稀土元素的时间分辨光谱法研究

稀土离子的敏化发光早在1942年就被Weissiman发现了，后来，人们对这一现象作了大量的研究工作，并且，开始用于稀土离子的测试。高灵敏度和好的选择性一直是分析工作者追求的真正目的。为此，很长时间以来，人们从化学体系上入手，不断地在配体种类；配体条件；溶剂作用；第二配体影响；胶束；表面活性剂等方面入手，来寻找可获得高的灵敏度和好的选择性的测试体系，并取得了一定的成绩，但还远远满足不了分析工作者的要求。近年来，随着仪器设备的不断改进，人们想到，能否通过新的仪器的出现来改善分析测试的灵敏度和选择性。时间分辨光谱法就是在这种条件下产生的，并且，初步的实验就得到了令人十分满意的结果。时间分辨光谱法顾名思义是以时间做为分辨量的一种方法，是一种多维萤光技术，它采用脉冲激光做为光源和门控检测系统相结合，因此，不但获得了高子常规法的灵敏度，而且还解决了光谱峰有干扰的发光组分的测定，提高了选择性。为了有效地应用时间分辨光谱法即获得更高的灵敏度和更好的选择性，时间分辨光支要求：①待测定的物质必须有较强的发光，这是提高灵敏度的前提：②待测定的物质的寿命必须合适（如测单组分时是通过延迟消除噪声，则被测组分的寿命至少要比噪音信号长；若是二组分的分辨光谱法测定，就要求二组分间寿命差要尽可能大），这样才可能效分辨；③适合彼此间有光谱干扰的多组分中单一组分的测定，这是时间分辨光谱法优于常远见二维光法的最为突出的一点。Eu-TTA_3和SmTTA_3是较合适时间分辨测定体系。Eu_TTA_3和S_m-TTA_3 二元络合物不但有较强的萤光，而且寿命差较大，EuTTA_39寿命400微秒）。SmTTA_3（寿命21微秒），并且Eu和Sm间有光谱干扰，因此在混合体系下，时间分辨光谱法测定Eu和Sm才充分显示了伏越性。为此，为了研究稀土元素的时间分辨光谱测定，本论文分三部分完成。第一部分：几种稀土离子萤光络合物体系的选择通过对Eu~(3+)、Tb~(3+)、Dy~(3+)络合体系最强发光的条件实验，期望找到一系列既有较强的发光，元素间又存在着光谱干扰。而常规法又难以测试的络合物体系。为此，在现有条件下，做了TTA、DBM、Phen、AAE、Sal五种配体Eu~(3+)、Sm~(3+)、Tb~(3+)、Py~(3+)四种稀土离子所有可能的络合物组成的发光条件试验，主要为配体浓度和PH值的影响。确定了不同络合物的最佳组成条件。并且考虑到苯的毒性和萃取的繁琐性。选用乙醇做为溶剂。最后得到TTA、DBM是Eu、Sm较好的络合剂，而且它们与Phen的三元络合物也具有强的发光。Sml:是Tb和Dy的较好络合剂，并且它们与Phen形成三元络合物也具有较强的萤光，AAE、Phen是选择性最差的络合剂，它们与Tb、Eu、Sm、Dy都能形成有一定发光强度的络合剂Eu和Sm以及Tb和Dy之间是无论配体息样变化都有光谱干扰的两对元素。第二部分；发光络合物的萤光寿命的测试：除了要求从化学体系入手，得到具有较强的发光络合物之外，时间分辨光谱法还要求；待分辩的物质间有较大的寿命差异。寿命τ是进行时间分辨光谱法的理论基础。为此，在本室和11室自己安装的仪器上做了已讨论的最佳条件下合成的络合物萤光寿命的测试，并给出了许多络合物的寿命数据。同时还讨论了配体种类，稀土离子浓度，对寿命大小的影响，得出不同的稀土离子络合物寿命差异很大，即使是相同的稀土离子，配体不同，寿命也是不同的，一般而言，Eu,Tb寿命较长，达几百微秒，Dy、Sm寿命较短，一般仅为几微秒或几十微秒，并总有寿命Tb > Eu > Sm > Dy。为了讨论稀土离子浓度对寿命的影响。选Eu. Sm-TTA和Tb. Dy-Sal-乙醇溶液为例，进行了浓度影响实验，得到浓度粹灭的同时，不仅萤光强度减弱，而且寿命缩短，最后总结出: Eu. Sm-TTA(Phen)二元（或三元）络合物和Tb. Dy-Sal(Phen)二元（或三元）络合物彼此间寿命差最大。第三部分：时间分辨光谱法研究在前二部分准备工作完成后，基本上就确定了可供时间分辩的最佳体系，即Eu. Sm-TTA二元络合物（或它与Phen形成的三元络合物）和Tb、Dy-Sal二元络合物（或与Phen形成的三元络合物）－乙醇体系。关于Eu.Sm-TTA体系的时间分辨光谱法测定，已有过研究并得到了十分满意的结果，因此，本论文选不曾有过报导的Tb、Dy-Sal 乙醇体系为时间分辨光谱法研究的对象。首先在本室和11室自建的时间分辨光谱仪上进行了仪器测量参数的选择，然后，对Tb、Dy-sal的时间分辨光谱法给以原理性的讨论，得到在延迟大于30微秒后，可消除Dy对Tb测定的干扰的结果，之后，又作了当延迟大于100微秒的条件下的时间分辩光谱法在Dy存在下测定Rb[Sal]_3的检测限的探索，并与MPF－4型萤光分光光度计的测试结果做了比较，得到了可高于常规法三个数量级的灵敏度的初步结果。本论文建立了寿命测量和激光时间分辨的实验装置，并且完成了原理性实验，在选择体系测定寿命和利用时间分辨排除稀土离子干扰方面得到了较好的初步结果，积累了大量数据完成了本论文目的要求。