荧光光谱法
分子荧光光谱法
磷光是分子吸光成为激发态分子，在返回基态时 的发光现象.
荧光：受光激发的分子从第一激发单重态的最低 振动能级回到基态所发出的辐射。
磷光： 从第一激发三重态的最低振动能级回到基 态所发出的辐射。
1~3 ;
荧光分析法的特点
★★★
因应能试
为用提样
有范供用
态．当吸收一定频率的电磁辐射发生能级跃迁时，可上升到不同激发态
的各振动能级，其中多数分子上升至第一激发单重态这一过程约需１０-
15秒.
激发
2 去活化过程
激发态分子的失活: 激发态分子不稳定，它要以辐射 或无辐射跃迁的方式回到基态
☆振动驰豫 (Vibrational relaxation)
☆荧光发射(Fluorescence)
荧光分析法的应用
无机物分析 无机离子中除少数例外一般不发荧光.但很多 无机离子能怀一些有机试剂形成荧光络合物,而进行定量 测定.
生物化学及生理医学方面的应用 荧光法对于生物中许多 重要的化合物具有很多的灵敏度和较好的物效性,故广用 于生物化学分析,生理医学和临床分析.
药物分析
目前还采用荧光分光光度计作为高效液相色谱,薄层色谱 和高效毛细管电泳等的检测器,使有效的分离手段与高灵 敏度,高选择性的测定方法结合起来,可用于测定复杂的混 合物.
荧光与环境因素的关系
★温度降低会使荧光强度增大； ★PH 带有酸性或碱性取代基的芳 香化合物的荧光与pH有关； ★溶剂 溶剂极性增加有时 会使荧光强度增加，荧光波长红移； 若溶剂和荧光物质形成氢键或使荧 光物质电离状态改变，会使荧光强度 、荧光波长改变；含重原子的溶剂 （碘乙烷、四溴化碳）使荧光减弱。 ★溶解氧的存在往往使荧光强度 降低。 ★激发光的照射
原子荧光光谱法
原子荧光光谱法原子荧光谱（AFS）是介于原子发射光谱（AES）和原子吸收光谱（AAS）之间的光谱分析技术，它的基本原理就是：基态原子（一般蒸气状态）吸收合适的特定频率的辐射而被激发至高能态，而后激发过程中以光辐射的形式发射出特征波长的荧光。
一、原子荧光光谱法原理1．1原子荧光的类型以及荧光猝灭（1）共振荧光当原子受到波长为入A的光能照射时，处于基态E0（或处于E0邻近的亚稳态E1）的电子跃迁到激发态E2,被激发的原子由E2回到基态E0（或亚稳态E1）时，它就放出波长入F的荧光。
这一类荧光称为共振荧光。
（2）直跃线荧光荧光辐射一般发生在二个激发态之间，处于基态E0的电子被激发到E2能级，当电子回到E1能级时，放出直跃荧光。
（3）阶跃线荧光当处于激发态E2的电子在放出荧光之前，由于受激碰撞损失部分能量而至E1回到基态时，放出阶跃线荧光。
（4）热助阶跃线荧光原子通过吸收光辐射由基态E0激发至E2能级，由于受到热能的进一步激发，电子可能跃迁至E2相近的较高能级E3,当其E3跃迁至较低的能级E1（不是基态E0）时所发射的荧光称为热助阶跃荧光。
小于光源波长称为反stoke效应。
（5）热助反stokes荧光（略）某一元素的荧光光谱可包括具有不同波长的数条谱线。
一般来说，共振线是最灵敏的谱线。
处于激发态的原子寿命是十分短暂的。
当它从高能级阶跃到低能级时原子将发出荧光。
M*TM+hr除上述以外，处于激发态的原子也可能在原子化器中与其他分子、原子或电子发生非弹性碰撞而丧失其能量。
在这种情况下，荧光将减弱或完全不产生，这种现象称为荧光的猝灭。
荧光猝灭有下列几类型：1）与自由原子碰撞M*+X=M+XM*T激发原子X、MT中性原子2）与分子碰撞M*+AB=M+AB这是形成荧光猝灭的主要原因。
AB可能是火焰的燃烧产物；3）与电子碰撞M*+e-=M+E-此反应主要发生在离子焰中4）与自由原子碰撞后，形成不同激发态M*+A=M x+AM*、M x为原子M的不同激发态5）与分子碰撞后，形成不同的激发态M*+AB=M x+AB6）化学猝灭反应M*+AB=M+A+BA、B为火焰中存在的分子或稳定的游离基2．荧光强度与分析物浓度间关系原子荧光强度I f与试样浓度C以及激发态光源的辐射强度I0存在以下函数关系I f二①I根据比尔一朗伯定律厅叫口•e-KLN]式中：①-原子荧光量子效率I-被吸收的光强I0-光源辐射强度K一峰值吸收系数L一吸收光程N一单位长度内基态原子数按泰勒级数展开，当N很小，则原子荧光强度I f表达式可简化为：I f二①I0KIN当所有实验条件固定时，原子荧光强度与能吸收辐射线的原子密度成正比，当原子化效率固定时，I f与试样浓度C成正比，即I=aC f上式线性关系，只在浓度低时成立。
第五章 荧光及磷光光谱法
磷光是分子吸光成为激发态分子，在返回基态时 的发光现象。
光致发光
常见的光致发光现象是荧光和磷光。
荧光:
激发光停止照射后，发光过程持续
10-9-10-6s。
磷光:
激发光停止照射后，发光过程持续 10-3-10s。
分析方法特点： ★灵敏度高。检测限比吸收光谱法低1~3个 数量级； ★线性范围宽，试样用量少，方法简便； ★选择性比吸收光谱法好。因为能产生紫外 可见吸收的分子不一定发射荧光或磷光；
活的机率下降，荧光量子效率提高。如荧光素和酚 酞有相似结构，荧光素有很强的荧光，酚酞却没有，
芴的荧光强，而联苯的荧光弱。
5.3 影响因素
5.3.1 温度与溶剂效应
溶剂效应
溶剂的影响可分为一般溶剂效应和特殊溶剂效应。 一般溶剂效应指的是溶剂的折射率和介电常数的影响。 特殊溶剂效应指的是荧光体和溶剂分子间的特殊化学作 用，如氢键的生成和化合作用。 一般溶剂效应是普遍的，而特殊溶剂效应则决定于
12:36:43
去活化 (5) 磷光发射
T1最低振动能级→ S0时产生磷光辐射 10-2-10s，寿命长多了！能量更低！
室 温 无 磷 光
(6) 外部转换 external conversion
激发态分子和溶剂等能量转换 荧光/磷光 消失，称熄灭或猝灭
12:36:43
去活化演示 驰豫 吸收
e
e
e
基态单重态
激发单重态
激发三重态
5.2.2
去活化过程
电子处于激发态是不稳定状态，返回基态时， 通过辐射跃迁(发光)和无辐射跃迁等方式失去能 量；激发态停留时间短、返回速度快的途径，发 生的几率大，发光强度相对大。
传递途径 辐射跃迁 无辐射跃迁
原子荧光光谱法的特点
原子荧光光谱法的特点介绍如下：
原子荧光光谱法是一种用于分析物质成分的分析技术，其特点如下：
1.高灵敏度：原子荧光光谱法可以检测到非常微量的元素，灵敏度可达到ppb或更低。
2.高选择性：不同元素在原子荧光光谱中具有独特的发射光谱，因此可以实现元素的
高选择性分析。
3.宽线性范围：原子荧光光谱法对元素的检测范围广泛，可以同时检测多个元素。
4.高精确度：原子荧光光谱法具有很高的精确度和重现性，可以满足大多数实际应用
的要求。
5.无需前处理：样品准备简单，不需要进行复杂的前处理，可以直接进行分析。
6.非破坏性分析：原子荧光光谱法是一种非破坏性分析技术，可以对物质进行分析而
不影响其物理和化学性质。
总之，原子荧光光谱法具有高灵敏度、高选择性、宽线性范围、高精确度、无需前处理和非破坏性等优点，在材料分析、环境监测、地质勘探等领域得到广泛应用。
原子荧光光谱法的基本原理
原子荧光光谱法的基本原理原子荧光光谱法涉及两个主要的过程：激发和发射。
激发是指将待测物质原子或离子中的电子从基态跃迁到高能级的过程。
这可以通过热激发、电子碰撞或光激发等方式实现。
在激发过程中，电子吸收了足够的能量，从低能级跃迁到高能级。
在原子或离子激发到高能级之后，它们会迅速返回到基态。
这过程中，电子会释放出能量，发射光谱。
发射光谱是原子或离子特有的，各自具有离子半径、电子壳层结构等特征。
发射光谱中的光子的能量和波长与电子的能级差有关。
由于每个元素都有一组特定的能级，因此每个元素都有其自己的发射光谱。
通过测量物质发射的特定波长光谱，可以确定其成分和浓度。
原子荧光光谱法中的两种主要类型是原子荧光光谱和离子荧光光谱。
原子荧光光谱是通过将待测物质原子激发到高能级，然后测量其发射光谱来分析物质。
离子荧光光谱是指将待测物质中的离子激发到高能级，然后测量其发射光谱来进行分析。
原子荧光光谱法有许多优点，使其成为分析化学中常用的方法之一、首先，原子荧光分析具有高选择性和灵敏度。
由于每个元素有其独特的发射光谱，可以通过测量特定波长的光谱来确定元素的存在和浓度。
其次，原子荧光法具有广泛的线性范围。
根据信号强度和浓度之间的关系，可以在不同浓度范围内进行定量分析。
此外，原子荧光光谱法具有较高的重现性和可靠性，可用于分析各种样品类型。
然而，原子荧光法也有一些局限性。
首先，原子荧光光谱法只能用于分析原子或离子的成分，不能用于分析分子形式的物质。
此外，原子荧光光谱方法的灵敏度相对较低，对于一些低浓度元素的分析可能不够敏感。
同时，由于原子荧光光谱法对样品制备要求较高，因此在样品处理上可能需要一些额外的步骤。
综上所述，原子荧光光谱法是一种常用的分析方法，通过激发和测量待测物质原子或离子的发射光谱来确定其成分和浓度。
它具有高选择性、灵敏度、线性范围广等优点，但也受到一些限制。
随着技术的不断发展，原子荧光光谱法将继续在分析化学领域中发挥重要作用。
x荧光光谱法
x荧光光谱法X荧光光谱法（X-ray fluorescent spectroscopy，XRF）是现代分析科学中常用的一种无损表面分析技术。
它通过测量物质被激发后放射出的X射线能谱图，从而确定样品中各种基本元素的相对含量和结构信息。
X荧光光谱法具有高灵敏度、高分辨率、广泛适用性等优点，在材料科学、地球科学、环境科学、矿业勘探等领域有着广泛的应用。
本文将详细介绍X荧光光谱法的原理、仪器设备以及应用领域。
一、X荧光光谱法的原理1.1 X射线的产生和相互作用X射线是电磁波谱中波长最短的一种辐射。
X射线的产生主要有两种途径：一种是由高能电子通过急剧的减速过程产生的，称为广义X射线；另一种是由高能粒子与物质相互作用而产生的，如β粒子与重原子核相互作用产生的射线，称为硬X射线。
当高能电子与物质相互作用时，会发生三种主要的相互作用过程：电离作用、激发作用和散射作用。
这些相互作用过程对物质的特性有很大的影响。
其中，电离作用是指电子与物质原子中的电子发生碰撞，导致电子被打出原子，产生电离现象。
激发作用是指电子与物质原子中的内层电子发生碰撞，使内层电子被激发到高能级，然后返回基态时放出能量。
散射作用是指电子与物质原子中的电子发生弹性碰撞，改变方向后出射。
1.2 X荧光光谱法的原理X荧光光谱法是利用物质受激发后放射出的X射线能谱图来分析样品中的成分和结构信息。
当X射线照射到物质上时，物质原子的内层电子可以被激发到高能级，然后返回基态时会放出能量。
这些能量的大小和原子的电子能级差有关，不同元素的电子能级差是不同的。
当物质被X射线照射时，其中的原子会被激发，激发后返回基态时放出的能量就形成了一系列特定的X射线能谱线。
这些能谱线对应着不同元素的电子能级差，因此可以通过测量物质放射出的X射线能谱图来确定样品中各种基本元素的相对含量和结构信息。
1.3 X荧光光谱法的仪器设备X荧光光谱法主要的仪器设备有X射线发生器、样品支架、能谱仪和数据处理系统。
波长色散x射线荧光光谱法
波长色散x射线荧光光谱法
波长色散X射线荧光光谱法是一种通过X射线照射试样，激发产生各种波长的光，然后通过晶体衍射进行空间色散，分别测量不同波长的X射线分析线峰值强度，进行定性和定量分析的方法。
该方法可以分为顺序式（或称单道式或扫描式）、同时式（或称多道式）谱仪、和顺序式与同时式相结合的谱仪三种类型。
顺序式通过扫描方法逐个测量元素，因此测量速度通常比同时式慢，适用于科研及多用途的工作。
同时式则适用于相对固定组成，对测量速度要求高和批量试样分析。
顺序式与同时式相结合的谱仪结合了两者的优点。
波长色散X射线荧光光谱法是一种相对分析方法，光谱仪只提供X射线荧光的强度，要找到荧光强度与样品浓度的关系，需要一套高质量的标准样品，根据元素的浓度和已测的该元素的特征谱线的强度按一定关系进行拟合绘制工作曲线，以该工作曲线为基础测试同类型样品元素的组成和含量。
化学实验中的荧光光谱分析
化学实验中的荧光光谱分析荧光光谱分析是一种常用的分析技术，它能够通过测量物质在激发光作用下产生的荧光发射，来获得物质的结构和性质信息。
在化学实验中，荧光光谱分析被广泛应用于物质的定性和定量分析。
本文将介绍荧光光谱分析的原理、仪器以及实验操作。
一、荧光光谱分析的原理荧光现象是物质吸收能量后返回基态时发出的光辐射。
当物质受到紫外光或其他能量激发时，部分电子被激发至高能级，由于高能级的不稳定性，电子会迅速返回基态，并释放出荧光发射光。
荧光光谱分析便是基于这种原理进行的。
荧光光谱分析的关键是荧光的激发和发射过程。
首先，物质被激发后，激发态的电子会从吸收态跃迁到激发态，这个过程称为激发过程。
然后，在电子返回基态的过程中，由于能级差异，荧光光子会被发射出来，这个过程称为发射过程。
不同元素和化合物的荧光光谱具有独特的特征，可以对其进行分析和鉴定。
二、荧光光谱分析的仪器荧光光谱分析的仪器主要包括荧光光谱仪和激发光源。
其中，荧光光谱仪主要用于测量荧光发射光的强度和波长，激发光源则用于提供激发光。
荧光光谱仪通常由光源、样品室、分光仪和检测器等部分组成。
光源可以是氘灯、氙灯或者激光器。
样品室是放置样品的地方，通常使用石英或者玻璃制成，以透明材料为主要考虑因素。
分光仪可以将发射光按照波长进行分散，在荧光光谱仪中一般使用光栅作为分散元件。
检测器则用于测量发射光的强度，常见的检测器包括光电二极管和光电倍增管。
激发光源的选择主要根据被测物质的特点和分析要求。
一般来说，紫外光源是常用的激发光源之一，可以提供短波长的光线。
此外，还可以使用激光器作为激发光源，激光器的优点是能够提供大功率和单一波长的光。
三、荧光光谱分析的实验操作进行荧光光谱分析时，需要根据实际情况选择合适的荧光光谱仪和激发光源，然后按照以下步骤进行实验操作。
1. 准备样品：将待测物质制备成适当的溶液或固体样品。
2. 调节仪器参数：根据被测物质的性质和实验要求，调节荧光光谱仪的参数，如选择合适的激发波长和检测范围等。
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荧光分析法测定维生素B2
一、实验目的
1.学习与掌握荧光光度分析法测定维生素B2的基本原理与方法;
2.熟悉荧光分光光度计的结构及使用方法;
3、学习掌握固体及液体试样的荧光测试方法。
二、实验原理
当用一种波长的光照射某种物质时,这种物质会在极短的时间内,发射出一种比照射光波长较长的光,这种发射出来的光就叫做荧光。
当照射光停止照射时,荧光也随之很快地消失。
利用某些物质被紫外光照射后所产生的、能够反映出该物质特性的荧光,以进行该物质的定性分析与定量分析,称为荧光分析。
实验证明,荧光通常发生于具有刚性平面的л-电子共轭体系分子中。
随着л-电子共轭度与分子平面度的增大,荧光也就越容易产生。
因此几乎所有对分析化学有用的荧光体系都含有一个以上的芳香基团,芳环数越多,荧光愈强。
能发荧光的纯无机物很少,通常就是利用有机配位体与金属离子形成荧光络合物进行无机离子的分析。
图1.荧光分光光度计的结构原理图
荧光分光光度计工作原理(图1)可简述为:光源发出的光束经激发单色器色散,提取所需波长单色光照射于样品上,由样品发出的荧光经发射单色器色散后照射于检测器上,检测器把荧光强度信号转变为电信号并经放大器放大后,由信号显示系统显示或者记录。
荧光光谱包括激发光谱与发射光谱两种。
激发光谱就是就是指发射单色器波长固定,而激发单色器进行波长扫描所得到的荧光强度随激发光波长变化的曲线。
荧光发射光谱就是指激发单色器波长固定,发射单色器进行波长扫描所得到的荧光强度随发射光波长变化的曲线。
一般所说的荧光光谱实际上仅指荧光发射光谱。
这一光谱为分析指出了最佳的发射波长。
荧光定性定量分析与紫外可见吸收光谱法相似。
定性时,就是将实验测得样品的荧光激发光谱与荧光发射光谱与标准荧光光谱图进行比较来鉴定样品成分,一般荧光定性的依据就是荧光光谱峰的个数、位置、相对强度及轮廓。
定量分析时,一般以激发光谱最大峰值波长为激发光波长,以荧光发射光谱最大峰值波长为发射波长,测量样品的荧光强度。
对同一物质而言,荧光强度F 与该物质的浓度c 有以下的关系:
F = 2、303Фf I0 a b c ⑴
Фf－荧光过程的量子效率; a－荧光分子的吸收系数;
I0－入射光强度; b－试液的吸收光程。
在I0 与b 不变时,2、303Фf I0 a b为常数,则⑴式可以表示为
F＝Kc ⑵
⑵即可作为荧光定量检测的依据。
图2 VB2的结构式
如图2 所示,VB2具有一个芳香环结构及л-电子共轭体系,在430 nm～460 nm 蓝光的照射下,发出绿色荧光,其峰值波长为527 nm。
VB2的荧光在pH=6～7 时最强,在pH=11 时消失。
三、仪器与试剂
1.仪器:Cary Eclipse 荧光分光光度计(原美国瓦里安公司,现美国安捷伦公司)。
2.试剂:
(1)VB2标准溶液(10、0 mg/L:准确称取10、0 mg VB2,将其溶解于少量的1% HAc 中,转移至1 L 容量瓶中,用1% HAc 稀释至刻度,摇匀。
转移至棕色试剂瓶中,置阴凉处保存。
(2)待测液:取市售VB2一片,用1% HAc 溶液溶解,定容到1000mL,贮于棕色试剂瓶中,置阴凉处保存。
四、实验步骤
1、液体样品测试
1、1、标准系列溶液的配制
取五个干净的25 mL 容量瓶,分别加入1、00、2、00、3、00、4、00 与5、00 mL VB2标准溶液,再分别加入4、00、3、00、2、00、1、00及0、00 mL 1%的醋酸,用蒸馏水稀释至刻度,摇匀。
1、2.VB2发射光谱的制作
将激发单色器固定为449 nm,发射单色器在470-800 nm范围内进行波长扫描,分别制作五个标准样品的荧光发射光谱。
1、3.标准曲线的制作
以VB2标准溶液的浓度为横坐标,相应发射光谱的峰值荧光强度为纵坐标,绘制用于VB2定量检测的标准曲线并得出相应的标准线方程。
1、4.未知试样的测定
取待测液2、50 mL 置于25 mL 容量瓶中,加入2、50mL 1%的醋酸,用H2O 稀释至刻度,摇匀。
用测定标准系列时相同的条件,测量其荧光强度。
将测定的荧光强度代入标准曲线方程,计算出未知试样中VB2的浓度。
2、固体样品测试
2、1、制样
取适量VB2样品,置于样品池石英片上,旋紧样品池的螺丝,使VB2粉末在石英片上平铺一层,再将样品池置于固体样品架上。
2、2、固体VB2荧光发射光谱的制作
用与液体样品测试相同的参数设置,进行VB2固体荧光发射光谱的测试。
五、思考题
1.荧光测定时,为什么激发光的入射与荧光的接收不在同一直线上,而成一定角度？
2.改变激发波长,荧光发射光谱会有何变化？为什么？
附:预习指南
在预习时,请复习以下相关知识点
①物体所发的光就是复合光
②点光源发的光具有各向同性
③光的波粒二象性
④光的能量与波长的关系
⑤能量守恒定律
⑥共振。