fā)光體和已知量子產率的參比發(fā)光體在同樣條件下測得的校正熒光 (或磷光 )光譜的積分發(fā)光強度 F及其在該激發(fā)波長下的吸光度 A，可以求得待測發(fā)光體的量子產率 ? 參比可采用 硫酸奎寧 (fs =)等。 奎寧 (quinine) NOH ON奎 寧 , 金 雞 納 堿 , q u i n i n e分子結構與熒光 ? 分子中必須具有大的共軛 π鍵結構。共軛度越大，發(fā)射波長紅移，發(fā)光強度增加。 ? 一般具有高度共軛穩(wěn)定性的芳香族化合物有熒光。單個雜環(huán)芳烴無熒光，而其與苯環(huán)共軛就有熒光。 ? 具有剛性平面性結構的分子熒光量子產率高。如芴的量子效率 ()遠大于聯(lián)苯 ()。 ? 量子效率：發(fā)射熒光的激發(fā)態(tài)分子占總分子數(shù)的百分率。 ? 絡合劑與金屬絡合后，剛性增強，熒光也增強。 熒光分子在固體基質表面的熒光強度高于溶液中，是由于被基質剛性化了之故。 熒光猝滅 分子間碰撞猝滅 溫度升高，分子間碰撞幾率增大，導致非輻射失活的外轉換增加。因此大多數(shù)熒光分子溫度升高時