荧光分光光度法..优秀PPT.ppt

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1、第三章第三章 荧光分光光度法荧光分光光度法(Fluorescence Spectrophotometry)前言：前言：1852年，斯托克斯（年，斯托克斯（Stokes）发觉萤石在）发觉萤石在暗处受到光的照射会发出一种蓝白色的光，暗处受到光的照射会发出一种蓝白色的光，他把这种光命名为他把这种光命名为“荧光荧光”。1868年年，Goppelstroeder发表了利用发表了利用Al-桑桑色素绿色荧光来分析微量色素绿色荧光来分析微量Al的分析方法，的分析方法，可见荧光分析是一种历史悠久的分析方法。可见荧光分析是一种历史悠久的分析方法。时至今日，荧光分析在方法上取得了极大的进展。促进了诸如：时间辨别、相

2、辨别、荧光偏振、荧光免疫和同步荧光等荧光分析新方法的发展，同时促使各种各样新型荧光分析仪器的出现。在仪器化方面，微机限制的全自动荧光分析仪具有灵敏度高（比紫外-可见分光光度法高2-3个数量级）、选择性好、工作曲线线性范围宽且能供应激发光谱、放射光谱、发光强度、发光寿命、量子产率、偏振和各向异性诸多信息等优点，已成为一种重要的痕量分析技术。在生物、医学、医药、环境和石油工业等诸多领域，荧光分析法都有广泛的应用。不仅能干脆或间接地分析众多的有机化合物，而且利用与有机试剂间的反应还能进行很多无机元素的测定。随着科技的发展进步，荧光这种光致发光(photoluminescence)的本质进一步被揭开：

3、物质除了受紫外-可见光照射后会发出紫外和可见(UV-Vis)荧光之外，受其它各种不同波长光的照射后，同样也有发光现象。例如：X-荧光、红外荧光等。v 除了吸取光能使分子激发而发光，依据起始激发形成的方式，可以将荧光同其它的发光类型（例如：生物发光、热发光、化学发光和摩擦发光）区分开来。v 通过化学反应使分子受激而发光称为“化学发光”。利用化学发光进行分析工作叫“化学发光分析”。v v 化学发光分析、荧光分析和磷光分析统称为“分子发光分析(molecular luminescence)”。v 荧光和磷光同属光致发光。通过测定发光的强度可以定量测定很多痕量的无机物和有机物。v 相对于磷光和化学发光

4、而言，目前荧光法的应用较多。v 本章主要探讨荧光分析。3.1 分子荧光产生的本质分子荧光产生的本质(Molecular Fluorescence)图图3-1 吸取光谱和荧光光谱能级跃迁示意图吸取光谱和荧光光谱能级跃迁示意图1.产生荧光的缘由 荧光物质的分子吸取了特征频率的光能后，由基态跃迁到能级较高的第一电子激发态或其次电子激发态，然后通过无辐射跃迁返回到第一电子激发态的最低振动能级上，再从该能级着陆至基态的各个不同的振动能级上，同时放出相应能量的分子荧光，最终以无辐射形式回到基态的最低振动能级。须要留意的是：（1）整个过程是在单线态之间进行的；（2）产生荧光的过程极快，约在10-8秒左右内完

5、成；（3）荧光的产生是由第一电子激发态的最低振动能级起先，而与荧光分子被激发至哪一个能级无关。因此，荧光光谱的形态和激发光的波长无关。2.磷光(Phosphorescence)当某些物质分子被激发到较高的能级，并通过无辐射跃迁着陆至第一电子激发态的最低振动能级之后，尚不能接着干脆着陆至基态，而是通过另一次无辐射跃迁降至一个中间的亚稳态能级三重线态上，这些分子在三重线态上经短暂停留后，再着陆至基态的各个不同的振动能级上，同时发出辐射光，称这种发出的辐射光为磷光。磷光与荧光的区分主要为：(1)产生磷光的过程稍长，约在10-50.1 秒，有时长达1秒以上；(2)在辐射停止几秒或更长一段时间后，仍能检

6、测到磷光，而上述荧光现象在照射光一旦停止照射，荧光便马上消逝。3.迟滞荧光（延迟荧光）某些分子在跃迁至三重线态之后，通过热激活作用，可以再回升至第一电子激发态的各振动能级上，然后再由第一电子激发态的最低振动能级（v=0）着陆至基态的各个不同振动能级而发出荧光，这种光叫做迟滞荧光（或延迟荧光）。.分子吸取光谱与分子荧光光谱的关系 分子吸取光谱和分子荧光光谱都是分子内部振动能级结构的反映，但是分子吸取光谱是反映电子激发态中各个振动能级结构状况。在大多数分子中，由于电子激发态和电子基态的各个振动能级结构相像，因此吸取光谱和荧光光谱往往呈现大致的镜像对称关系。3.2 荧光与物质分子结构之间的关系荧光与

7、物质分子结构之间的关系.物质产生荧光的两个必需条件物质产生荧光的两个必需条件(1)物质分子必需具有能吸取确定频率光的物质分子必需具有能吸取确定频率光的特征结构；特征结构；(2)物质分子在吸取了特征频率的辐射能之物质分子在吸取了特征频率的辐射能之后，必需具有高的荧光率，即具有较高的荧后，必需具有高的荧光率，即具有较高的荧光效率光效率(fluorescence efficiency)。荧光效率荧光效率(又称：量子产率，记为又称：量子产率，记为)=放射荧光的量子数放射荧光的量子数/吸取激发光的量子数吸取激发光的量子数 荧光效率愈大，荧光的放射强度愈大，无辐射跃迁几率就愈小。当荧光效率等于零时就意味着

8、不能放射荧光。因此，荧光物质必需具有较大的荧光效率。.物质产生荧光与其分子结构的关系(1)有机化合物的结构与分子荧光的关系 a.碳原子骨架 一般含有共扼体系的分子可产生荧光。共扼度越大，则离域电子愈易被激发，愈易产生荧光。所以绝大多数荧光物质含有芳香环或杂环。b.分子的几何排布 物质的分子为平面型，且具有确定的刚性结构，这样的分子荧光猛烈。对于顺反异构体，顺式分子的两个基团在同一侧，由于位阻缘由不能共平面，而没有荧光。c.芳环上取代基的类型和位置(!)类型 有些取代基可增加荧光：如-OH、-OR、-NH2、-NHR、-NR2等；有些取代基可减弱荧光：如-COOH、-C=O、-NO2、-Cl、-

9、Br、-I等；有些取代基影响不明显：如-F、-SH、-SO3H等。(!）位置 邻、对位取代，荧光增加；间位取代，荧光减弱。u 分子所处的环境，如溶剂、温度、pH等都可能会影响分子的结构或立体构象，当然也就会影响分子能否产生荧光。(2)无机化合物的荧光 除过渡元素的顺磁性原子会发生线状荧光光谱外，大多数无机盐类金属离子，在溶液中只能发生无辐射跃迁，因而不能产生荧光。但是，在某些状况下，金属螯合物却能产生很强的荧光，并可用于痕量金属离子的测定。不少有机化合物虽然具有共轭双键，但由于不是刚性结构，分子处于非同一平面，因而不发生荧光。若这些化合物和金属离子形成螯合物，随着分子的刚性增加，平面结构增大，

10、常会发出荧光。例如：8-羟基喹啉本身有很弱的荧光，但其金属螯合物具有很强的荧光。这是由于刚性和其平面性增加所致。一般来说，能产生这类荧光的金属离子具有硬酸型结构，如：Be2+、Mg2+、Al3+等。螯合物中金属离子的发光机理，通常是螯合物首先通过配位体的*跃迁而被激发，接着配位体把能量转移给金属离子，导致d d*跃迁或f f*跃迁，最终放射的是d*d跃迁或f*f跃迁光谱。3.3 荧光分析的方法及影响因素荧光分析的方法及影响因素1.荧光参数荧光参数(1)激发光谱和放射光谱激发光谱和放射光谱 荧光的激发光谱和放射光谱是用荧光法荧光的激发光谱和放射光谱是用荧光法进行物质的定性、定量分析的基本参数和依

11、进行物质的定性、定量分析的基本参数和依据。据。a.激发光谱：选择并固定放射波长EM和狭缝宽度S，让激发单色器进行波长扫描，记录荧光强度（F）随激发波长的变更而变更的关系曲线，叫激发光谱。b.放射光谱：选择并固定激发波长EX和狭缝宽度S，让放射单色器进行波长扫描，记录荧光强度（F）随放射波长的变更而变更的关系曲线，叫放射光谱。留意：上述记录的激发和放射光谱均为“表观光谱”，它受仪器的光源特性、单色器的特性和检测器的特性等因素影响。对于同一试样，用不同的荧光仪记录的“表观光谱”需进行校正，经过校正的光谱称为“真实荧光光谱”又叫“校正光谱”。现代化的仪器都具有自动记录校正光谱的功能。(2)荧光强度：

12、荧光强度：荧光物质吸取辐射能后才放射荧光，因荧光物质吸取辐射能后才放射荧光，因此溶液的荧光强度和该溶液的吸光程度以及此溶液的荧光强度和该溶液的吸光程度以及溶液中荧光物质的荧光效率有关。溶液中荧光物质的荧光效率有关。设设I0和和I分别为照射在待测溶液上的入分别为照射在待测溶液上的入射光和透过光强度，射光和透过光强度，c和和l分别为待测溶液浓分别为待测溶液浓度和液层厚度，则被测溶液吸取的光强度为：度和液层厚度，则被测溶液吸取的光强度为：Ia=I0-I 依据光的吸取定律，得：I=I010-cl 则：Ia=I0-I=I0-I010-cl=I0(1-e-2.303cl)（3-1）因为溶液的荧光放射强度F

13、和它吸取的光能Ia成正比，并且与荧光物质的荧光效率有关。所以：F=Ia=I0(1-e-2.303cl)(3-2)式中：为荧光效率，而其中e-2.303cl绽开得 e-2.303cl=1-2.303cl+(-2.303cl)2/2!+(-2.303cl)3/3!+(3-3)v 若溶液浓度c很低，、l都是定值，则cl的值很小，当A=cl0.05时，上面级数绽开式中其次项以后的各项可以忽视不计，因此：e-CL=1-2.303cl （3-4）将（3-4）代入（3-2）得：F=2.303 I0cl （3-5）当入射光强度I0确定时，F=Kc （3-6）留意：上式在确定浓度范围内适用。荧光物质的最大浓度为

14、Cmax 0.05/L左右。当浓度较大时，即它的吸光度大于0.05时，荧光强度与其浓度的线性关系将发生偏离。在浓度较高时，产生这种偏离的缘由可能是激发分子间相互碰撞而失去能量(自身猝灭)，或者是荧光被未激发的分子所吸取(自身吸取)。(3)荧光总量：荧光放射谱的面积积分，称为荧光总量：荧光放射谱的面积积分，称为荧光总量。荧光总量。(4)峰值波长和谱带宽度峰值波长和谱带宽度a.峰值波长峰值波长在谱图（包括激发谱和放射谱）在谱图（包括激发谱和放射谱）中具有最大荧光强度所对应的波长，称为中具有最大荧光强度所对应的波长，称为峰值波长。峰值波长。b.谱带宽度常用“半宽”来表示，即荧光峰强度值的一半时所对应

15、的波长宽度。或：荧光谱的半高宽称为谱带宽度。(5)量子产率（或称荧光效率）量子产率（或称荧光效率）=发出的光量子数发出的光量子数/吸取的光量子数。吸取的光量子数。(6)荧光偏振：在探讨分子的结构变更时用。荧光偏振：在探讨分子的结构变更时用。用来探讨荧光的各向异性（荧光的偏振性）。用来探讨荧光的各向异性（荧光的偏振性）。它是在激发和放射光路中引入两个偏正器。它是在激发和放射光路中引入两个偏正器。它可用偏振度（它可用偏振度（P）表示：）表示：P=（FII-F）/（FII+F）式中：式中：FII表示与激发光振动方向平行表示与激发光振动方向平行振动的偏光成分；振动的偏光成分；F 表示与激发光振动方表示

16、与激发光振动方向垂直振动的偏光成分。向垂直振动的偏光成分。(7)荧光寿命：它是探讨分子结构时要求的荧光寿命：它是探讨分子结构时要求的参数。参数。定义：荧光强度衰减到定义：荧光强度衰减到1/e所需的时间，用所需的时间，用表示。表示。随意时间（随意时间（t）的荧光强度）的荧光强度 If=If0e-t/=If0e-kt 式中：式中：If移去激发光源后任一时间移去激发光源后任一时间t时时的荧光强度；的荧光强度；If0激发时最大的荧光强度；激发时最大的荧光强度；K仪器衰减常数；仪器衰减常数；激发态的平均寿命。激发态的平均寿命。(8)荧光分析的灵敏度荧光分析的灵敏度 对整个放射光谱而言；对整个放射光谱而言

17、；/H对部分放射光谱而言，即对所测到对部分放射光谱而言，即对所测到的不是整个荧光光谱，只是靠近荧光峰的的不是整个荧光光谱，只是靠近荧光峰的一个狭窄的谱带（一个狭窄的谱带（H为荧光峰的半高宽为荧光峰的半高宽/谱谱带宽度）。带宽度）。2.荧光分析方法荧光分析方法（1）定性方法）定性方法 不同分子结构的各种荧光物质，具有不不同分子结构的各种荧光物质，具有不同的激发光谱（即吸取光谱）和荧光光谱，同的激发光谱（即吸取光谱）和荧光光谱，这是分子荧光分析的定性依据。这是分子荧光分析的定性依据。在定性分析时，一般是在确定试验条件下，用荧光分光光度计作试样和标样的激发光谱和荧光光谱，然后比较它们的光谱图，即可鉴

18、定试样物质。有时需变更溶剂后再比较它们的光谱图，如二者一样，即为同一物质。（2）定量方法）定量方法 目前，荧光分析多数用于荧光物质的定目前，荧光分析多数用于荧光物质的定量分析。常用的定量方法有干脆比较法、工量分析。常用的定量方法有干脆比较法、工作曲线法和内标法。作曲线法和内标法。a.干脆比较法 设CX、CS分别为试样和标样溶液的浓度，FX、FS和FX0、FS0分别为试样、标样荧光值和试样、标样的本底荧光值，因为 FX-FX0=KCX、FS-FS0=KCS,所以：Cx/Cs=(FX-FX0)/(FS-FS0)或 Cx=Cs(FX-FX0)/(FS-FS0)干脆比较法简洁快速，它要求被测样品浓度与

19、其相应的荧光值必需处于线性范围内。b.工作曲线法 先配一系列不同浓度的标准溶液并分别测定其荧光值，然后将减去试剂空白荧光值的标准溶液荧光值与其相应浓度作图，即得其工作曲线。依据试液及试液空白荧光值，在此曲线上即可找到试液的浓度。同时依据工作曲线的线性状况，可确定试液的最高浓度范围。c.内标法内标法 设C x、Cs分别为试样和标样浓度，F x、Fx0分别为试样和试样本底的荧光值；F s+x为试样加标样的混合溶液的荧光值。则 C x/CS=(FX-FX0)/(F S+x F x)或 C x=CS(FX-FX0)/(F S+x F x)除了这种内标计算法外，也可接受类似工作曲线的内标曲线法来求批量试

20、样的浓度。用内标法时，由于试样和标样的荧光值是在相同体系中测定的，因此可消退试样中某些杂质荧光的干扰。3.荧光分析中的主要影响因素荧光分析中的主要影响因素（1）溶液浓度：要求）溶液浓度：要求c0.05/L，当高浓度，当高浓度时，由于自熄灭和自吸取等缘由，使荧光强时，由于自熄灭和自吸取等缘由，使荧光强度与分子浓度不呈线性关系。度与分子浓度不呈线性关系。（2）溶剂的影响：）溶剂的影响：一般来说，随着溶剂介电常数的增大，荧光峰的波长越大，荧光效率也越大。在含有重原子的溶剂（如：碘乙烷CH3CH2I 和四溴化碳CBr4）中，由于重原子效应，增加系间窜跃速度，会使荧光减弱、磷光则相应增加。溶剂中杂质的荧

21、光光谱或溶剂的拉曼光谱可能干扰测定。若拉曼光处于荧光波长中，则产生干扰。消退干扰的方法有：（a）选用高辨别的仪器。（b）对纯溶剂的拉曼峰进行测定，然后在荧光光谱中进行校正。（3）温度的影响）温度的影响 大多数荧光物质都随其所在溶液的温度大多数荧光物质都随其所在溶液的温度上升荧光效率下降，荧光强度减小。上升荧光效率下降，荧光强度减小。例如：荧光素钠的乙醇溶液在例如：荧光素钠的乙醇溶液在-80C时，时，其荧光效率可达其荧光效率可达100%，当温度每增加，当温度每增加10C时，荧光效率约减小时，荧光效率约减小3%。明显随着溶液温度上升，会增加分子间碰撞的次数，促进分子内能的转化，从而导致荧光强度下降

22、。为此在很多荧光计的液槽上配有低温装置，以提高灵敏度。（4）pH的影响的影响 当荧光物质为弱酸或弱碱时，溶液当荧光物质为弱酸或弱碱时，溶液pH的的变更对溶液的荧光强度有很大的影响，这是变更对溶液的荧光强度有很大的影响，这是因为它们的分子和它们的离子在电子构型上因为它们的分子和它们的离子在电子构型上的差异。的差异。（5）荧光的熄灭）荧光的熄灭荧光分子与溶剂分子或其它溶质分子的荧光分子与溶剂分子或其它溶质分子的相互作用引起荧光强度降低的现象称为荧光相互作用引起荧光强度降低的现象称为荧光熄灭。这些引起荧光强度降低的物质称为熄熄灭。这些引起荧光强度降低的物质称为熄灭剂。灭剂。引起溶液中荧光熄灭的缘由很

23、多，机理引起溶液中荧光熄灭的缘由很多，机理也很困难。下面探讨几种导致荧光熄灭作用也很困难。下面探讨几种导致荧光熄灭作用的主要类型。的主要类型。（a）碰撞熄灭：碰撞熄灭是荧光熄灭的主）碰撞熄灭：碰撞熄灭是荧光熄灭的主要缘由。要缘由。它是指处于单重激发态的荧光分子它是指处于单重激发态的荧光分子M*与熄灭剂与熄灭剂Q发生碰撞后，使激发态分子以无发生碰撞后，使激发态分子以无辐射跃迁方式回到基态，因而产生熄灭作用。辐射跃迁方式回到基态，因而产生熄灭作用。碰撞熄灭的定量方程：F0/F-1=k Q 上式称为Stern-Volmer方程式。式中：k为熄灭常数；Q为熄灭剂浓度，单位mol/L；F0、F分别为熄灭

24、剂不存在时和存在时，溶液的荧光强度。）k与体系的粘度有关系，粘度越大，k越小；）k与体系的温度有关系，温度上升，k也上升；温度每上升1C，k值增加在2%以下；）熄灭剂的浓度Q不得大于10mol/L。（b）组成化合物的熄灭）组成化合物的熄灭有些荧光熄灭现象不能用碰撞熄灭理论有些荧光熄灭现象不能用碰撞熄灭理论来说明。来说明。例如：某些荧光物质溶液在加入一些熄例如：某些荧光物质溶液在加入一些熄灭剂之后，（灭剂之后，（*）溶液的吸取光谱有了显著）溶液的吸取光谱有了显著的变更，（的变更，（*）溶液的荧光强度显著降低。）溶液的荧光强度显著降低。比如：吖啶黄溶液受核酸的熄灭便是一个例子。加少量的核酸将使吖啶

25、黄溶液的荧光熄灭，且溶液的吸取光谱也发生显著位移。又如：某些荧光物质的溶液在加入熄灭剂之后，它的荧光强度随着温度的上升而增加。以上几种状况都是因为组成化合物熄灭所致。上述状况可能是：络合 M（有荧光）+Q MQ（无荧光）分解T，MQ M+Q（荧光增加）假如MQ的形成是由于强大的力，则MQ将具有它自己的特征吸取，因此溶液的吸取光谱也发生了变更。（c）转入三重线态（级）的熄灭）转入三重线态（级）的熄灭含溴化合物、碘化合物、硝基化合物、含溴化合物、碘化合物、硝基化合物、重氮化合物、羰基化合物、羧基化合物及某重氮化合物、羰基化合物、羧基化合物及某些杂环化合物，简洁转入三重线级，溶液中些杂环化合物，简洁

26、转入三重线级，溶液中绝大部分转入三重线级的分子在一般温度下绝大部分转入三重线级的分子在一般温度下不发光，它们将多余的能量消耗于它们与其不发光，它们将多余的能量消耗于它们与其他分子的碰撞之中，因而引起荧光熄灭。他分子的碰撞之中，因而引起荧光熄灭。溶液中的溶解氧常对荧光产生熄灭作用。这可能是由于顺磁性的氧分子与处于单重激发态的荧光物质分子相作用，促进形成顺磁性的三重态荧光分子，即加速系间窜跃所致。试验证明：O2的熄灭作用，似乎是随溶剂的介电常数的减小而增加，所以O2在水溶液中熄灭作用较小，而在有机溶剂中熄灭作用较强。（d）发生电子转移反应的熄灭）发生电子转移反应的熄灭 某些熄灭剂分子与荧光物质的分

27、子相互作用时，发生了电子转移的反应，即氧化-还原反应，因而引起荧光的熄灭。例：甲基兰荧光溶液被Fe2+熄灭D*+Fe2+D-+Fe3+有荧光 无荧光 发生电子转移反应的熄灭剂并不限于金属离子，I-，Br-，S2O32-等易于给出电子的阴离子对奎宁、罗丹明及荧光素钠等有机荧光物质也会发生熄灭作用。（e）荧光物质的自熄灭）荧光物质的自熄灭荧光物质溶液的浓度大于荧光物质溶液的浓度大于1g/L时，常常时，常常发生自熄灭现象，所以液态纯物质的荧光一发生自熄灭现象，所以液态纯物质的荧光一般都不猛烈。般都不猛烈。此种熄灭的缘由：此种熄灭的缘由：）由于浓度大，分）由于浓度大，分子碰撞几率大，因而引起能量损失大

28、；子碰撞几率大，因而引起能量损失大；）溶液浓度过高，物质分子发生二聚体乃至多溶液浓度过高，物质分子发生二聚体乃至多聚体，这些多聚体不发光。聚体，这些多聚体不发光。综上所述：综上所述：无论何种类型的熄灭作用，均随熄灭剂无论何种类型的熄灭作用，均随熄灭剂浓度的增加而增大。浓度的增加而增大。如对试液进行稀释则可消退或降低荧光如对试液进行稀释则可消退或降低荧光的熄灭作用。的熄灭作用。这里这里O2的熄灭作用并未消退，需在试液的熄灭作用并未消退，需在试液中通中通N2或或CO2以驱除以驱除O2，方可达到消退的，方可达到消退的目的。目的。（6）光散射）光散射光散射常常关系到一个试验的灵敏度和光散射常常关系到一

29、个试验的灵敏度和再现性。再现性。实践中常遇到的光散射包括溶液的瑞利实践中常遇到的光散射包括溶液的瑞利散射和拉曼散射、器壁的散射及胶粒的散射散射和拉曼散射、器壁的散射及胶粒的散射（丁铎尔散射）。（丁铎尔散射）。当物质分子吸取了频率较低的光能后，并不足使分子中的电子跃迁到电子的激发态，而只是上升到基态中较高的振动能级上去，若在10-1510-12s返回到原能级，此时辐射出和激发光相同波长的光，称为瑞利散射。若返回到较原能级稍高或稍低的振动能级上，辐射出较激发光稍长或稍短的光，称为拉曼散射。（7）表面吸附）表面吸附在稀溶液中（在稀溶液中（1 g/mL），表面吸附尤），表面吸附尤为明显，特殊是有机溶剂

30、，此吸附更为厉害。为明显，特殊是有机溶剂，此吸附更为厉害。溶质常常吸附在瓶子、吸管和吸取池等壁上。溶质常常吸附在瓶子、吸管和吸取池等壁上。芳香族化合物易吸附，并且所用溶剂的芳香族化合物易吸附，并且所用溶剂的极性越小，吸附就越大。极性越小，吸附就越大。在非极性溶剂中加一点极性溶剂，常常在非极性溶剂中加一点极性溶剂，常常可以削减这种吸附损失。可以削减这种吸附损失。3.4 荧光分析的仪器、特点及留意事项荧光分析的仪器、特点及留意事项.荧光的分析仪器荧光的分析仪器 由光源发出的光，经第一单色器（激发单色器）后，得到所须要的激发光波长。荧光物质被激发后，将向四面八方放射荧光，但为了消退入射光及散射光的影

31、响，荧光的测定应在与激发光呈直角的方向上进行。仪器中的其次单色器称为荧光单色器。它的作用是消退溶液中可能共存的其它光线的干扰，以获得所须要的荧光。(1)光源光源 光源应具有强度大，适用波长范围宽光源应具有强度大，适用波长范围宽两个特点。常用光源有高压汞灯和氙弧灯。两个特点。常用光源有高压汞灯和氙弧灯。高压汞灯常用在荧光计中，放射强度大而高压汞灯常用在荧光计中，放射强度大而稳定，但不是连续光谱。高压汞灯的平均寿稳定，但不是连续光谱。高压汞灯的平均寿命均为命均为15003000h，荧光分析中常用的是，荧光分析中常用的是365nm、405nm和和436nm三条谱线。三条谱线。v 氙弧灯（氙灯）是连续

32、光源，放射光束强度大，可用于200700nm波长范围。在200 400 nm波段内，光谱强度几乎相等。v 但氙灯须要稳压电源以保证光源的稳定。此外，高功率连续可调染料激光光源是一种新型荧光激发光源。激光光源的单色性好、强度大。脉冲激光的光照射时间短，并可避开感光物质的分解。(2)滤光片和单色器滤光片和单色器 在荧光计中，通常接受激发滤光片和荧在荧光计中，通常接受激发滤光片和荧光滤光片作为激发光束和荧光辐射的波长选光滤光片作为激发光束和荧光辐射的波长选择器。择器。而大部分的荧光光度计中至少选用一个，而大部分的荧光光度计中至少选用一个，而常常是用两个光栅单色器，且均带有可调而常常是用两个光栅单色器

33、，且均带有可调狭缝，以供选择合适的通带。狭缝，以供选择合适的通带。激发滤光片、激发单色器的作用是让所选择的激发光透过并照射于被测试样上；荧光滤光片、放射单色器的作用是把激发光所发生的容器表面的散射光、瑞利散射光和拉曼光以及溶液中杂质荧光滤去，让荧光物质发出的荧光通过而照射到检测器上。分光荧光计的入射狭缝及出射狭缝是用以限制通过波长的谱带宽度及照射到测定试样上的光能强度的。测定的目的不同，可以选择不同的狭缝，以获得较好的测定结果。(3)试样池试样池 荧光分析用的试样池须要用低荧光材荧光分析用的试样池须要用低荧光材料制成。常用石英为材料。料制成。常用石英为材料。试样池的形态以散射光较小的方形为试样

34、池的形态以散射光较小的方形为宜。有的荧光计附有恒温装置，便于限制宜。有的荧光计附有恒温装置，便于限制温度。温度。测定低温荧光时，在石英池外套上一测定低温荧光时，在石英池外套上一个盛有液氮的石英真空瓶，以便降低温度。个盛有液氮的石英真空瓶，以便降低温度。(4)检测器检测器 荧光的强度比较弱，因此要求检测器有荧光的强度比较弱，因此要求检测器有较高的灵敏度。较高的灵敏度。在荧光计中常用光电池或光电管检测。在荧光计中常用光电池或光电管检测。但在荧光分光光度计中常用光电倍增管检测。但在荧光分光光度计中常用光电倍增管检测。二极管阵列和电荷转移检测器也应用于二极管阵列和电荷转移检测器也应用于荧光光度计，它们

35、可以快速地记录激发和放荧光光度计，它们可以快速地记录激发和放射光谱，特殊适用于与色谱法或电泳法的联射光谱，特殊适用于与色谱法或电泳法的联用技术上。此外，可以记录二维荧光光谱图。用技术上。此外，可以记录二维荧光光谱图。目前，设计的很多荧光光度计具有不少新的功能。接受双光束荧光分析装置，可以提高方法的精度；接受凹面全息光栅的大孔径异面光学系统，可削减杂散光的影响，并使检测限达5pg/mL；v 接受“区分器”装置，可以识别暗电流而不予记录，以削减荧光信号的噪音等。v 不少仪器中还配有累加、微分、偏振、流淌注射和液相色谱联用装置等，大大扩展了荧光分析的应用范围。v 光学纤维可在远离光源和检测器不同的区

36、域中，进行几种荧光物质的分析。v 它是通过光学纤维将激发光源发出的辐射传输到待测试样，然后由同样的光学纤维将放射的荧光传输返回到检测器，进行测定。2.荧光分析的特点及留意事项荧光分析的特点及留意事项(1)荧光分析的特点荧光分析的特点a.灵敏度高灵敏度高 分子荧光法的灵敏度通常比分子吸取光分子荧光法的灵敏度通常比分子吸取光谱法高几个数量级（测定下限为谱法高几个数量级（测定下限为:0.1 0.001 g/g）。）。这是因为在荧光分析中，可以接受高强度的光源和高灵敏度的荧光检测系统，从而大大地提高了它的分析灵敏度。而在分子吸取光谱法中，由于是测量入射光和透射光的比率，因而实行提高光源强度的方法不能提

37、高分析灵敏度。b.干扰少 由于多种分子在紫外-可见光区都能产生吸取，但是其中只有一部分分子能再放射荧光，因此分子荧光法的固有干扰少。c.选择性强 因为荧光法不但可依据其特征放射（放射光谱），而且可以依据其特征吸取（激发光谱）来鉴定物质；而分光光度法只能依据被测物的特征吸取谱来鉴定。d.试样量少且方法简便 运用荧光微池用10L试液即可。e.能同时供应较多的物理参数 包括激发光谱、放射光谱、荧光强度、荧光总量、极值峰位、谱带宽度、量子产率、荧光寿命和荧光偏振等参数。(2)留意事项留意事项a.溶剂和化学试剂溶剂和化学试剂 对于溶剂，一是选择要适当，二是要足对于溶剂，一是选择要适当，二是要足够纯。在运

38、用波段范围内，选用的溶剂应无够纯。在运用波段范围内，选用的溶剂应无吸取才好；另外溶剂中也不应含有卤素、硝吸取才好；另外溶剂中也不应含有卤素、硝基化合物或重金属离子，否则会降低荧光强基化合物或重金属离子，否则会降低荧光强度。度。对于化学试剂，越纯越好。对于化学试剂，越纯越好。b.荧光的污染 荧光的污染源很多（如：活塞的润滑油、橡皮塞和软木塞、去污粉、洗液、滤纸和微生物等）。试验器皿须用1:1HNO3浸泡24小时或煮沸，再用蒸馏水洗净，凉干备用。3.5 荧光分析的试验技术荧光分析的试验技术1.荧光计的校正荧光计的校正(1)灵敏度的校正灵敏度的校正 荧光计的灵敏度可用被测出的最低信号荧光计的灵敏度可

39、用被测出的最低信号来表示；或用某一标准荧光物质的稀溶液在来表示；或用某一标准荧光物质的稀溶液在确定激发波长照射下，能放射出最低信噪比确定激发波长照射下，能放射出最低信噪比时荧光物质的最低浓度来表示。时荧光物质的最低浓度来表示。荧光分光光度计的灵敏度与三方面有关：（a）与仪器光源强度、单色器（包括透镜、反射镜等）的性能、放大系统的特征和光电倍增管的灵敏度有关；（b）与所选用的波长及狭缝宽度有关；（c）与空白溶剂的拉曼散射光、激发光和杂质荧光有关。由于影响荧光计灵敏度的因素很多，同一型号的仪器，甚至同一台仪器，在不同时间操作所测得的结果也不尽相同。因而在每次测定时，在选定波长及狭缝宽度的条件下，先

40、用一种稳定的荧光物质，配成浓度一样的标准溶液进行校正（或称：标定），使每次所测得的荧光强度调整到相同的数值（50%或100%）。假如被测物质所产生的荧光很稳定，自身就可作为标准溶液。从紫外区到可见区常用的标准荧光物质有：酚（溶于甲醇）、吲哚（溶于乙醇）、奎宁（溶于0.05mol/L的H2SO4溶液）及荧光素（溶于水或乙醇）等。最常用的是硫酸奎宁，其产生的荧光特别稳定。(2)波长校正波长校正 荧光分光光度计的波长刻度在出厂前一荧光分光光度计的波长刻度在出厂前一般都经过校正，但若仪器的光学系统和检测般都经过校正，但若仪器的光学系统和检测器有所变动，或在较长时间运用后，或在重器有所变动，或在较长时间

41、运用后，或在重要部件更换之后，有必要用汞弧灯的标准谱要部件更换之后，有必要用汞弧灯的标准谱线对单色器的波长刻度重新校正，特殊在精线对单色器的波长刻度重新校正，特殊在精细分析工作中尤为重要。细分析工作中尤为重要。(3)激发光谱和荧光光谱校正激发光谱和荧光光谱校正 用荧光分光光度计测得的激发光谱或荧用荧光分光光度计测得的激发光谱或荧光光谱，往往是表观的，不是真实的。光光谱，往往是表观的，不是真实的。其缘由很多：单色器波长刻度不够精确；其缘由很多：单色器波长刻度不够精确；拉曼散射光的影响以及狭缝宽度较大等，但拉曼散射光的影响以及狭缝宽度较大等，但这些因素都可消退或得到校正。最主要的是这些因素都可消退

42、或得到校正。最主要的是光源的强度随波长而变，检测器的响应与波光源的强度随波长而变，检测器的响应与波长不成线性。长不成线性。当用单光束荧光分光光度计测定激发光谱和荧光光谱时，因为不用参比溶液作相对校正，影响特殊大。尤其是当峰的波特长在检测器灵敏度曲线的陡坡时，误差最显著。因此，先将每一波长的光源强度调整到一样（用仪器附有的校正设备），然后依据表观光谱上每一波长的强度除以检测器对每一波长的响应强度进行校正，以消退这种误差。校正的方法常由于仪器不同而不完全相同。目前生产的荧光分光光度计大多接受双光束光路，可用参比光束抵消光学误差。2.试验新技术(1)时间辨别技术 时间辨别发光光谱技术是基于不同发光体

43、的发光衰减速率的不同，配置运用带时间延迟设备的脉冲光源（闪光灯或激光器）和带有门控时间电路的检测器件（见下图），通过选定延迟时间td和门控时间tg，对放射单色器进行扫描，得到时间辨别放射光谱，从而实现对光谱重叠但发光寿命不同的组分进行辨别和分别测定。或者固定激发与放射波长，对门控时间扫描，得到发光强度随时间的衰减曲线，从而实现发光寿命的测量。时间辨别技术还能利用不同发光体形成速率的不同进行选择性测定。(2)偏振和各向异性技术偏振和各向异性技术 在偏振光激发下，荧光体所放射的荧光在偏振光激发下，荧光体所放射的荧光在空间取向强度不同，即偏振光。荧光偏振在空间取向强度不同，即偏振光。荧光偏振和各向异

44、性测定，即只需在荧光分光光度计和各向异性测定，即只需在荧光分光光度计的激发和放射光路上分别加上起偏器和检偏的激发和放射光路上分别加上起偏器和检偏器（统称偏振附件）。器（统称偏振附件）。在处的荧光偏振P()和各向异性r()值可按如下公式计算：P()=III()-GI()/III()+GI()r()=III()-GI()/III()+2GI()式中：III()和I()分别是检测器的取向平行和垂直于起偏器取向时在波长处视察到的荧光强度，G为校正因子，可试验测定。由于荧光偏振不仅与荧光体分子形态、光选择性和荧光体吸光对偏振激发的取向等内在因素有关，而且很多外界因素，如：环境的粘度等都会影响和变更其偏振

45、度，从而在生化领域中获得了广泛的应用。荧光体的偏振度与荧光体的转动速度成反比这一特性，可用于荧光免疫分析。若接受脉冲偏振光激发荧光体，还可以进行荧光偏振及各向异性的时间辨别测量。（3）同步扫描技术）同步扫描技术 依据激发和放射单色器在扫描过程中彼依据激发和放射单色器在扫描过程中彼此间所保持的关系，同步扫描技术可分为：此间所保持的关系，同步扫描技术可分为：固定波长差、固定能量差和可变角（可变波固定波长差、固定能量差和可变角（可变波长）同步扫描。长）同步扫描。同步扫描技术具有使光谱简化，谱带窄化，提高辨别率，削减光谱重叠，提高选择性和削减散射光影响等诸多优点。这种光谱简化，虽然损失了其它光谱带所包

46、含的信息，对光谱学的探讨不利，但是对分析工作却特别有利，可以避开其它谱带存在所引起的干扰，提高测量的选择性。固定波长差同步扫描中，波长差的选择干脆影响到同步光谱的形态、带宽和信号强度，从而供应了一种提高选择性的途径。目前，有关合适的选择已有若干理论探讨，但在实际应用中多依据具体的发光体系通过试验加以选择。固定能量差（）同步扫描可能克服0-0带跃迁特别弱甚至不显现的状况，以及不同组分对的不同要求所带来的困难。有可能对同一类化合物（如：多环芳烃）只选择一个值用于整个光谱的扫描。同时还能最大限度地减小瑞利散射和拉曼散射的干扰。可变角同步扫描技术可进一步提高测量的选择性。同步荧光分析方法的应用:固定波

47、长差同步荧光分析 多环芳烃和生物大分子的检测 小分子与蛋白相互作用的热力学探讨 固定能量差同步荧光分析 多环芳烃的检测v可变角同步荧光分析v 自然产物检测v 高背景体系中微量组分的检测(4)三维光谱三维光谱 三维荧光光谱（亦称：总发光光谱或激三维荧光光谱（亦称：总发光光谱或激发发-放射矩阵图）技术与常规荧光分析的主放射矩阵图）技术与常规荧光分析的主要区分是能获得激发波长和放射波长同时变要区分是能获得激发波长和放射波长同时变更时的荧光强度信息。更时的荧光强度信息。三维荧光光谱有两种表示形式：等（强三维荧光光谱有两种表示形式：等（强度）高线图（如下图中带圈的部分）和等角度）高线图（如下图中带圈的部

48、分）和等角三维投影图。三维投影图。等高线图易于获得更多的信息和体现与等高线图易于获得更多的信息和体现与常规荧光光谱和同步光谱的关系。常规荧光光谱和同步光谱的关系。三维光谱技术能获得完整的光谱信息，是一种很有价值的光谱指纹技术。可在石油勘采中用于油气显示和矿源判定；在环境检测和法庭判证中用于类似可疑物的鉴别；临床医学中用于癌细胞的协助诊断和不同细菌的表征和鉴别；另外，作为一种快速检测技术，对化学反应的多组分动力学探讨具有独特的优点。3.6 荧光分析的用途荧光分析的用途 分子荧光分析，是测量试样溶液在光源分子荧光分析，是测量试样溶液在光源辐射激发下产生的荧光光谱及荧光强度，从辐射激发下产生的荧光光

49、谱及荧光强度，从而鉴别待测物质和测定其含量的一种分子光而鉴别待测物质和测定其含量的一种分子光谱分析方法，它事实上是一种利用光能激发谱分析方法，它事实上是一种利用光能激发的分子放射光谱分析法。它在实际应用中主的分子放射光谱分析法。它在实际应用中主要用于微量物质的定量分析。要用于微量物质的定量分析。v 荧光法作为一种高灵敏度的分析手段，被广泛地应用于各个领域。可用荧光法测定的元素达70多种，可用荧光法测定的有机化合物为数更多，至少在数百种以上。1.无机化合物的荧光分析无机化合物的荧光分析 能发生分子荧光的无机物很少，因此一能发生分子荧光的无机物很少，因此一些无机元素需与某些有机试剂生成荧光络合些无

50、机元素需与某些有机试剂生成荧光络合物后进行间接测定。物后进行间接测定。较常接受荧光法测定的元素有：较常接受荧光法测定的元素有：Be、Al、B、Ga、Se、Mg及某些稀土元素等。及某些稀土元素等。可测量约可测量约60多种元素，测定的方法可以分为多种元素，测定的方法可以分为以下四种：以下四种：(1)荧光熄灭法荧光熄灭法：一些元素可用荧光熄灭法进行测定，这些元素的离子从发生荧光的其它金属有机试剂络合物中夺取该有机试剂或金属离子以组成更稳定的络合物或难溶化合物，从而导致荧光强度的降低，由荧光强度降低的程度来测定该元素的含量。用该法测定的元素有：F、Cl、S、Fe、Ag、Co和Ni等。(2)催化荧光法：