第六章--荧光分光光度法全解
荧光分光光度法的名词解释
荧光分光光度法的名词解释荧光分光光度法是一种常用于分析化学领域的光谱分析技术。
它主要利用物质在受到紫外光激发后吸收能量并发射出可见光的特性进行定量和定性分析。
一、荧光现象解析1. 光激发与光发射在荧光分光光度法中，样品通常处于低能量状态，并能吸收特定波长的紫外光。
当样品受到紫外光激发后，部分激发态的分子会跃迁至高能量的激发态。
而在分子返回低能量态的过程中，会发射出比激发态能级较低的可见光，形成荧光现象。
这可用于分析样品的组成、浓度、结构及化学性质等。
2. 荧光寿命荧光寿命是指物质从受到激发到光发射结束所经过的时间。
荧光分光光度法可通过测量样品中发射的荧光光强随时间的变化，计算出荧光寿命。
荧光寿命与物质的环境、浓度、分子结构等因素有关，因此可以用来定量分析。
二、荧光分光光度法的原理1. 荧光光谱分析荧光分光光度法通过测量样品的荧光光谱来分析物质的成分和性质。
利用荧光光谱可以确定荧光发射的波长范围，并对不同波长处的发射强度进行测量。
这些荧光光谱图可以用来确定物质的定性和定量分析。
2. 荧光光度法荧光光度法利用荧光光度计测量样品的荧光强度和荧光寿命。
荧光光度计通常包含紫外-可见光源、光栅或单色仪、荧光探测器等。
样品受到激发后发射的荧光光通过光栅或单色仪进行分光，然后荧光探测器测量各个波长处的荧光强度。
这种光度计可提供高灵敏度和准确的荧光测量结果。
三、荧光分光光度法的应用1. 化学分析荧光分光光度法广泛应用于化学分析领域。
它可以通过测量荧光光谱和荧光强度，实现对物质浓度的定量测定，如荧光显微分析、荧光光谱分析、化学发光等。
此外，荧光分光光度法还可用于监测环境中的有毒物质和污染物。
2. 生物医学研究荧光分光光度法在生物医学研究中也具有重要应用。
例如，可以利用荧光探针与特定的生物分子结合，实现对DNA、RNA、蛋白质等生物分子的定性和定量分析。
此外，荧光分光光度法在药物研究、生物标记物探测、细胞成像等方面也发挥重要作用。
第六章 仪器分析 荧光分析法
第6章 荧光分析法
磷光发射：电子由第一激发三重态的最低 振动能级→基态（ T1 → S0跃迁）。
1.基本原理
无辐射跃迁方式 振动弛豫：同一电子能级内以热能量交换形式 由高振动能级至低相邻振动能级间的跃迁。
内转换：能量差较小的激发态之间，部分能量 重叠，激发态由高电子能级转移至低电子能级 的无辐射能级交换。
外转换：激发分子与溶剂或其他分子之间产生 相互作用而转移能量的非辐射跃迁；外转换使 荧光或磷光减弱或“猝灭”。 体系间跨越：不同多重态,有重叠的振动能级间 的非辐射跃迁。
2.荧光分光光度计
（2）单色器 选择激发光波长的第一单色器 选择发射光(测量)波长的第二单色器
（3）样品池
低荧光的玻璃或石英 方形适用于90°测量 （4）检测器 光电倍增管 （5）读出装臵
2.荧光分光光度计
2.2 仪器的校正
(1)灵敏度校正 (2)波长校正 (3)激发光谱和荧光光谱的校正
3.分析方法 3.1 荧光强度与物质浓度的关系
1.基本原理
（3）影响荧光强度的外部因素
① 温度 温度升高，荧光物质的荧光效率和荧光 强度下降。 其中一个原因是分子的内部能量转化作 用。当激发分子接受额外热能时，有可能使 激发能转换为基态的振动能量，随后迅速振 动弛豫而丧失振动能量。另一个原因是碰撞 频率增加，使外转换的去活几率增加。
1.基本原理
1.基本原理
1.基本原理
荧光分光光度法的原理
荧光分光光度法的原理荧光分光光度法是一种常用的分析技术，主要用于测定物质中的荧光发射强度。
它基于荧光物质吸收能量后发生激发态转变的原理，通过测量样品在不同波长下发射的荧光强度来分析物质的成分和浓度。
荧光分光光度法的原理基于荧光现象，即物质在吸收辐射能量后，会从基态跃迁到激发态，然后再发射出荧光。
这种荧光发射的波长和强度与物质的结构和环境有关，因此可以通过测量荧光的特性来获得样品的信息。
荧光分光光度法的基本装置包括激发源、选择性的滤光片或光栅、样品池和荧光检测器。
激发源通常使用紫外光或可见光，其波长可以根据待测样品的特性进行选择。
滤光片或光栅用于选择特定的波长范围，以便测量样品在该波长下的荧光强度。
样品池用于容纳待测样品，并通过光路使激发光和荧光光进入检测器进行测量。
在进行荧光分光光度测量时，首先需要选择适当的激发光源和荧光检测器，以及调节合适的滤光片或光栅。
然后将待测样品放入样品池中，使其与激发光发生作用。
样品吸收激发光后，发生激发态转变，并发射出荧光。
荧光光通过滤光片或光栅进行选择性筛选，然后进入荧光检测器进行测量。
荧光分光光度法的应用十分广泛。
在生物医学领域，它常用于荧光染料的检测和荧光标记的分析。
在环境监测中，荧光分光光度法可以用来检测水中的有机物污染物。
此外，荧光分光光度法还可以用于食品检测、药物分析、环境污染监测等领域。
荧光分光光度法相比于其他分析技术具有许多优点。
首先，它具有极高的灵敏度，可以检测到很低浓度的物质。
其次，荧光分光光度法对样品的破坏较小，可以进行非破坏性分析。
此外，荧光分光光度法还具有选择性和快速性的特点，可以同时测定多个物质。
然而，荧光分光光度法也存在一些局限性。
首先，荧光分光光度法对样品的环境要求较高，如温度、pH值等因素都会影响荧光强度。
其次，荧光分光光度法在样品有强荧光背景的情况下，可能会受到干扰。
此外，荧光分光光度法对荧光物质的选择性较差，容易受到其他物质的影响。
荧光分光光度法
荧光分光光度法2015年版《药典》四部通则0405某些物质受紫外光或可见光照射激发后能发射出比激发光波长较长的荧光。
物质的激发光谱和荧光发射光谱，可用于该物质的定性分析。
当激发光强度、波长、所用溶剂及温度等条件固定时，物质在一定浓度范围内，其发射光强度与溶液中该物质的浓度成正比关系，可以用于该物质的含量测定。
荧光分光光度法的灵敏度一般较紫外-可见分光光度法高，但浓度太高的溶液会发生“自熄灭”现象，而且在液面附近溶液会吸收激发光，使发射光强度下降，导致发射光强度与浓度不成正比，故荧光分光光度法应在低浓度溶液中进行。
测定法所用的仪器为荧光计或荧光分光光度计，按各品种项下的规定，选定激发光波长和发射光波长，并制备对照品溶液和供试品溶液。
通常荧光分光光度法是在一定条件下，测定对照品溶液荧光强度与其浓度的线性关系。
当线性关系良好时，可在每次测定前，用一定浓度的对照品溶液校正仪器的灵敏度；然后在相同的条件下，分别读取对照品溶液及其试剂空白的荧光强度与供试品溶液及其试剂空白的荧光强度，用下式计算供试品浓度：为供试品溶液的浓度；式中 cX为对照品溶液的浓度；cr为供试品溶液的荧光强度；Rx为供试品溶液试剂空白的荧光强度；RXb为对照品溶液的荧光强度；RrRrb为对照品溶液试剂空白的荧光强度。
因荧光分光光度法中的浓度与荧光强度的线性较窄，故（Rx -RXb）/（Rr-Rrb）应控制在0.5～2之间为宜，如若超过，应在调节溶液浓度后再进行测定。
当浓度与荧光强度明显偏离线性时，应改用标准曲线法进行含量测定。
对易被光分解或弛豫时间较长的品种，为使仪器灵敏度定标准确，避免因激发光多次照射而影响荧光强度，可选择一种激发光和发射光波长与供试品近似而对光稳定的物质配成适当浓度的溶液，作为基准溶液。
例如蓝色荧光可用硫酸奎宁的稀硫酸溶液，黄绿色荧光可用荧光素钠水溶液，红色荧光可用罗丹明B水溶液等。
在测定供试品溶液时选择适当的基准溶液代替对照品溶液校正仪器的灵敏度。
第六章荧光分光光度法
公式成立前提条件：εbc=A<0.05
即：当试样浓度较低时（c<0.05/εb），C与F方成 线性。（如果浓度过高，分子碰撞机会增大，而产生 无辐射去激活，造成线性偏离。）
第三节 荧光分光光度计
一、基本结构示意图
样品池
光源 激发光单色器
荧光单色器
特点：1 ．光源方向与检测方向成直角； 2 ．二个单色器。
二、问答题
试述分子荧光产生的过程。 试述分子荧光强度与浓度的关系式，并 说明公式成立的前提条件及原因。 分别说明荧光分光光度计两个单色器的 作用，以及将光路设计成直角方向的原 因。 为什么可见光分光光度计的光路是直线 方向，而荧光分光光度计的光路是直角 方向？
荧光分析的激发光谱和 发射光谱分别提供了哪 些定量分析信息？核黄 素的激发光谱（实线） 和发射光谱（虚线）如 图所示，对核黄素进行 荧光定量分析时，最佳 的激发光波长和荧光波 长各为多少？ 为什么？
激发态 无辐射跃迁 亚稳态（三重态） 荧 光 磷 光 基态
最常见的光致发光：荧光和磷光。
两者发光机理不同，寿命不同。荧光寿命10-9～ 10-6秒，磷光寿命10-3～10秒。 荧光可由激发态的分子产生，也可由激发态的 原子产生，本章介绍分子荧光。 由于荧光的产生由价电子引起，所以，荧光光 谱属于电子光谱，其波长范围位于：紫外光区和可 见光区。
二、激发光谱和发射光谱
⒈ 激发光谱
固定荧光波长，以激发光波长对荧光强度 (F) 所作的光谱曲线。
【例】硫酸奎宁（0.1mol/L硫酸溶液）的激发光谱。
F
300
350
400
λ(nm)
⒉ 发射光谱 固定激发光波长，以荧光波长对荧光强度F 所作的光谱曲线。
第六章荧光法
CH3
CH3
CH3 CH3
维生素E： 激发波长295nm 发射波长324nm
硫色素荧光法
K 3 Fe(CN ) 6 NaOH 维生素B1
溶解后 （铁氰化钾）氧化
酸 正丁醇 荧光消失 硫色素 蓝色荧光 碱
激发λ=365nm； 发射λ=435nm
N H3C N
4.猝灭剂（quencher）的影响 荧光猝灭：是指荧光物质分子与溶剂或其它 溶质分子相互作用，引起荧光强度降低、消 失或荧光强度与浓度不呈现线性关系的现象。
引起荧光猝灭的物质，称为猝灭剂，如 卤素离子、重金属离子、氧分子、硝基化合 物、重氮化合物、羰基化合物等吸电子极性 物质。
荧光猝灭的主要原因是碰撞猝灭。 碰撞猝灭：处于激发单重态的荧光分子 与猝灭剂碰撞后，使激发态分子以无辐 射跃迁回到基态，产生猝灭。
CH 2 NH 2 HCl
N S
CH 3 C 2 H 4 OH
硫胺素
N H3C N N
N S
CH 3 C 2H 4OH
硫色素
四、环境对荧光的影响
1.温度的影响 一般说来，大多数荧光物质的溶液随 着温度的降低，荧光效率和荧光强度将增 加，相反，温度升高荧光效率将下降。 如荧光素的乙醇溶液在0℃以下每降低10 ℃，荧光效率增加3%，冷至-80℃时，荧光 效率为100%。
荧光
延迟荧光
磷光
系间串越 内转换
外转换
振动弛豫
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。 荧光：10-7～10 -9 s,第一激发单重态的最低振动能级→基态。 磷光：10-4～10s，第一激发三重态的最低振动能级→基态。
辐射跃迁: 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。寿命为10-9 ~ 10 -7s。 由于是相同多重态之间的跃迁，几率较大，速度快。 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。由于磷光的产生伴随自旋多重态的 改变，辐射速度远小于荧光，磷光寿命为10-4 ~10s。
荧光分光光度法原理
荧光分光光度法原理荧光分光光度法是一种基于物质吸收与发射荧光的分析技术。
它利用物质在吸收紫外光能量后，发生电子从基态跃迁到激发态，再经过热辐射和无辐射跃迁的复合过程，从激发态退回基态，释放出的能量以荧光形式发射出来。
通过测量荧光的强度和波长分布，可以对样品中的化合物进行定量和定性分析。
1.激发：激发光源照射样品溶液，激发光源通常为紫外光和可见光，其波长需要与所研究的物质的激发波长匹配。
激发光源经过滤波器选择特定波长的光线，然后通过光导纤维引导到样品室中。
2.激发态产生：样品中的物质吸收光能量，使得物质的电子由基态跃迁到激发态。
激发态的产生取决于样品中的化合物种类，以及激发光源的能量和波长等因素。
3.荧光发射：激发态的物质经过热辐射和无辐射跃迁的复合过程，返回基态。
在这个过程中，部分能量以荧光的形式发射出来。
发射的荧光波长与激发光的波长不同，可以通过光栅或者单色仪分离出来。
4.荧光光谱测量：通过荧光光谱仪对荧光进行测量，荧光光谱仪通常由光栅、检测器（如光电倍增管）和数据采集系统组成。
荧光光谱仪能够选择特定波长范围的荧光进行测量，并将荧光信号转化为电信号。
5.信号处理：荧光信号经过光电器件转换为电信号后，通过放大、调理和滤波等处理，最终通过数据采集系统记录和分析。
荧光分光光度法的优势在于其高灵敏度、高选择性和广泛的应用范围。
它可以应用于环境、食品、制药、生物化学等领域的定量分析和荧光标记分析。
此外，荧光分光光度法还可以结合其他技术，如高效液相色谱、毛细管电泳等，提高其分析的准确性和灵敏度。
荧光分光光度法的一些应用包括：药物分析、痕量元素测定、蛋白质分析、环境污染物检测、核酸分析、生物标记等。
在荧光分析中，还有一些常用的技术方法，如荧光共振能量转移（FRET）、荧光探针和荧光染料等，这些方法进一步扩展了荧光分光光度法的应用范围和分析手段。
总之，荧光分光光度法基于物质的吸收与发射荧光原理，通过测量荧光的强度和波长分布，实现对物质的定量和定性分析。
荧光分光光度法
问题（ ） 问题（1）不同强度的光照射物质所产生 的荧光光谱形状是否相同？ 的荧光光谱形状是否相同？ （2）不同波长的光照射物质所产生的荧 ） 光光谱是否相同？ 是否影响荧光强度? 光光谱是否相同？ 是否影响荧光强度 单色器 I0 λex λem 单色器 检测器 I
表面吸 光物质
3、激发光谱：荧光λex不变时，记录荧光 、激发光谱：荧光 不变时， 强度F与激发波长之间的关系 与激发波长之间的关系。 强度 与激发波长之间的关系。
定性、 ③TLC定性、定量 定性
§2 原理 一、分子荧光产生 1、分子的电子能级： 、分子的电子能级：
C = C −C = C
ψ4 π*
π*
ψ3 ψ2 ψ1
π
π
三线态与单线态比较： 三线态与单线态比较： UV 基态单线态 ① 单线态 ②三线态
激发态 E2<E1 ，ε2<ε1， ② 的寿命可达 秒，而①的 的寿命可达1秒 寿命为10 跃迁几率① 寿命为 -8，跃迁几率①是②的106倍。
三、荧光与分子结构的关系 荧光物质发生荧光的过程： 荧光物质发生荧光的过程： A 荧光物质对光的吸收 B通过无辐射跃迁，跃迁到第一电子激发态 通过无辐射跃迁， 通过无辐射跃迁 的最低振动能级。 的最低振动能级。 C 跃迁至基态各振动能级 D 各振动能级分子，通过无辐射跃迁回基 各振动能级分子， 态的最低振动能级。 态的最低振动能级。
引起荧光熄灭的形式： 引起荧光熄灭的形式： 碰撞熄灭： 碰撞熄灭：由于碰撞而损失能量 化学淬灭：荧光物与加入的物质发生反应， 化学淬灭：荧光物与加入的物质发生反应， 生成新的化合物。 生成新的化合物。 体系间跨越：单线态变成三线态。 体系间跨越：单线态变成三线态。 自熄灭现象：当荧光物质的浓度升高而产生。 自熄灭现象：当荧光物质的浓度升高而产生。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
二、激发光谱和发射光谱
⒈ 激发光谱
固定荧光波长，以激发光波长对荧光强度 (F) 所作的光谱曲线。
【例】硫酸奎宁（0.1mol/L硫酸溶液）的激发光谱。
F
300
350
400
λ(nm)
⒉ 发射光谱 固定激发光波长，以荧光波长对荧光强度F 所作的光谱曲线。
【例】蒽（乙醇溶液）的发射光谱。
F
300
350
核磁波谱法
一、应用：
1.定量分析 能产生荧光 或能形成荧光配合物的物质。 2.简单定性 回答“是不是”。
二、特点：
灵敏度高，比吸收光谱法高10³ ~104倍。ppb
选择性比吸收光谱法好。
第二节 基本原理
一、分子荧光的产生 物质吸收光辐射 价电子从基态跃到激发态，然 后再回到基态 释放能量⒈以热能的形式。⒉以光辐 射的形式。以光辐射形式释放能量时，发射荧光。这 种现象称为光致发光。
公式成立前提条件：εbc=A<0.05
即：当试样浓度较低时（c<0.05/εb），C与F方成 线性。（如果浓度过高，分子碰撞机会增大，而产生 无辐射去激活，造成线性偏离。）
第三节 荧光分光光度计
一、基本结构示意图
样品池
光源 激发光单色器
荧光单色器
特点：1 ．光源方向与检测方向成直角； 2 ．二个单色器。
5．检测器
光电转换元件，测定荧光的强度。 检测方向与激发光方向垂直：在垂直方向上没有透过光的 干扰。 由于荧光的强度较弱，一般以光电倍增管作检测器。
第四节 定量分析
一、定量方法
一般采用工作直线法。作C—F直线。
F
C
⑴配制一系列待测成分的标准溶液 C1 C2 C3 C4 C5 ⑵测出相应的荧光强度 F1 F2 F3 F4 F5 ⑶建立工作直线（ F →C） ①作图法 ②回归法 ⑷测量待测样品，得F样 ①从工作直线上找到待测成分的浓度C样 ②由回归方程计算出C样
所以，有时需要pH缓冲液控制pH值在适当范围内。
4．溶剂 有些溶剂会使荧光效率下降，也可能带来干扰荧光。
三、定量分析的特点及应用
灵敏度高。可高达ppb级（10-9），甚至ppt 级（10-12）。 选择性好，与能产生荧光的物质少有关。
思考题
一、概念 （荧光）激发光谱 （荧光）发射光谱
检测器
·
显示器
二、主要部件及功能
1．光源
高压汞蒸气灯，氙灯。 能提供紫外光和可见光，光强度比紫外-可见光分光光度 计光源大得多。
2．激发光单色器
作用：提供单波长的激发光。 色散元件：棱镜或光栅。 出射狭缝宽度可调 。
3．样品池
须用石英材料制成。
4．荧光单色器
将样品池中的散射光、反射光、杂质荧光等滤掉，只让荧 光通过。 出射狭缝宽度可调。
激发态 无辐射跃迁 亚稳态（三重态） 荧 光 磷 光 基态
最常见的光致发光：荧光和磷光。
两者发光机理不同，寿命不同。荧光寿命10-9～ 10-6秒，磷光寿命10-3～10秒。 荧光可由激发态的分子产生，也可由激发态的 原子产生，本章介绍分子荧光。 由于荧光的产生由价电子引起，所以，荧光光 谱属于电子光谱，其波长范围位于：紫外光区和可 见光区。
第六章 荧光分光光度法
基本要求： 了解荧光光谱法的基本原理和应用 特点。了解荧光分光光度计的组成以及 特点。掌握荧光光谱法的定量分析方法。 了解影响荧光强度的因素。
第一节 概论
回顾： 电化学分析法 四大类 光学分析法 色谱分析法 其它分析方法
原子光谱法
分子光谱法 X射线光谱法
紫外-可见光分光光度法 荧光分光光度法 红外吸收光谱法 拉曼光谱法
二、问答题
试述分子荧光产生的过程。 试述分子荧光强度与浓度的关系式，并 说明公式成立的前提条件及原因。 分别说明荧光分光光度计两个单色器的 作用，以及将光路设计成直角方向的原 因。 为什么可见光分光光度计的光路是直线 方向，而荧光分光光度计的光路是直角 方向？
荧光分析的激发光谱和 发射光谱分别提供了哪 些定量分析信息？核黄 素的激发光谱（实线） 和发射光谱（虚线）如 图所示，对核黄素进行 荧光定量分析时，最佳 的激发光波长和荧光波 长各为多少？ 为什么？
二、影响荧光强度测定的因素
1．激发光照射 有一些荧光物质若受到强光照射，会发生分解而导致F↓。 所以，荧光分光光度计通常在激发光单色器后装配有光闸，在 测定时才打开光闸让激发光照射样品池。 2．温度 温度↑，荧光效率下降，F↓。（因为，温度↑，增加分子间 碰撞机会而使能量消耗掉。）
3．pH值
pH值能改变某些荧光物质的电子构型从而影响荧光强度。 【例】 苯胺 pH7～12时，发兰色荧光。 pH﹤2或PH﹥13时，无荧光。
400
λ(nm)
三、分子荧光与分子结构的关系
分子要产生荧光，首先要能吸收
共轭双键 刚性平面 多环结构
C H2
【例】
芴具有刚性平面，产生的荧光比联二苯强。
四、荧光强度与浓度的关系
F=2.303ΦI0εbc
Φ：量子效率，发射光量子与吸收光量子之比。 I0：入射光强度 ε：摩尔吸光系数 b： 光程 c：浓度