《仪器分析》荧光分析法
《仪器分析》16秋在线作业1
《仪器分析》16秋在线作业1一、单选题（共24道，共60分。
）1.荧光分析是基于测量：A.辐射的吸收B.辐射的发射C.辐射的散射D.辐射的折射标准解：2.在分子吸收光谱中，把由于分子的振动和转动能级间的跃迁而产生的光谱称作：A.紫外吸收光谱（UV）B.紫外可见吸收光谱C.红外光谱（IR）D.远红外光谱标准解：3.当物质在光源中蒸发形成气体时,由于运动粒子的相互碰撞和激发,使气体中产生大量的分子、原子、离子、电子等粒子;这种电离的气体在宏观上中性,称为：A.等离子体B.等原子体C.等分子体D.等电子体标准解：4.某物质能吸收红外光波，产生红外吸收光谱图，那么其分子结构中必定：A.含有不饱和键B.含有共轭体系C.发生偶极矩的净变化D.具有对称性标准解：5.提高柱温会使各组分的分配系数K值：A.增大B.变小C.视组分性质而增大或变小D.呈非线变化标准解：6.原子发射光谱分析方法中，内标法主要解决了：A.光源的不稳定性对方法准确度的影响B.提高了光源的温度C.提高了方法选择性D.提高了光源的原子化效率标准解：7.可以概述三种原子光谱(吸收、发射、荧光)产生机理的是：A.能量使气态原子外层电子产生发射光谱B.辐射能使气态基态原子外层电子产生跃迁C.能量与气态原子外层电子相互作用D.辐射能使原子内层电子产生跃迁标准解：8.用原子吸收光度法测定铷时，加入1%的钠盐溶液，其作用是：A.减小背景B.释放剂C.消电离剂D.提高火焰温度标准解：9.人眼能感觉到的光称为可见光，其波长范围是：A.400-780nmB.200-400nmC.200-600nmD.400-700nm标准解：10.在原子吸收分析中，影响谱线宽度的最主要因素是：A.热变宽B.压力变宽C.场致变宽D.自吸变宽标准解：11.红外吸收光谱法测定有机结构时，样品应该是：A.纯物质B.单质C.混合物D.任何样品标准解：12.在液相色谱法中，按分离原理分类，液固色谱法属于：A.分配色谱法B.排阻色谱C.离子交换色谱法D.吸附色谱法标准解：13.下列用于高效液相色谱的检测器，（）检测器不能使用梯度洗脱。
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
仪器分析原理3原子荧光光谱与X射线荧光光谱分析
§3.2.3 X射线散射 X射线通过物质时的衰减现象部分是由散射引起的。根据 X射线的能量大小和原子内电子结合能的不同，散射可分 为弹性散射(瑞利散射)和非弹性散射(康普顿散射)。
1. 弹性散射(瑞利散射) 由相对能量较小(波长较长)的X射线与原子中束缚较紧 的电子(原子序数大的内层电子)发生弹性碰撞。
If =φIo A(1 – e–KlN)
括号内展开为级数，并忽略高次项，得到：
If =φIo AKlN
If =kC
在实验条件保持一定时，上式除了N之外，均可视 为常数。而且N和试样中被测元素的浓度C成正比。
此式为原子荧光定量分析的基础。
§3.1.3 量子效率和荧光猝灭
1. 量子效率 处于激发态的原子跃迁回到低能级时，可能发射共振 荧光，也可能发射非共振荧光，或者无辐射弛豫。 量子效率表示这些过程可能性的大小：
L层又产生一空穴。 因此，L→K的回落和Auger电子的逐出，使L层 出现两 空穴，即双重电离。
当出现双重电离时，会出现M→L跃迁，此跃迁放出的hυ 是卫星线。卫星线一般较弱，且随Auger增大而增大。对 重元素来说，卫星线的强度一般很低，因此，在X射线荧 光分析中没有什么重要意义。然而对轻元素来说，卫星线 可能相当强。
直跃荧光：激发态原子直接回到基态或高于基态的亚稳态 阶跃荧光: (1) 正常阶跃荧光为激发态原子先以非辐射方式失去部 分能量降到较低能级的激发态，然后去激发产生荧光。(2) 热助阶 跃荧光为被光照射激发的原子，跃迁至中间能级，又发生热激发
至高能级，然后返回至低能级发射的荧光。
3. 敏化荧光：激发态的原子D*不直接产生荧光，而是通 过碰撞原子A去激发，同时形成激发态A*，然后A*去 激发产生荧光。 D* + A → D + A*
仪器分析课件12荧光分析法
ex = 356nm em = 404nm
f = 0.36
16
2. 分子的刚性
• 同样具有*跃迁的长共轭分子中，刚性分子 增加了共平面性， 越大， 长移。
f = 0.2
-O
O
COO-
C H2
f = 1.0
-O
O
O
COO- 荧光素钠
17
原来不发生荧光的，如：8-羟基喹啉
消除干扰，提高选择性、灵敏度
脉冲激光
样品
干扰 组分
44
3. 同步荧光分析
固定，同时扫描激光光谱和发射光谱 若： = em - ex
Fsp = KcFem Fex 提高灵敏度和选择性
混合物的同步荧光光谱（ =3nm）
45
4. 胶束增敏荧光
CH3(CH2)11OSO3-Na+ 非极性疏水基团 极性亲水基团 增加溶解度 增加荧光效率 增加荧光的稳定性
• 荧光分析法的灵敏度高于紫外-可见分光光度法
荧光法
F=Kc
紫外法 A lg T lg I
I0
36
二、定量分析方法
1. 工作曲线法
用空白溶液调零 用标准溶液调满刻度
F cx
c1
c2 c3 c4 c5
20 40 60 80 100%
16 32 48 64 80%
37
2. 比例法（对比法）
光
强
荧光光谱 横坐标em， 度
纵坐标 发射光强度
400
500
(nm)
8
溶液荧光光谱通常具有如下特征
斯托克斯位移 荧光光谱的形状与激发波长无关 荧光光谱与激发光谱的镜像关系
《仪器分析》荧光分析法
500 nm
3.吸收光谱、激发光谱与荧光光为相似。
F
激发光谱
（2）镜像规则 通常荧光光谱与激发光谱（吸收光谱）大致 呈镜像对称。
4 3 2 1
S1
4 3 2 1
S0
（3）Stokes位移 Stokes位移是指激发光谱与荧光光谱之间 的波长差值。荧光的波长总是大于激发光的波长。
三、样品池
四、检测器
通常用石英杯，四面透光
光电倍增管
与激发光源垂直，为了消除激发光对荧光 测量的干扰
问题：荧光分光光度计与紫外-可见分光光度 计有何异同点？
紫外-可见分光光度计:
光源 单色器 样品池 检测器 数据处理 仪器控制
荧光分光光度计:
光源 激发 单色器 样品池 荧光 单色器 检测器 数据处理 仪器控制
荧光法与UV-Vis法的比较： 相同点：
都需要吸收紫外 - 可见光，产生电子能级跃迁。
荧光法与UV-Vis法的比较：
不同点：
UV-Vis法测定的是物质溶液对紫外-可 见光的吸收程度 (A) 。
荧光法测定的是物质经紫外-可见光照 射后发射出的荧光强度(F)。
本章作业
P64 三计算题 1. P65 四简答题 3、4、
紫外-可见分光光度计 吸收池
荧光分光光度计 吸收池
It
It IF,p I0
I0
荧光光度计
第三节
定量分析方法
F= K c （εcL≤0.05 ） —— 定量分析的依据 方法：标准曲线法和标准对比法
1. 标准曲线法——最常用的定量分析方法
浓度 C1 C2 C3 C4 C5 Cx 荧光强度 F1 F2 F3 F4 F5 Fx
仪器分析课件 荧光一
1-二甲胺基-8磺酸盐 φf=0.03
H C=C H
H C=C
H
反式二苯乙烯 有强荧光
顺式二苯乙烯 无强荧光
4.取代基
（1）对共轭体系作用大的给电子基 团，增加共轭效应，使荧光效率增 强，荧光波长长移。 例：-OH，-OR，-NH2，-CN，-NR2等 饱和杂原子基团。
（2）对共轭体系作用大的吸电子基 团，减弱 π 电子共轭性，使荧光 减弱甚至熄灭。
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；
传递途径
辐射跃迁
无辐射跃迁
荧光
延迟荧光
磷光
系间跨越
内转移
外转移
振动弛预
• 振动弛豫：从同一电子能级的各较高振 动能级逐步返回到最低振动能级。
• 内部能量转换：两个电子能级之间的能
量转换。 • 外部能量转换：激发态分子与溶剂分子 或其它荣指分子相互作用及能量转移。 • 体系间跨越：指不同多线态间的无辐射 跃迁。
的关系曲线。 激发光谱曲线的最高处，处于激发态的 分子最多，荧光强度最大；
发射光谱：固定激发光波长(选最大激发波
长), 化合物发射的荧光(或磷光强度)与发射
光波长关系曲线(图中曲线II或III)。
激发光谱与发射光谱的关系
a.Stokes位移
激发光谱与发射光谱之间的波长差值。发
射光谱的波长比激发光谱的长，振动弛豫消
V4 V3 V2 V1 V0
(e)体系间跨越
(b)
V4 V3 V2 V1 V0
T1
第一激 发 态 三线态
λ1
基 态S 0 (a)吸收
λ′
V4 V3 V2 V1
《仪器分析课程》介绍
《仪器分析课程》介绍一、本课程校内发展的主要历史沿革本课程为“分析化学”的重要组成部分，药学专业各方向的基础必修课，开设于药学院建院之初，由我国分析化学的著名教授陆明廉主持，此后历任教师保持了“重视基础理论、基础知识教学和动手能力培训”的教学思想。
全国高校药学专业统编《化学分析》教材已改编到第七版，本教学团队教授每版均参与编写。
二、理论课和理论（含实践）课教学内容“仪器分析”是化学学科的一个重要分支，它是以物质的物理和物理化学性质为基础建立起来的一种分析方法。
利用较特殊的仪器，对物质进行定性分析，定量分析，形态分析。
仪器分析方法所包括的各类方法所依据的原理不同，所测量的物理量不同，操作过程及应用情况也不同。
随着药学学科的发展，相关学科的研究对仪器分析学科提出越来越高的要求，仪器分析涉及体系也越来越复杂，内容也远远超出化学学科的领域，它正把化学与数学、物理学、计算机科学、生物学结合起来，发展成一门多学科性的综合性科学。
通过学习仪器分析的基本理论、基本知识和基本概念，使学生掌握各种方法的原理，并且具有根据分析任务选择合适的分析方法的能力，在此基础上，学生经过实验技能和操作的严格训练，真正掌握各种仪器分析技术，各种分析技术在药学科学中的应用。
仪器分析发展日新月异，本课程的内容是最必要的基础和知识贮备，通过教学还需使学生养成时刻关注仪器分析的前沿领域和发展趋势，了解各种新方法和新技术在药学以及各领域的应用，了解药学学科及其他学科的进展和对仪器分析的新要求，培养具有创新性思维和强动手能力的药学人才，以适应21世纪我国新药研究开发的需要。
三、知识模块顺序及对应的学时（一）理论课（45学时）1.电位法及永停滴定法8学时2.光谱分析法概论1学时3.紫外可见分光光度法5学时4.荧光分光光度法2学时5.红外吸收光谱法4学时6.原子吸收分光光度法2学时7.核磁共振波谱法4学时8.质谱法4学时9.色谱分析法概论2学时10.气相色谱法5学时11.高效液相色谱法4学时12.平板色谱法4学时（二）实验课（18学时）1.磷酸的电位滴定2学时2.磺胺嘧啶的重氮化滴定2学时3.微量铁的测定2学时4.双波长法测定2学时5.荧光法测定2学时6.氟离子含量测定2学时7.气相色谱法2学时8.高效液相色谱法2学时9.红外光谱测定2学时四、课程的重点、难点及解决办法重点：各类方法的原理，根据物质的结构选择合适的仪器分析方法（包括定性、定量和结构分析）难点：仪器分析涉及物质的物理和物理化学原理，将物理原理和本学科的方法相结合是课程学习过程中的重点也是难点；仪器分析发展迅速，学生对仪器缺乏感性认识。
仪器分析—荧光分析法
一．定义和分类
概述
（1）定义：物质分子吸收光子能量而被激发，然后从激发态 的最低振动能级返回到基态时所发射出的光称为荧光，根据物
质的光谱线位置及其强度进行物质原子荧光分析法 2．分子荧光分析法
优点：测定灵敏度高、选择性好 如紫外-可见分光光度法 10-7g/ml, 荧光分析法 10-10～10-12g/ml
• 简称内转换，是与荧光相竞争的 过程之一。当两个电子能级非常 靠近以致其振动能级有重叠时， 内转换特别有效。内转换的速度 很大程度上决定于此过程所包含 的能级之间相对能量差。
3．外部能量转换（external conversion）
• 简称外转换，是与荧光相竞争的主要过 程。外转换是激发态分子与溶剂分子或 其它溶质分子的相互作用及能量转移， 使荧光强度减弱甚至消失，这些过程统 称为外转换过程。这一现象也称为荧光 熄灭或荧光淬灭。从第一激发单线态或 三线态回到基态的无辐射跃迁(图14-2)可 能既涉及内转换也涉及外转换等。
（二）激发光谱与荧光光谱的形成
任何荧光物质，都具有两种特征 光谱，即激发光谱(excitation spectrum) 和荧光发射光谱(fluorescence emission spectrum)。
1. 激发光谱
保持荧光发射波长不变（即固定发 射单色器），依次改变激发光波长（即 调节激发单色器），测定不同波长的激 发光激发下得到的荧光强度F（即激发光 波长扫描）。然后以激发光波长为横坐 标，以荧光强度F为纵坐标作图，就可得 到该荧光物质的激发光谱。
• 利用某些物质的荧光在辐射停止后仍可持续 一段时间的性质，建立了时间分辨荧光法， 减少或消除了激发光的干扰，大大提高了灵 敏度（达10−19g）。
（三）无辐射跃迁
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第六章 荧光分析法
学习目标
1.熟悉分子荧光（磷光）发生的机理； 2.熟悉分子荧光与分子结构及环境的关系； 3.了解激发光谱与荧光光谱及其关系；
4.掌握荧光分析法的应用。
引言：何为光致发光？
有些物质受到激发光照射后会发射出波长比激发光的波长更 长的光，这种发光称为光致发光，如荧光笔、荧光显微镜、荧光矿石， 等。 光致发光依发光条件不同又分为荧光和磷光两类，这就是本 章学习的内容！
取代基效应：苯环上有给电子基会增强荧光而吸电子基会减弱荧光。
化合物
相对荧光强度
荧光波长/nm
C6H6（苯） C6H5CH3
C6H5OH C6H5OCH3 C6H5NH2 C6H5Cl C6H5Br C 6 H5 I
10 17
18 20 20 7 5 0
270~310 270~320
285~365 285~345 310~405 275~345 290~380
荧 光 强 度 200
激发光谱
荧光光谱
250 300 350 400 450 nm 500 蒽的激发光谱和荧光光谱
（4）荧光光谱的形状与激发光波长无关
不同激发光波长只对荧光强度有影响。
内转换 S
2
振动弛豫 内转换 系间跨 越
能 量
S1
T2 T1
发 射 荧 光
外转换
发 射 磷振动弛豫 光
S0
1
2
F ——λ ex为分析用的激发光波长。 最大激发波长
2、发射（荧光）光谱：固定最大激发光波长，测 定不同发射波长的荧光强度(F)。 以F为纵坐标，荧光波长λ 为横坐标作图。
选择最大荧光波长 ——λ em作为荧光测定波长。
F
荧 光 强 度
激发光谱
荧光光谱
200
250
300
350
400
450
激发光波长 荧光波长 蒽的激发光谱和荧光光谱
S1
T1
体系间跨跃——S1~T1
S0
外转移
一、荧光的产生（分子的激发与去激发）
基态
激发 去激发
激发态
（一）激发 处于基态的物质分子吸收光能时，其电子对中的 一个电子被激发到某一较高能级。
(二)去激发 指分子中处于激发态的电子以辐射（发光）或 非辐射方式回到基态的过程。
辐射跃迁
去激发 豫 无辐射跃迁
5、荧光发射
电子由第一激发单重态 S1 的 最低振动能级跃迁至基态 S0 而发射 的光叫荧光。
6、磷光发射
电子由第一激发三重态 T1的最低振动能级跃迁至基态S0而 发射的光叫磷光。
三、荧光强度与浓度的关系 （一）荧光效率：
（二）荧光强度与浓度的关系 当激发光的强度与吸收池的厚度不变时， 由 朗伯-比尔定律推出： F=Kc 即荧光强度与荧光物质的浓度成正比 ——定量依据
思考：影响荧光强度的因素有哪些？
影响荧光强度的因素
电子跃迁类型 共轭效应 分子结构 刚性结构和平面效应 取代基 环境因素 温度 溶剂 pH 浓度
荧光猝灭剂
五、 激发光谱、荧光光谱
1、激发光谱：固定荧光发射波长，连续改变 激发光波长，测定荧光强度（F）。 以F为纵坐标，激发光波长λ 为横坐标作图。
（热的形式）
荧光
磷光 振 动 驰 内转移
（发光）
体系间跨越
外转移
1、振动驰豫
同一电子能级中，电子以无辐射跃迁由 高振动能级跃迁到低振动能级的过程称振动驰 豫。
3、体系间跨越 电子由激发单重态向激发三重态的无辐射跃迁称为体系间 跨越。常见于含重原子(I、Br)的有机分子中。 4、外转移 激发态分子与溶剂分子或其它溶质相互作用，以热的形式 失去多余的能量回到基态的过程。
2、环境因素
(1)温度
温度↓→荧光↑
(2)溶剂
极性↑→ 荧光↑；粘度↑→ 荧光↑
影响荧光物质存在形式，
(3)溶液pH值
(4)荧光熄灭剂（卤素离子、重金属离子、氧分子、 硝基化合物及重氮化合物等等）
3、荧光物质浓度 在低浓度（一般≤10-6g）时，荧光强度与浓度呈正比关系——荧 光法的定量依据。 自熄灭：当荧光物质高到一定浓度时，荧光分子间碰撞增多， 使荧光强度减弱的现象。
日光灯
维生素B2
光谱分析法分类
按 能 量 交 换 方 向
吸收光谱法：物质吸收辐射能，由低能态跃迁至高能态而 得到的光谱。
发射光谱法：物质吸收辐射能，由低能态跃迁至高能态后，
再由高能态返回至低能态而产生的光谱。
按 作 用 物 质 不 同 分 Nhomakorabea分子光谱法：由分子产生的光谱——带状光谱
原子光谱法：由原子产生的光谱——线状光谱
第一节 基本原理
一、荧光的产生
S0
荧光的产生（分子的激发与去激发）
振动弛豫
S2
１. 辐射跃迁的类型 荧 光：10-9 ~10-4 sec 磷 光：10-4 ~100sec ２. 非辐射跃迁的类型 振动弛豫—— 振动能级 外 转 移——热 内 转 移——电子能级
磷 光
内转移 荧光 体系 间跨 跃
紫 外 可 见 吸 收 光 谱
四、影响荧光强度的因素 1、分子结构
跃迁类型： π→π*产生荧光的主要跃迁类型，含有π→π*共轭体系的有机分子是 荧光分析的主要对象。
共轭效应：
具有共轭效应的芳香族化合物易产生荧光，凡是能提高π电子共轭程度 的结构，都会增大荧光强度，并使荧光光谱长移。
苯
萘
蒽
刚性结构和共平面效应
可增强共轭程度，降低分子振动，减少与溶剂 的相互作用，故具有很强的荧光。
荧光分析法 1、定义
依据荧光谱线的位置及强度对物质进行定性或定量分析的方 法称为荧光分析法。
2、特点 ①灵敏度高 最低检测浓度可达10-9~10-7g/ml，比紫 外分光光度法灵敏度高10~1000倍，适合于 痕量物质的检测。
②选择性好。
凡是会发生荧光的物质首先必须会吸收一定频率的光，但会吸 收光的物质却不一定会产生荧光。所以，荧光分析法的选择性比紫外 -可见分光光度法好。 ③能够引起荧光的化学物质较少，应用范围小。 大多数物质本身不会产生荧光，一些物质在加入某种试剂后能 够产生荧光。
500 nm
3.吸收光谱、激发光谱与荧光光谱的关系
(1)激发光谱与吸收光谱的形状极为相似。
F
激发光谱
（2）镜像规则 通常荧光光谱与激发光谱（吸收光谱）大致 呈镜像对称。
4 3 2 1
S1
4 3 2 1
S0
（3）Stokes位移 Stokes位移是指激发光谱与荧光光谱之间 的波长差值。荧光的波长总是大于激发光的波长。
2
3
第二节 荧光光度计