气相色谱分析文档格式.docx

气相色谱分析文档格式.docx

《气相色谱分析文档格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《气相色谱分析文档格式.docx（17页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

振动弛豫过程的速率极大，在10-14～10-12s内即可完成。

内转化是相同多重态的两个电子态之间（如S2→S1,S1→S0）的非辐射跃迁。

内转化过程的速率在很大程度上决定于相关能级之间的能量差。

相邻单重激发态之间能级较近，其振动能级常发生重叠，内转化很快。

因此，通常不论分子被激发到哪一个电子激发态，在10-13～10-11s内经内转化和振动弛豫都会跃迁到最低电子激发态的最低振动能级上。

基态（S0）和第一电子激发单重态（S1）之间的能量差较大，因而S1→S0内转化的速率相对要小得多，使得第一电子激发态有相对较长的寿命。

处于第一电子激发单重态最低振动能级的分子，以辐射跃迁的形式返回基态各振动能级时，就产生了分子荧光。

由于激发态中存在有振动弛豫和内转化现象。

使得荧光的光子能量比其分子受激发所吸收的光子能量低。

因此，荧光波长λ3总比激发波长λ1或λ2要长。

而且，不论电子开始被激发至哪个能级，都将只发射波长为λ3的荧光。

荧光的产生在10-9～10-6s内完成。

体系间窜跃是指不同多重态的两个电子态间的非辐射跃迁。

当分子的第一、二电子处于激发三重态（2S+1=3）时，以Tl、T2表示。

单重激发态Sl的最低振动能级同三重态T1的较高振动能级重叠。

因而S1→T1的体系间窜跃就有了较大的可能性。

第一电子激发单重态的分子经体系间窜跃到达三重态后，快速振动弛豫至最低振动能级v=0上。

此时有两种途径返回基态，一是辐射跃迁发出磷光，二是体系间窜跃。

由于改变电子自旋的跃迁属禁阻跃迁，因而跃迁速率小得多，使得三重态有较长的寿命，约为10-3～10s

（二）荧光效率及其影响因素

1．荧光效率物质在吸收了紫外和可见光后，激发态分子是以辐射跃迁还是以非辐射跃迁回到基态，决定了物质是否能发荧光。

通常以荧光效率（或荧光量子产率）来描述辐射跃迁概率的大小。

荧光效率定义为发荧光的分子数目与激发态分子总数的比值，即

（5—1）

荧光效率越高，辐射跃迁概率就越大，物质发射的荧光也就越强，若以各种跃迁的速率常数来表示，则

（5—2）

式中：

Kf为荧光发射过程的速率常数，∑Ki为非辐射跃迁的速率常数之和。

一般来说，Kf主要取决于物质的化学结构。

而∑Ki则主要取决于化学环境，同时也与化学结构有关。

具有分析应用价值的荧光化合物，其荧光效率在0.1～1之间。

2．荧光与分子结构的关系首先，物质只有能够吸收紫外—可见光。

才有可能发荧光。

因此，发荧光的物质分子中必须含有共轭双键这样的强吸收基团，且共轭体系越大，π电子的离域性越强，越易被激发而产生荧光。

大部分能发荧光的物质都含有一个以上的芳环，随共轭芳环增大，荧光效率提高，荧光峰向长波长方向移动。

如萘的荧光效率为0.29，荧光波长为310nm，而蒽的荧光效率为0.46，荧光波长为400nm。

其次，分子的刚性平面结构有利于荧光的产生。

以荧光黄和酚酞为例，二者结构十分相似，但荧光黄在0.1mol·

L-1NaOH溶液中的荧光效率高达0.92。

而酚酞由于没有氧桥，分子不易保持刚性平面，不易产生荧光。

刚性平面结构可以减少分子的振动相碰撞去活的可能性。

一些有机配位剂与金属离子形成螯合物后荧光大大增强，这也可用刚性结构的影响来解释。

例如，8—羟基喹啉本身荧光较弱，与Mg2+形成螯合物后则是强荧光化合物。

再如，滂铬BBR本身不发荧光，与Al3+在pH＝4.5时形成的螯合物发红色荧光。

Al3+-滂铬BBR螯合物.JPG

取代基对荧光物质的荧光特征和强度也有很大影响。

给电子取代基如―OH、―NH2、―NR2和―OR等可使共轭体系增大，导致荧光增强；

吸电子取代基如―COOH、―NO和―NO2等使荧光减弱，例如，苯胺和苯酚的荧光较苯强，而硝基苯为非荧光物质。

随着卤素取代基中卤素原子序数的增加，物质的荧光减弱，而磷光增强。

这种所谓的“重原子效应”是由于重原子中能级交叉现象严重，容易发生自旋轨道偶合作用，使S1→T1的体系间窜跃显著增加所致。

3．环境因素对荧光的影响同一荧光物质在不同的溶剂中可能表现出不同的荧光性质。

一般来说，电子激发态比基态具有更大的极性。

溶剂的极性增强，对激发态会产生更大的稳定作用，结果使物质的荧光波长红移，荧光强度增大。

例如，奎宁在苯、乙醇和水中荧光效率的相对大小为1、30和1000。

温度对于溶液荧光强度的影响非常显著。

通常认为，辐射跃迁的速率基本不随温度而变，而非辐射跃迁的速率随温度升高而显著地增大。

因此，对于大多数荧光物质，升高温度会使非辐射跃迁概率增大，荧光效率降低。

由于三重态的寿命比单重激发态寿命更长，温度对于磷光影响比荧光更大。

大多数含有酸性或碱性取代基团的芳香族化合物的荧光性质受溶液pH的影响很大。

共轭酸碱两种型体具有不同的电子氛围，往往表现为具有不同荧光性质的两种型体，各具有自己特殊的荧光效率和荧光波长，例如：

不同共轭体系的荧光.JPG不同共轭体系的荧光.doc

溶液中表面活性剂的存在，可以使荧光物质处于更有序的胶束微环境中，对处于激发单重态的荧光物质分子起保护作用，减小非辐射跃迁的概率，提高荧光效率。

由于氧分子的顺磁性质，溶液中溶解氧的存在，使激发单重态分子向三重态的体系间窜跃速率加大，因而会使荧光效率降低。

其它顺磁性物质也有这种作用。

（三）荧光强度与溶液浓度的关系

根据荧光效率的定义，荧光强度If应为所吸收的辐射强度Ia与荧光效率φf的乘积：

If=φfIa=φf（I0-I）

由于

I=I0·

10-A

可得If=φfI0（1-10-A）

（5―3）

如果溶液很稀，吸光度A<

0.05，方括号中其它各项与第一项相比均可忽略不计，则上式可简化为

If=2.3φfI0A=2.3φfI0kbc（5—4）

可见，当A<

0.05时，荧光强度与物质的荧光效率、激发光强度、物质的摩尔吸收系数和溶液的浓度成正比。

对于一给定物质，当激发光波长和强度一定时，荧光强度只与溶液浓度有关：

If=Kc（5―5）

上式为荧光定量分析的基本依据。

以荧光强度对荧光物质的浓度作图，在低浓度时，呈现良好的线性关系。

当荧光物质的溶液浓度较高时，荧光强度同浓度之间的线性关系将发生偏离，有时甚至随溶液浓度增大而降低（图5-02荧光强度与溶液浓度的关系.JPG图5-2）。

导致标准曲线弯曲的原因，除了式（5-3）中的高次项影响外，还存在猝灭效应。

荧光猝灭是指荧光物质分子与溶剂分子或溶质分子之间所发生的导致荧光强度下降的物理或化学作用过程。

与荧光物质分子发生相互作用而引起荧光强度下降的物质、称为荧光猝灭剂。

前面提到的氧分子及产生重原子效应的溴化物、碘化物等都是常见的荧光猝灭剂。

由荧光物质自身引起的荧光强度减弱的现象称为荧光自猝灭效应。

经常遇到的自猝灭现象有两种。

一种是当荧光物质发出的荧光通过溶液时被荧光物质的基态分子所吸收，即自吸收现象。

另一种是由于激发态分子之间的碰撞，导致非辐射跃迁概率增大，荧光效率降低。

很显然，不论哪种情况，增大荧光物质的浓度均会使荧光猝灭效应增强，从而导致标准曲线向浓度轴弯曲，即使荧光强度降低。

（四）荧光的激发光谱和发射光谱

以不同波长的入射光激发荧光物质，并在荧光最强的波长处测量荧光强度，以激发波长为横坐标。

荧光强度为纵坐标绘制关系曲线，便得到荧光激发光谱。

激发光谱实质上就是荧光物质的吸收光谱。

若固定激发光的波长和强度不变，测量不同波长下的荧光强度，绘制荧光强度随波长变化的关系曲线，使得到荧光发射光谱，简称荧光光谱。

激发光谱和荧光光谱是荧光测定时选择激发波长和荧光测量波长的依据，也可用于鉴别荧光物质。

三、荧光分析仪器

常用的荧光分析仪器也是由光源、单色器、液槽、检测器和信号显示记录器五部分组成。

它与分光光度计比较主要差别有两点。

第一，荧光分析仪器采用垂直测量方式，即在与激发光相垂直的方向测量荧光（图5-03荧光分析仪器示意图.doc图5-03荧光分析仪器示意图.JPG如图5-3所示），以消除透射光的影响。

第二，荧光分析仪器有两个单色器，一个是激发单色器，置于液槽前，用于获得单色性较好的激发光；

另一个是发射单色器，置于液槽和检测器之间，用于分出某一波长的荧光，消除其它杂散光干扰。

（一）光源

荧光测量中的激发光源一般要求比吸收测量中的光源有更大的发射强度。

在荧光计中，常使用卤钨灯作光源；

在荧光分光光度计中，通常采用高压汞灯或氙弧灯作光源。

高压汞灯是利用汞蒸气放电发光的光源，其光谱略呈带状，以365nm的谱线为最强。

荧光分析中常使用365nm、405nm和436nm三条谱线。

高压氙弧灯是荧光分光光度计中应用虽广泛的一种光源。

氙灯是一种短弧气体放电灯，工作时，在相距约8mm的钨电极间形成一强电子流（电弧），氙原子与电子流相撞而解离为正离子，氙正离子与电子复合而发光，其光谱在250～800nm范围内呈连续光谱。

此外，作为一种新型荧光激发光谱，可调谐染料激发器显示出了巨大的优势。

（二）单色器

荧光计的单色器是滤光片，因而荧光计只能用于定量分析，不能获得光谱。

荧光分光光度汁一般采用两个光栅单色器。

荧光分光光度计既可获得激发光谱，又可获得荧光光谱。

（三）检测器

荧光的强度一般较弱，要求检测器具有较高的灵敏度。

荧光计采用光电管作检测器，荧光分光光度计采用光电倍增管作为检测器。

荧光分析之所以具有比吸收光度法高得多的灵敏度，是由于现代电子技术具有检测十分微弱光信号的能力，而且荧光强度与激发光强度成正比，提高激发光强度也可以增大荧光强度，使测定灵敏度提高。

吸收光度法则不然，它测定的是吸光度，不管是增大入射光强度I0，还是提高检测器的灵敏度，都会使透过光信号与入射光信号以同样的比例增大，吸光度值并不会改变，因而灵敏度不能提高。

四、荧光分析法的应用

（一）无机化合物的分析

大多数无机离子与溶剂之间的相互作用很强，其激发态多以非辐射跃迁方式返回基态，发荧光者甚少。

然而很多无机离子可以与一些有机化合物形成有荧光的络合物，利用这一性质可对其进行荧光测定。

目前采用有机试剂进行荧光分析的元素已近70种，其中较常采用荧光法测定的元素有铍、铝、硼、镓、硒、镁、锌、镉及某些稀土元素等。

能够同金属离子形成荧光络合物的有机试剂绝大多数是芳香族化合物。

它们通常含有两个或两个以上的官能团，能与金属离子形成五元环或六元环的螯合物。

由于螯合物的生成，分子的刚性平面结构增大，使原来不发荧光或荧光较弱的化合物转变为强荧光化合物。

例如，荧光镓在pH＝5.0时与Al3+形成发射黄绿色荧光的络合物,pH＝3.0时与Ga3+形成发射黄色荧光的络合物；

安息香在碱性介质中与硼酸盐形成发射绿蓝色荧光的络合物，与Zn2+形成发射绿色荧光的络合物；

桑色素在碱性溶液中与Be2+形成发射黄绿色荧光的络合物等。

荧光分析中常用的另一类络合物是三元离子缔合物。

例如，罗丹明B为阳离子荧光染料，Au3+、Ga3+、Tl3+等阳离子首先与Cl-、Br-等卤素离子形成二元络阴离子，再与罗丹明B缔合形成荧光化合物。

再如，曙红为阴离子荧光染料，Ag+与邻菲咯啉形成的二元络阳离子，再与曙红缔合后可使其荧光猝灭，由荧光降低的程度也可对Ag+进行分析。

荧光猝灭法也是荧光分析中经常采用的方法。

除了上述Ag+外，可采用荧光猝灭法间接测定的离子还有F-、S2-、Fe3+、Co2+、Ni2+、Cu2+等。

（二）有机化合物约分析

脂肪族有机化合物的分子结构较为简单，本身能发生荧光的很少，一般需要与某些试剂反应后才能进行荧光分析。

如丙三醇与苯胺在浓硫酸介质中反应生成发射蓝色荧光的喹啉，据此可以测定0.1的丙三醇。

芳香族化合物因具有共轭的不饱和体系，多数能发生荧光，可以直接用荧光法测定。

如在微碱性条件下，可测定0.001μg·

mL-1以上的对氨基萘碘酸及0～5μg·

mL-1的蒽。

对于具有致癌活性的多环芳烃。

荧光分析法已成为员主要的测定方法。

为了提高测定的灵敏度，有时也将芳香族化合物与适当试剂反应之后再进行测定。

例如，水杨酸与铽形成络合物后。

荧光增强，测定灵敏度提高。

再如，糖尿病研究中的重要物质阿脲（四氧嘧啶）与苯二胺反应后，荧光增强，可用于测定血液中低至10-10mol阿脲。

在生物化学分析、生理医学研究和临床、药物分析领域，许多重要的分析对象，如维生素、氨基酸和蛋白质、胺类和甾族化物、酶和辅酶等，均可用荧光法分析。

由于荧光法的高灵敏度，它还用于生理过程中生物活性物质之间的相互作用、生化物质的变化以及反应动力学过程的研究和监视。

第二节磷光分析法

磷光是分子从亚稳的三重态跃迁至基态时所产生的辐射。

磷光分析法是以分子磷光光谱来鉴别有机化合和进行定量分析的一种方法。

但是在1975年以前。

绝大多数磷光分析工作都是在低温条件下进行的，后来相继出现了一些室温磷光分析方法，如固体表面室温磷光法、胶束增稳室温磷法和敏化室温磷光法等分析方法，使磷光分析法在药物分析、临床分析等领域的应用日益发展，并与荧光分析相互补充，在有机定量分折中发挥出愈来愈重要的作用。

（一）产生和磷光强度

前已述及，磷光是由处于激发三重态的分子跃迁返回基态时所产生的辐射。

由于分子的第一电子激发三重态（T1）的能量低于其第一电子激发单重态，因此，磷光辐射的波长比荧光更长。

三重态T1向基态Ｓ0属自禁阻跃迁。

跃迁速率小，使得三重态稳定性大，因而磷光比荧光有长很多的寿命。

当激发光停止后，荧光立即消失，而磷则将持续一段时间（10-4～10s）三重态的寿命较长，使得激发态分子发生T1→S0体系间窜跃这种非辐射跃迁的概率较大。

因而，磷光物质在室温溶液中产生的磷光一般都比较弱。

当磷光物质浓度很小时，磷光强度Ip与磷光物质浓度c之间的关系为

Ip=2.3φpI0kbc（5—6）

φp为磷光效率，I0为激发光的强度，k为磷光物质的摩尔吸收系数，b为试样池的光程。

在一定的条件下，φp、Ip、k、b均为常数，因此式（5—6）可写成

Ip=Kc

根据上式可以用磷光强度对磷光物质浓度制作定量分析的标准曲线

（二）温度对磷光强度的影响

溶液中物质的磷光强度与温度有密切的关系。

在室温条件下，溶剂分子热运动比较剧烈，绝大多数处于激发三重态的物质分子均会与溶剂分子碰撞而失活，磷光很难产生。

随着温度的降低，分子热运动速率减慢，磷光逐渐增强。

当溶液在液氮中冷冻至玻璃状时，某些物质可以产生很强的磷光。

低温磷光分析就是基于这一原理而建立起来的。

对于吲哚、色氨酸和利血平等物质，其低温磷光分析法有比荧光法更高的灵敏度。

（三）重原子效应

使用含有重原子的溶剂（如碘乙烷、溴乙烷）或在磷光物质中引入重原子取代基，都可以提高磷光物质的磷光强度，这种效应称作重原子效应。

前者称为外部重原子效应，后者称为内部重原子效应。

重原子效应的机理是，重原子的高核电荷使得磷光分子的电子能级交错，容易引起或增强磷光分子的自旋轨道偶合作用。

从而使S1→T1的体系间窜跃概率增大。

有利于增大磷光效率。

利用重原子效应是提高磷光分析灵敏度的简单而有效的手段。

目前应用较多的除重原子溶剂外，还可采用碘化物，Ag+盐、Pb2+盐和Ti+盐也有应用。

（四）室温磷光

在一般情况下，溶液中磷光物质的室温磷光太弱。

不能用于分析。

当向溶液中加入适当的表面活性剂时，由于形成了表面活性剂胶束，改变了磷光物质的微环境，增强了定向约束力，从而减少了磷光分子与溶剂分子的碰撞概率。

增加了三重态的稳定性，导致磷光强度显著增大，称此为胶束增稳室温磷光。

当磷光物质吸附于某些固体表面时，分子的刚性增加，三重态的碰撞去活化概率大大减小，也可在室温下产生较强的磷光。

由此又产生了固体表面室温磷光分析方法。

三、磷光分析仪器

磷光分析仪器与荧光分析仪器相似，也是由光源、激发单色器、液槽、发射单色器、检测器和放大显示装置所组成。

由于分析原理上的差别，磷光分析仪器有些特殊部件。

1．试样室测定低温磷光一般在液氮温度（77K）下进行，盛放试液的试样池需放置在盛液氮的杜瓦瓶内。

固体表面室温磷光分析则需特制的试样室。

2．磷光镜有些物质既产生荧光，又能产生磷光。

为了在有荧光现象的体系中测定磷光，常采用一种叫磷光镜的机械切光装置，利用荧光与磷光寿命的差异消除荧光干扰。

现代的磷光分析仪多采用脉冲光源与程控检测相结合的时间分辨技术。

四、磷光分析法的应用

磷光分析法在药物分析、临床分析及环境分析领域得到了一定的应用。

它与荧光法互相补充，已成为痕量有机物分析的重要手段。

低温磷光分析已应用于萘、蒽、菲、芘、苯并芘等多环芳烃以及含氮、硫和氧的杂环化合物分析，还用于阿司匹林、柯卡因、磺胺密啶、维生策K、B6、E等许多药物的分析。

固体表面室温磷光分析法已成为多环芳烃和杂环化合物快速灵敏的分析手段。

胶束增稳室温磷光分析已用于萘、芘、联苯的分析。

第三节化学发光分析法

化学发光分析是利用某些化学反应所产生的光发射现象而建立的一种分析方法。

在化学发光中，发光物质所需的激发能既不是光。

也不是热和电，而是由化学反应过程中所提供的化学能。

化学发光现象自19世纪中期就为人们所熟知，但应用于分析化学却是20世纪五六十年代的事。

1970年左右。

化学发光法被推荐作为监测空气污染物的方法。

70年代后，液相化学发光分析得到快速发展。

目前，这一方法已广泛地应用于痕量元素分析、环境监测以及生物医学分析等领域，成为一种重要的痕量分析手段。

化学发光分析具有下列突出特点：

（1）灵敏度很高。

例如，用荧光素酶和腺苷三磷酸（ATP）的化学发光反应，可测定低至2×

10-17mol/LATP;

利用鲁米诺化学发光体系测定Cr3+,Co2+等离子的检出限也低至10-12g/mL。

（2）测定的线性范围宽。

一般有5~6个数量级。

（3）仪器设备简单。

化学发光分析仪没有激发光源，由于不存在杂散光和散射光等引起的背景干扰，并且检测的是整个光谱范围内的发光总量，因而也不需要单色器。

（4）分析速度快。

流动注射化学发光分析每小时可测定100个以上的试样。

（一）化学发光反应的条件

化学发光的激发能由化学反应所提供，在反应过程中，某一反应产物的分子接受反应能被激发，形成电子激发态，当它们从激发态返回基态时以辐射的形式将能量释出来。

这一过程可表示为

A+B─→C٭+DC٭─→C+ħν

能够产生化学发光的反应必须具备下述条件：

（1）能快速地释放出足够的能量。

根据ΔE＝ħυ计算，在可见光区观察到化学发光，需170~300kJ·

mol-1激发能。

一些氧化还原反应，特别是具有过氧化物中间产物的氧化反应可满足这种要求，

（2）反应途径有利于激发态产物的形成。

（3）激发态分子能够以辐射跃迁的方式返回基态，或能够将其能量转移给可以产生辐射跃迁的其它分子。

（二）化学发光效率和发光强度

化学发光效率φCL定义为

（5-8）

它等于生成激发态分子的化学效率φr和激发态分子的发光效率φf之乘积。

化学效率φr主要取决于发光所依赖的化学反应本身；

而发光效率φf的影响因素与荧光效率的影响因素相同。

既取决于发光体本身的结构和性质，亦受环境的影响。

具有最高效率的化学发光是生物体系中的化学发光，亦称生物发光（Bioluminescence）。

非生物体的化学发光效率很少超过0.01。

被人们认为是最有效的化学发光物质的鲁米诺反应，发光效率也仅为0.01~0.5。

化学发光强度ICL与反应速率关

有如下关系：

（5-9）

由于化学发光的强度随着时间和反应物消耗的变化逐渐减小，如果反应是一级动力学反应，t时刻的ICL（t）与该时刻分析物浓度c成正比，即化学发光峰值强度与分析物浓度成线性关系。

在化学发光分析中，常用发光总强度来进行定量分析。

为此，将式（5—9）积分，得

（5—10）

由式（5-10）得只，发光总强度与分析物浓度成正比，因此，根据已知时间内的发光总强度来进行化学分析的定量分析.

（三）化学发光反应的类型

1.液相化学发光鲁米诺在碱性溶液中被H2O2、I2等氧化剂氧化，可产生最大波长为425nm波长的光辐射。

鲁米诺在碱性溶液中化学发光.doc鲁米诺在碱性溶液中化学发光.JPG

除鲁米诺外，光泽精、没食子酸和洛粉碱等也可被氧化剂氧化产生液相化学发光。

2．气相化学发光在气相中，O3能氧化NO、乙烯等产生化学发光，原子氧也能氧化SO2、NO、CO等产生化学发光。

例如：

NO+O3―→NO2٭+O2NO2٭―→NO2+ħv（λ≥600nm）

CO+O―→CO2٭CO2٭―→CO2+ħv（λ=300~500nm）

三、化学发光分析的仪器

（一）分立取样式仪器

分立式化学发光分析仪是一种静态下测量液相化学发光信号的装置。

基本构造如图5—4所示。

先将试剂与试样加入贮液管中，然后开启旋塞使溶液流入反应池混合，混合后化学发光反应立即发生。

发光信号通过光倍增电管检测，再经放大后在记录仪上记录下来。

分立式仪器具有简单、灵敏度高的待点，还可用于反应动力学的研究。

但手工进样重复性差，测量的精密度不高，且难于实现自动化，分析效率也比较低。

图5-04分立取样式化学发光仪器示