荧光光谱分析方法及原理
荧光光谱分析实验报告
一、实验目的1. 熟悉荧光光谱分析的基本原理和方法；2. 掌握荧光光谱仪的使用和操作；3. 通过实验，学会分析荧光光谱图，了解荧光物质的结构和性质；4. 培养实验操作技能和数据分析能力。
二、实验原理荧光光谱分析是利用荧光物质在特定波长激发光照射下，产生特定波长的荧光现象进行分析的一种方法。
荧光光谱分析的基本原理是：荧光物质分子吸收激发光能量后，从基态跃迁到激发态，随后以发射荧光的形式释放出能量，从而产生荧光。
荧光光谱分析主要包括激发光谱、发射光谱和荧光强度分析。
三、实验仪器与试剂1. 仪器：荧光光谱仪、紫外可见分光光度计、荧光比色皿、样品池、光源、计算机等；2. 试剂：荧光物质标准溶液、溶剂、缓冲液等。
四、实验步骤1. 标准曲线的制作（1）取一系列已知浓度的荧光物质标准溶液，分别注入荧光比色皿中；（2）打开荧光光谱仪，设置激发光波长和扫描范围；（3）依次测量各溶液的荧光强度；（4）以荧光强度为纵坐标，浓度为横坐标，绘制标准曲线。
2. 未知样品的测定（1）取未知样品溶液，注入荧光比色皿中；（2）按照标准曲线的制作方法，测量未知样品的荧光强度；（3）根据标准曲线，计算未知样品的浓度。
3. 数据处理与分析（1）将实验数据输入计算机，进行数据处理；（2）分析荧光光谱图，了解荧光物质的结构和性质；（3）比较实验结果与理论值，验证实验方法的准确性。
五、实验结果与分析1. 标准曲线的制作通过实验，成功绘制了荧光物质的标准曲线。
标准曲线呈现良好的线性关系，相关系数R²接近1，说明实验方法准确可靠。
2. 未知样品的测定根据标准曲线，成功测定了未知样品的浓度。
实验结果与理论值基本一致，说明实验方法具有较高的准确度。
3. 数据处理与分析通过对荧光光谱图的分析，发现荧光物质具有明显的荧光峰，表明其结构中含有特定的官能团。
实验结果与文献报道相符，验证了实验方法的正确性。
六、讨论与心得1. 实验过程中，要注意控制实验条件，如激发光波长、扫描范围等，以保证实验结果的准确性；2. 荧光光谱分析具有灵敏度高、选择性好、快速简便等优点，在物质结构分析、定量测定等方面具有广泛的应用；3. 通过本次实验，掌握了荧光光谱分析的基本原理和操作方法，提高了自己的实验技能和数据分析能力。
荧光分析技术的原理和方法
荧光分析技术的原理和方法荧光分析技术是一种分析和检测物质的方法，它不仅具有灵敏度高、特异性强等优点，而且还可以使用相对简单、易操作的设备和方法进行分析。
本文将探讨荧光分析技术的原理和方法，以及其在实际应用中的优缺点。
一. 荧光分析技术的原理荧光分析的基本原理是物质吸收能量后，由激发态自发辐射发出荧光。
荧光发射的波长与物质的结构和环境密切相关，因此可以根据荧光发射的波长来分析物质的成分和性质。
二. 荧光分析技术的方法荧光分析技术主要有荧光光谱分析、荧光显微镜、荧光免疫分析等几种。
1. 荧光光谱分析荧光光谱分析是一种利用荧光发射波长来分析物质的方法。
它通过激发样品，测量样品发出的荧光光谱来确定物质的化学成分和性质。
荧光光谱分析在生物医学领域有着非常重要的应用，比如用于检测蛋白质和动物细胞等生物分子。
2. 荧光显微镜荧光显微镜是一种利用荧光物质在显微镜下展现的亮度和颜色来观察样品的方法。
它可以将荧光染料标记在生物样品中，从而实现对生物分子和细胞的可视化。
荧光显微镜已经成为生物医学领域中最重要的观测手段之一，也是生物光学、光子学研究领域的必备工具。
3. 荧光免疫分析荧光免疫分析是一种利用荧光标记的抗体来检测分子的方法。
它通过将荧光标记的抗体与特定的分子结合，在荧光显微镜下观察荧光信号以检测分子。
荧光免疫分析主要用于医学诊断中的分子检测和细胞成像。
三. 荧光分析技术的应用荧光分析技术在许多领域中都有着广泛的应用。
主要涉及到生物医学、环境监测、食品安全检测、工业生产等方面。
1. 生物医学荧光分析在生物医学中的应用较为广泛，包括荧光显微镜观察生物结构、荧光免疫分析检测各种分子等。
2. 环境监测荧光分析技术可以将其应用于环境监测和环境污染控制。
比如用于污染物的快速检测、废水污染的监测、空气污染的监测等。
3. 食品安全检测荧光分析也可以用于食品安全检测，比如寻找食品中有害物质如农药、污染、病原体等。
4. 工业生产荧光分析技术也可以应用于工业生产，如半导体晶片生产、光学元器件制造等。
《荧光光谱法》PPT课件
O
CC
3b
Counts
60000 40000
O C 2H 5
20000
0 300 350 400 450 500 550 600
Wavelength (nm)
精选课件ppt
8
从图可看出激发光谱同荧光光谱大致成
镜相对称 a.荧光光谱(发射光谱）形状与基态S0振能级的分布情况（即能量间
隔情况）有关 b. 激发光谱(吸收谱)形状与激发态S1振动能级的分布有关 c. S0、、S1态中振动能级的分布是相似的(说明峰形状相 似）
精选课件ppt
33
一般情况下，多采用相对灵敏度来表示。相对灵敏度是以喹啉硫酸氢 盐的0.05mol/L硫酸溶液为标准，并定为1，然后与相同浓度荧光物 质的荧光强度比较，可求该物质的相对灵敏度。
精选课件ppt
34
3. 荧光分析法的选择性 很多分子在紫外可见区有吸收，但其中
只有一部分能再发射荧光或磷光，故荧光法 固有干扰很少，选择性较好。
b. 荧光物质的激发态分子M*与基态分子M形成激发态的二聚体（M*M）。
c. 基态的荧光物质分子的缔合。荧光自猝灭是与浓度有关的效应，因而 通过在荧光测定前稀释溶液的办法，可避免这一现象的发生，或减 小它所产生的影响。
精选课件ppt
23
三、发光强度同浓度的关系
荧光强度If正比于吸收的光量Ia与荧光量子产
11
❖ 3、降落到第一电子激发态的最低振动能级的分子，继续降落到基态 的各个不同振动能级，同时发射出相应的光量子，这就是荧光；
❖ 4、到达基态的各个不同振动能级的分子，再通过无辐射跃迁最后回 到基态的最低振动能级。
精选课件ppt
12
分子产生荧光必须具备两个条件：
X射线荧光光谱分析原理
一 X射线荧光光谱分析原理利用初级X射线光子或其他微观离子激发待测物质中的原子，使之产生荧光(次级X射线)而进行物质成分分析和化学态研究的方法。
按激发、色散和探测方法的不同，分为X射线光谱法(波长色散)和X 射线能谱法(能量色散)。
当原子受到X射线光子(原级X射线)或其他微观粒子的激发使原子内层电子电离而出现空位，原子内层电子重新配位，较外层的电子跃迁到内层电子空位，并同时放射出次级X射线光子，此即X射线荧光。
较外层电子跃迁到内层电子空位所释放的能量等于两电子能级的能量差，因此，X射线荧光的波长对不同元素是特征的。
根据色散方式不同，X射线荧光分析仪相应分为X射线荧光光谱仪(波长色散)和X射线荧光能谱仪(能量色散)。
X射线荧光光谱仪主要由激发、色散、探测、记录及数据处理等单元组成。
激发单元的作用是产生初级X射线。
它由高压发生器和X 光管组成。
后者功率较大，用水和油同时冷却。
色散单元的作用是分出想要波长的X射线。
它由样品室、狭缝、测角仪、分析晶体等部分组成。
通过测角器以1∶2速度转动分析晶体和探测器，可在不同的布拉格角位置上测得不同波长的X射线而作元素的定性分析。
探测器的作用是将X射线光子能量转化为电能，常用的有盖格计数管、正比计数管、闪烁计数管、半导体探测器等。
记录单元由放大器、脉冲幅度分析器、显示部分组成。
通过定标器的脉冲分析信号可以直接输入计算机，进行联机处理而得到被测元素的含量。
X射线荧光能谱仪没有复杂的分光系统，结构简单。
X射线激发源可用X射线发生器，也可用放射性同位素。
能量色散用脉冲幅度分析器。
探测器和记录等与X射线荧光光谱仪相同。
X射线荧光光谱仪和X射线荧光能谱仪各有优缺点。
前者分辨率高，对轻、重元素测定的适应性广。
对高低含量的元素测定灵敏度均能满足要求。
后者的X射线探测的几何效率可提高2～3数量级，灵敏度高。
可以对能量范围很宽的X射线同时进行能量分辨(定性分析)和定量测定。
对于能量小于2万电子伏特左右的能谱的分辨率差。
荧光光谱分析技术概述
荧光光谱分析技术概述1荧光光谱分析原理 (1)2荧光分析法 (4)2.1定性分析法 (4)2.2定量分析法 (4)1荧光光谱分析原理光学分析法分为光谱法和非光谱法，光谱法是辐射能与物质组成和结构的相互作用，以光谱的出来为基础，非光谱法不包含物质内能的变化，不涉及能级跃迁，而是辐射方向和物理性质的改变。
光学分析方法分类表1分析法特征具体方法光谱法光的发射原子发射光谱、原子荧光光谱、X射线荧光光谱、分子荧光光谱、分子磷光光谱、化学发光、电子能谱、俄歇电子能谱光的吸收原子吸收光谱、紫外-可见分光光度法、红外光谱、X射线吸收光谱、核磁共振光谱、电子自旋共振光谱、光声光谱光的散射拉曼光谱非光谱法光的散射比浊法、散射浊度法光的折射折射法、干涉法光的衍射X射线衍射、电子衍射光的转动旋光色散法、偏振法、圆二向色法荧光发光机理可按量子理论通俗解释: 光具有波动、粒子二重性, 光波愈短, 其光子能量愈强; 反之波长愈长其能量则弱。
当某些物质受到紫外线或较短波长光照射, 吸收了全部或部分光能量, 使其分子的能级升高而处于亚稳定状态, 当恢复到稳定的基态时, 这些分子就会立即释放多余的能量, 其中一部分化为热量而消失。
但对某些物质而言, 向基态跃迁时是以“光”形式释放, 因为有部分能量被消耗, 所以重新发出的光能量总比吸收的能量要小。
由于能量愈小, 光波愈长, 所以物质所激发的荧光总比照射它的光波要长。
磷光的能量较荧光还要小, 所以它的波长比荧光要长, 寿命可达数小时之久, 这就是两者的区别。
如果物质的分子吸收了紫外和可见区电磁辐射后，它的电子能跃迁至激发态，然后以热能的形式将这一部分能量释放出来，本身又回复到基态如果吸收辐射能后处于电子激发态的分子以发射辐射的方式释放这一部分能量，再发射的波长可以同分子所吸收的波长相同，也可以不同，这一现象称为光致发光。
最常见的两种光致发光现象是荧光和磷光。
这两种光致发光的机理不同，荧光发光过程在激发光停止后10s内停止发光，而磷光则往往能延续10-3s-10s的时间间隔。
荧光光谱分析方法及原理
Emission lifetimes of absorption, fluorescence, and phosphorescence at the equilibrium internuclear distance of the ground state.
仪器结构
某些物质被一定波长的光照射时，会在一定时间内发射出波长比入射光长的光，如果这个时间比较短，这种光就称为荧光。荧光由一种能发荧光的矿物 萤石(fluospar)而得名。 我们这里要介绍的荧光，是指物质在吸收紫外光和可见光后发出的波长较长的紫外荧光或可见荧光。 除了紫外光和可见光可能激发荧光外，其它的光如红外光、X射线也可能激发出荧光，因此除紫外荧光或可见荧光外，还有红外荧光、X射线荧光等。
Schematic diagram of a double-beam (ratiometric) filter fluorometer.
Filter fluorometers are suitable for quantitative analysis applications in which spectral scanning and high resolution are not required. Filters transmit more light and cost less than monochromators, thereby providing better detection limits with less expensive instrumentationque for detecting biological materials
荧光光谱灵敏度高的原因
荧光辐射的波长比激发光波长长，测量到的荧光频率与入射光的频率不同； 荧光在各个方向上都有发射，因此可以在与入射光成直角的方向上检测； 这样，荧光不受来自激发光的本底的干扰，灵敏度大大高于紫外-可见吸收光谱，测量用的样品量很少，且测量方法简便。
化学反应的荧光光谱分析
化学反应的荧光光谱分析荧光光谱分析是一种重要的分析方法，广泛应用于化学领域。
通过测量化学物质在激发后发射的荧光光谱，可以得到物质的组成、结构、性质等信息。
本文将介绍荧光光谱的原理、应用以及相关的实验技术。
一、荧光光谱的原理荧光现象是指当原子、分子或离子在吸收了光能后，由高能级的激发态退回到低能级的基态时，会发射出具有特定波长的电磁辐射。
而荧光光谱分析正是基于这一原理进行的。
荧光光谱的基本元素是荧光发射光谱和荧光激发光谱。
荧光发射光谱是指在特定波长激发下，测量物质发射出来的荧光光谱。
荧光激发光谱则是指在特定波长测量物质吸收的光谱。
在荧光光谱分析中，我们通常会选择一个特定的激发波长，以测量样品所发出的荧光光谱。
荧光光谱可以反映样品的荧光强度和发射的波长，进而用于研究样品的物理、化学性质。
二、荧光光谱分析的应用荧光光谱分析在生物医学、环境监测、食品安全等领域得到了广泛应用。
1. 生物医学领域荧光光谱分析在生物医学领域中起到了重要作用。
例如，通过荧光标记的抗体可以用于检测特定疾病标记物或者分析蛋白质相互作用。
此外，荧光探针也被广泛用于细胞成像、生物传感和药物筛选等方面。
2. 环境监测荧光光谱分析在环境监测中可以用于检测有机物、无机物以及微量金属离子等。
例如，利用荧光染料对水中的有机物进行分析，可以达到较高的灵敏度和选择性。
3. 食品安全荧光光谱分析在食品安全领域也有着广泛的应用。
例如，可以利用荧光探针对食品中的农药残留、重金属污染等进行检测。
荧光光谱分析方法具有简便、快速、灵敏度高的特点，已经成为食品安全检测的重要手段之一。
三、荧光光谱分析的实验技术荧光光谱分析的实验技术主要包括激发光源、荧光检测系统以及数据处理等方面。
1. 激发光源荧光光谱实验需要一个激发光源，通常使用的是氙灯、汞灯或激光器等。
激发光源的选择要根据样品的特点和所需的激发波长来确定。
2. 荧光检测系统荧光光谱的测量需要一个荧光检测系统，包括光栅、光电倍增管和光谱仪等。
荧光分析法的原理和应用有哪些
荧光分析法的原理和应用有哪些1. 原理荧光分析法是一种利用物质在受到激发后发射荧光的光谱分析方法。
其原理是通过物质在受到光激发后，能量被转移到某些特定的电子能级上，然后由该能级经历跃迁发射荧光的过程。
荧光分析法的原理主要包括下面几个方面：•荧光激发：将样品暴露在激发光源下，激发光的特定波长和强度能够激发荧光染料或被测物质中的相应电子跃迁。
•荧光发射：物质受到激发后，电子由激发态返回基态，产生特定波长的荧光发射。
荧光的发射波长和强度与样品中的化学成分和浓度有关。
•荧光信号检测：通过荧光光谱仪等检测设备测量样品发出的荧光信号，获得荧光强度和发射波长的信息。
2. 应用荧光分析法在许多领域有着广泛的应用。
下面列举了几种常见的应用：2.1 荧光显微镜荧光显微镜利用荧光分析法原理，结合显微镜观察和荧光的发射特性，可以用于生物学、医学、材料科学等领域的研究。
通过标记荧光染料来观察或追踪细胞、分子或其他生物体的结构和功能。
2.2 荧光光谱仪荧光光谱仪是一种用于测量样品荧光发射光谱的仪器。
它可以用于分析和定量测量不同类型的化合物，例如荧光染料、生物分子、环境污染物等。
荧光光谱仪广泛应用于分析化学、生物化学、环境科学等领域。
2.3 荧光染料的标记和追踪荧光染料在生物医学研究、生命科学和分子生物学等领域中被广泛用作标记和追踪剂。
通过将荧光染料与分析目标物相结合，可以实现对生物分子、细胞、组织和病原体等的定位和追踪。
2.4 荧光传感器荧光分析法还可以用于制备荧光传感器，用于检测和定量分析化学物质。
这些传感器可以通过与特定的化学物质相互作用，产生特定的荧光响应，从而实现对目标化合物的检测和测量。
2.5 荧光生物成像荧光分析法在生物医学成像中有着重要的应用。
通过标记荧光分子，可以实现对生物体内部结构和功能的成像观察。
荧光生物成像技术在癌症研究、药物筛选、生物反应动力学等方面具有潜在的应用价值。
3. 总结荧光分析法是一种基于荧光现象的光谱分析方法，具有灵敏度高、选择性好、非破坏性等优点。
- 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)。
赵南明，周海梦. 生物物理学，高等教育出版社， 2000 Emission Spectroscopy, Chapter 11, in K.E. van Holde, W.C. Johnson and P.S. Ho eds. Principles of Physical Biochemistry, Prentice-Hall, 1998
某些物质射出波长比入射光长的光，如果这个时间比 较短，这种光就称为荧光。荧光由一种能发荧光的
矿物 萤石(fluospar)而得名。
我们这里要介绍的荧光，是指物质在吸收紫外 光和可见光后发出的波长较长的紫外荧光或可见荧 光。
除了紫外光和可见光可能激发荧光外，其它的
荧光光谱灵敏度高的原因
荧光辐射的波长比激发光波长长，测量到的荧
光频率与入射光的频率不同；
荧光在各个方向上都有发射，因此可以在与 入射光成直角的方向上检测； 这样，荧光不受来自激发光的本底的干扰， 灵敏度大大高于紫外-可见吸收光谱，测量用的
样品量很少，且测量方法简便。
荧光光谱第二个特点是信息量较大
荧光光谱能提供较多的参数，例如激发谱、发射谱、峰位、峰 强度、荧光寿命、荧光偏振度等。 荧光光谱还可以检测一些紫外-可见吸收光谱检测不到的时间过 程过程。紫外和可见荧光涉及的是电子能级之间的跃迁，荧光 产生包括两个过程：吸收以及随之而来的发射。每个过程发生 的时间与跃迁频率的倒数是同一时间量级(大约10-15秒)，但两 个过程中有一个时间延搁，大约为10-8秒，这段时间内分子处 于激发态。激发态的寿命取决于辐射与非辐射之间的竞争。由 于荧光有一定的寿命，因此可以检测一些时间过程与其寿命相 当的过程。例如，生色团及其环境的变化过程在紫外可见吸收 的10-15秒的过程中基本上是静止不变的，因此无法用紫外可见 吸收光谱检测，但可以用荧光光谱检测。
荧光光谱的特点
Fluorescence is a sensitive technique for detecting biological materials
Barak and Webb demonstrated that as few as 30 fluorescent dye molecules bound to low density lipoprotein molecules can be detected on cell surfaces by microscopy using a sensitive video camera. With even more sophisticated methods others have moved toward detection of single fluorophore molecules in a laserexcited flow stream. Because this sensitivity can combine with ease of use and the potential for multiparameter analysis, fluorescence has become widely used in biology and medicine.
loses energy as heat by internal conversion
the molecule hesitates at the lowest vibrational level of the first singlet, because a relatively large amount of energy must be lost to go to the ground state. during this hesitation one of three things may happen: the molecule may fluoresce it may convert to the triplet (intersystem crossing) it may go to the ground state without emitting a photon (a nonradiative transition).
光如红外光、X射线也可能激发出荧光，因此除紫外 荧光或可见荧光外，还有红外荧光、X射线荧光等。
In discussing absorption we have been concerned entirely with the excitation of a molecule from its ground state to a higher energy level and have given no consideration to the subsequent fate of the excited molecule. In many cases the sequel is not very interesting; the energy is transferred as heat to the surroundings. In some cases light is emitted by the sample either as fluorescence or phosphorescence. We will discuss the general characteristics of emission and ignore the exceptions.
基本原理
Fluorescence
Fluorescence is emission from a singlet state, where the electron spins in the molecule are paired.
Fluorescence
excitation by absorption of energy