第六章 荧光分析法
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荧光法荧光分析法1荧光：物质分子接受光子能量被激发后，从激发态的最低振动能级返回基态时发射出的光。
2荧光分析法是根据物质的荧光谱线位置及其强度进行物质鉴定和含量测定的方法。
荧光分析法的优点：灵敏度高，选择性好，比紫外可见分光光度法低3个数量级以上。
3振动弛豫：处于激发态各振动能级的分子通过与溶剂分子的碰撞而将部分振动能量传递给溶剂分子，其电子则返回到同一电子激发态的最低振动能级的过程。
（非辐射跃迁）4内部能量转换：简称内转换，是当两个电子激发态之间的能量相差较小以致其振动能级有重叠时，受激分子常由高电子能级以无辐射方式转移至低电子能级的过程。
5荧光发射：无论分子最初处于哪一个激发单重态，通过内转换及振动弛豫，均可返回到第一激发单重态的最低振动能级，然后再以辐射形式发射光量子而返回至基态的任一振动能级上，这时发射的光量子称为荧光。
（辐射）6外部能量转换：简称外转换，是溶液中的激发态分子与溶剂分子或与其他溶质分子之间互相碰撞而失去能量，并以热能的形式释放能量的过程。
（非辐射)7体系间跨越：是处于激发态分子的电子发生自旋反转而使分子的多重性发生变化的过程。
（非辐射）8磷光发射：经过体系间跨越的分子再通过振动弛豫降至激发三重态的最低振动能级，分子在激发三重态的最低振动能级可以存活一段时间，然后返回至基态的各个振动能级而发出光辐射，这种光辐射称为磷光。
磷光的坡长比荧光更长。
9溶液荧光光谱的特征：①斯托克斯位移：荧光发射波长总是大于激发光波长。
激发态分子通过内转换和振动弛豫过程而迅速到达第一激发单重态S1的最低振动能级。
②荧光光谱的形状与激发波长无关，荧光发射光谱只有一个发射带。
③荧光光谱与激发光谱的镜像关系。
10影响荧光强度的外部因素：⑴温度（温度升高溶液中荧光物质的荧光效率和荧光强度将降低）；⑵溶剂（荧光波长随着溶剂极性的增强而长移，荧光强度也增强）；⑶酸度（每一种荧光物质都有它最适宜的发射荧光的存在形式，也就是它最适宜的PH范围）；⑷荧光熄灭剂（是指荧光物质分子与溶剂分子或其他溶质分子相互作用引起荧光强度降低的现象；荧光熄灭的原因：①因荧光物质分子和熄灭剂分子碰撞而损失能量；②荧光物质的分子与熄灭剂分子作用生成了本身不发光的配位化合物；③溶解氧的存在，使荧光物质氧化，或是由于氧分子的顺磁性，促进了体系间跨越，使激发单重态的荧光分子转变至三重态；④浓度较大时，还发生自熄灭现象）⒂散射光。
紫外分光光度法和荧光分析法
1 Beer-Lambort 定律A=log T =Ecl *A为吸收度；
*T为透光率； *E为吸收系数（以 E *c为溶液浓度； *l为样品总厚度。
1% 1cm
表示，溶液浓度为1%（g/ml），厚度为1cm时的吸光度值）
适用条件：入射光为单色光 溶液是稀溶液 固体、 液体和气体样品在同一波长 下，各组分吸光度具有加和性
吸收光谱
10-4-10-7g/ml
选择性
高
一般
应用
硫色素荧光法测定维生素B1
维生素B1 在碱性溶液中被铁氰化钾氧化成硫色素，在紫（365nm）
照射下呈蓝色荧光（435nm）通过与对照品荧光强度比较。即可测得供试 品含量（课本260页）
荧光分光光度法测定维生素E
采用同步荧光扫描法测定血清中维生素E，有效的消除溶剂拉曼 光谱的干扰，提高灵敏度和准确性。（课本277页）
双波长分光光度法
不需空白溶液作参比；但需要两个单色器获得两
束单色光(λ1和λ2)；以参比波长λ1处的吸光度Aλ1 作为参比，来消除干扰。在分析浑浊或背景吸收 较大的复杂试样时显示出很大的优越性。灵敏度、 选择性、测量精密度等方面都比单波长法有所提 高。 ΔＡ＝A λ2 －A λ1 ＝（ελ2 －ελ1 ) b c 两波长处测得的吸光度差值ΔＡ与待测组分浓度 成正比 （例子：课本366页）
其他
卡尔曼滤波法
偏最小二乘法 小波变换
三波长分光光度法
系数倍率法
……
原理 与紫外-可见法异同点
应用
原理
荧光 — 分子吸收电磁波后，从其最低激发 态重新发射紫外线或可见光的现象 利用某些物质被一定波长的光照射后所产 生的，能够反映该物质特性的荧光来进行 定性定量的分析方法——荧光分析法。
荧光法原理
荧光法原理一、引言荧光法是一种广泛应用于生命科学、化学和物理学等领域的分析方法，它基于物质在受到激发后发出荧光的原理，通过测量荧光强度来确定样品中所含物质的浓度或性质。
本文将详细介绍荧光法的原理及其应用。
二、荧光现象1. 荧光定义当某些物质受到能量激发后，会发生从低能级到高能级的跃迁，并随即从高能级向低能级跃迁时放出辐射，这种辐射称为荧光。
与磷光不同，荧光是在吸收外部能量后立即放出的辐射。
2. 荧光特性荧光具有以下特性：（1）波长长：通常波长范围在200-700 nm之间；（2）持续时间短：持续时间通常在10-9秒至10-6秒之间；（3）强度低：通常比吸收强度低几个数量级；（4）受环境影响大：如溶剂极性、温度、pH值等。
三、激发和发射1. 激发荧光分析中，样品通常通过吸收紫外线、可见光或其他形式的电磁辐射来激发。
当吸收的能量与物质的电子跃迁到高能级时，就会激发荧光现象。
2. 发射激发后，物质在返回基态时会放出辐射，即荧光。
荧光具有一定的波长范围和强度，可以通过荧光仪来测量。
四、荧光仪测量1. 荧光仪构造荧光仪由以下部分组成：（1）激发源：产生激发波长的灯或激光器；（2）样品室：容纳待测样品；（3）检测器：检测样品放出的荧光；（4）滤波器：挑选特定波长的荧光信号。
2. 测量原理荧光信号经过滤波器后被检测器检测到，并转换为电信号。
然后经过放大和处理后输出到计算机或记录装置上。
根据不同实验要求可以选择不同的滤波器和检测器。
五、应用领域1. 生命科学荧光法在生命科学中应用广泛，如荧光定量PCR、荧光原位杂交、蛋白质分离和检测等。
2. 化学分析荧光法在化学分析中应用较多，如气相色谱、液相色谱、毒素检测等。
3. 材料科学荧光法在材料科学中也有应用，如纳米材料的表征等。
六、总结荧光法是一种灵敏度高、选择性好的分析方法。
它广泛应用于生命科学、化学和物理学等领域。
通过测量样品放出的荧光信号，可以确定样品中所含物质的浓度或性质。
荧光光度分析法及药物分析
荧光光度分析法与药物分析化材院化工3班姚依弟10081224前言当紫外光照射到某些物质的时候，这些物质会发射出各种颜色和不同强度的光，而当紫外光停顿照射时，这种光线也随之很快地消失，这种光线称为荧光。
利用这种能够反映物质特性的荧光对该物质进展定性和定量分析的方法称为荧光分析法。
荧光是分子从激发态的最低振动能级回到它原来的基态时发射的光，激发的完成是由于光的吸收。
吸收与荧光密切相关，因为吸收必须先于荧光发射。
由于碰撞和热的耗散常使一局部吸收能丧失，剩余荧光的能量比吸收的能量小，因此荧光在更长的波长发射。
【一】荧光分光光度法的分析方法荧光分析的灵敏度一般都高过应用最广泛的比色法和分光光度法。
比色法及分光光度法的灵敏度通常在千万分之几；而荧光分析法的灵敏度常达亿分之几，甚至有千亿分之几的。
荧光分析法的另一优点是选择性高。
荧光分析法还有方法快捷，重现性好，取样容易，试样需要少等优点。
荧光分析法也有它的缺乏之处，主要是指它比起其它方法来说应用X围还不够广泛，因为有许多物质本身不会产生荧光。
为使荧光分析法的应用更加广泛，开展了各类荧光分析方法，如对不发荧光的物质可通过某类化学反响使其转变为适合测定的荧光物质，对荧光较弱的物质可采取荧光增敏分析法。
荧光分析法可分为直接荧光测定法和间接荧光测定法。
直接测定法是利用物质自身发射的荧光进展定量测定。
但是自身发荧光的药物寥寥无几，所以一般采用间接法测定。
1、直接荧光分析法直接荧光分析法适用于自身能产生荧光的药物。
因荧光性质与溶液的EF值有关，故荧光强度的测定需在适宜的EF缓冲溶液中进展。
对于成分复杂的生物供试品，为了防止干扰，有时需利用萃取、沉淀、色谱别离等方法除去干扰物，以降低荧光空白本底，提高分析灵敏度。
已用于直接荧光分析法的药物有盐酸洛哌丁胺、双水杨酯、左旋溶肉瘤素、叶酸等。
本身能发荧光的物质,可用荧光分光光度法直接测定。
鲍霞认为可用荧光分光光度法直接测定氧氟沙星胶囊的含量。
荧光分析与化学发光分析
化学发光分析是利用化学发光现象进行分析测定 的一类方法。与荧光分析一样，属于发光分析的范 畴。化学发光与荧光分子的发光相似，他的大部分 性质和荧光相同，不同点在于荧光的激发能来自外 光源的激发(照射)，而化学发光的激发能则产生自 化学反应，也即某些物质在进行化学反应时，由于 吸收了反应时产生的化学能，使分子或原子被激发， 这种受激分子或原子返回基态时，以光辐射的方式 释放能量。其光辐射的能量及光谱范围由化学反应 的物质所控制(处于可见光区)。每一个化学反应都 有其特征的化学发射光谱，其发光强度则与物质的 浓度有关，这是化学发光分析的依据。
Em En
图6-7 菲、蒽、苝的光谱图
图6-8 萘、菲、蒽、苝、 并四苯混合物的常规荧光 光谱及混合物的同步光谱 图
图6-9 工厂区大气 样品萃取物中强致癌 物苯并(α)芘及其共 存物的荧光光谱和同 步光谱
三、 荧光定量分析
1. 荧光强度与浓度的关系 荧光的发光是由于物质在吸光之后发射出波长较长的荧光，因此溶液的荧光强度 与该溶液的吸光程度以及溶液中荧光物质的荧光效率有关。溶液被入射光(I0)激 发后，可以在溶液的各个方向观察到荧光强度(F)。但由于激发光源能量的一部 分被透过，因此，在透射光的方向观察荧光是不适宜的。一般是在与激发光源垂 直的方向观测。 根据比耳定律，透过光的比例为 I -ε b C (6-1) - =10 I0 式中： I0为入射光(激发光)强度； I为透过光强度；C为浓度，b为液层厚度；ε 为摩尔吸光系数。 相应地被吸收的部分是 I -ε b C (6-2) 1- - =1-10 I0 将上式重新排列，可得被吸收的光的量为 -ε b C I0-I= I0 (1-10 ) (6-3)
已知电子激发态的自旋多重性为2S+1，S是自 旋量子数的代数和。大多数分子含有偶数电子，在 基态时这些电子成对地存在于各个原子或分子轨道 中。然而，根据保利不相容原理，在一个轨道上的 这两个电子的自旋是相反的，自旋量子数为+½(↑) 和-½(↓)。由于自旋成对的结果，大多数分子的自旋 量子数的代数和S=0，此时这个分子所处的电子能 态称为单重态(singlet state)，即2S+1=1。如果分子 中有一个未成对的电子，则S=½，而2S+1=2，此 种状态称为双重态(doublet state)。若分子中有两个 未成对的电子，此时S=1,2S+1=3，这种状态称为 三重态(triplet state)。
分子荧光分析法
2、溶剂因素：同一种荧光物质在不同溶剂中， 其荧光光谱的位置和强度都有差别。
二、测定条件的影响 1、浓度：在F与C的关系中提出，F KC 仅适用于低浓度
的情况，另外浓度增大，由于内滤效应和荧光猝灭效应等引 起曲线弯曲。
2、酸度：带有酸性或碱性环状取代基的芳香化合物的荧 光一般都与pH值有关，有些化合物在离子状态时不显荧光， 因此，在利用荧光强度作测定时，溶液的pH值的严格控制 是非常重要的，需通过实验来确定。
2、荧光效率：激发态分子中发射荧光的量子数占吸收 激发光的量子总数的比例，数值在0-1之间。
= 发出的光量子数 / 吸收的光量子数
I0
C
I
b F
3、F = K’ I0 1 － 10 -abc 当abc<0.05，I0一定时
F=KC 此式仅适用于低浓度的情况，此时荧光强度
与溶液浓度关系曲线为一直线。
3、镜象关系 两种光谱成镜象对称，是由于大多吸收光谱的形状表
明了分子的第一激发态的振动能级结构，而荧光发射光谱 则表明了分子基态的振动能级结构。能量在基态的振动能 级上分布情况和在第一电子激发态的振动能级上分布相似， 这样就出现了荧光光谱的形状和激发光谱的形状非但极为 相似，而且两者形成镜象。
荧光光谱一般比吸收光谱更简单，缺少了一些短波长 的吸收峰。而且与分子是否被激发至更高激发态无关，即 荧光光谱的形状与激发波长无关。
根据激发光的波长不同，即物质接受的电磁辐射能量大小不 同，所发射的荧光就不同，分析方法也不同，可分为X射线 荧光分析法、紫外-可见荧光分析法和红外荧光分析法等。
根据发荧光的粒子不同，又可分为分子荧光分析法和原子荧 光分析法。
荧光分析(MFS)
激依发次过为程T伴2、随T自3等旋变化，形成第一激发三重态为T1，
激发单重态和激发三重态分子的性质区别
（1）S态分子具有抗磁性，磁场中无能级分裂。 T态分子具有顺磁性。
当溶液浓度很稀时（A<0.05） F=KC （荧光定量分析的依据） 当A0.05时，F与C偏离线性，F下降。
F
c
荧光与分子结构的关系
1.共轭效应 →* 跃迁
芳香族化合物、五元杂环上取代苯基. 共轭体系越大,越易产生荧光,荧光效率也增大.
─(CH=CH)2─ ─(CH=CH)3─
φ=0.28 φ=0.68
蒽的激发光谱（吸收光谱）和发射光谱（荧光光谱）
吸收光谱 发射光谱
激发光谱:Excitation Spectrum, 激发波长:ex 发射光谱 Emission Spectrum, 发射波长:em
荧光光谱的特点
Stokes位移：分子荧光的发射峰相对于吸收峰 位移到较长的波长.
荧光发射光谱的形状与激发波长的选择无关. 镜像规则：荧光发射光谱和它的吸收光谱呈镜
（2）电子在不同多重态间的跃迁需换向，不 易发生。
（3）激发单重态能量高于相应激发三重态的
能量。S2>T2 > S1 >T1>S0
T1是亚稳态
（4）激发态分子平均寿命很短（10-8秒）
亚稳态分子平均寿命可达数秒钟
2、内部转换（IC）和系间窜跃（ISC）
振动弛豫——电子由较高振动能级很快 （10-12s）转至同一激发态的最低振动能级。 （无辐射去激过程）
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第六章分子发光分析法1．解释下列名词：（1）荧光；（2）磷光；（3）化学发光；（4）荧光激发光谱；（5）荧光发射光谱；（6）荧光量子产率；（7）荧光猝灭。
答：（1）荧光如果分子被激发到某个电子激发态的某个振动能级上，处于这个能态的分子会通过振动弛豫、内转换等一系列非辐射方式衰变到S 1态的最低振动能级，然后发生10S S →的辐射跃迁，这个辐射跃迁过程即发射出荧光。
（2）磷光分子被激发到某个电子激发态的某个振动能级上后，通过振动弛豫、内转换和体系间窜跃等一系列非辐射方式衰变到T 1态的最低振动能级，然后发生01T S →的辐射跃迁，这个辐射跃迁过程即发射出磷光。
（3）化学发光在某些化学反应中，反应产生的能量可以光辐射的形式释放出来，这种现象称为化学发光。
（4）荧光激发光谱以不同波长的入射光激发荧光物质，并在固定波长处测量激发出来的荧光强度，然后以激发波长为横坐标，荧光强度为纵坐标绘制关系曲线，便得到荧光激发光谱。
（5）荧光发射光谱固定激发光的波长和强度不变，测量不同波长处发射的荧光强度，绘制荧光强度随发射波长变化的关系曲线，便得到荧光发射光谱。
（6）荧光量子产率荧光量子产率是指荧光物质被激发后所发射荧光的光子数与吸收的激发光的光子数之比值。
（7）荧光猝灭荧光物质与溶液中其他物质发生作用，使荧光强度减弱或者消失的作用称为荧光猝灭。
2．简述影响物质的荧光发射的主要因素。
答：影响物质的荧光发射的主要因素如下：（1）分子结构①共轭 键体系：发荧光的物质中都含有共轭双键的强吸收基团，共轭体系越大，荧光效率越高；②刚性平面结构：荧光效率高的物质，其分子多是平面构型且具有一定的刚性；③取代基的影响：取代基对荧光物质的荧光特征和强度有很大影响，给电子取代基可使荧光增强，吸电子取代基使荧光减弱。
（2）环境因素①溶剂的影响：溶剂的极性对荧光物质的荧光强度产生影响，溶剂的极性越强，荧光强度越大；②温度的影响：温度对溶液荧光强度影响明显，对于大多数荧光物质，升高温度会使非辐射跃迁引起的荧光的效率降低；③pH的影响：溶液pH值对含有酸性或碱性取代基团的芳香族化合物的荧光性质有影响；④内滤光作用和自吸收作用：溶液中若存在能吸收激发光或荧光的物质，就会使实际测到的荧光减弱。
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
荧光分析与化学发光分析
已知电子激发态的自旋多重性为2S+1，S是自 旋量子数的代数和。大多数分子含有偶数电子，在 基态时这些电子成对地存在于各个原子或分子轨道 中。然而，根据保利不相容原理，在一个轨道上的 这两个电子的自旋是相反的，自旋量子数为+½(↑) 和-½(↓)。由于自旋成对的结果，大多数分子的自旋 量子数的代数和S=0，此时这个分子所处的电子能 态称为单重态(singlet state)，即2S+1=1。如果分子 中有一个未成对的电子，则S=½，而2S+1=2，此 种状态称为双重态(doublet state)。若分子中有两个 未成对的电子，此时S=1,2S+1=3，这种状态称为 三重态(triplet state)。
3. 化合物的荧光和化学结构的关系 产生荧光必须具备两个条件。首先，物质分子必须具有 能吸收紫外或可见光的生色基团；其次该物质应具有一定的 荧光效率。分子中能发射荧光的基团，称为荧光基团。荧光 基团一定是生色基团，但生色基团未必一定是荧光基团。这 是由于它的荧光效率不高，而将所吸收的能量消耗于与溶剂 分子或其他溶质分子之间的相互碰撞，因此不能发射荧光。 荧光效率(ΦF)又称为荧光量子产率，是荧光物质吸光后所 发射的荧光量子数与所吸收的激发光的量子数的比值，即
化学发光分析是利用化学发光现象进行分析测定 的一类方法。与荧光分析一样，属于发光分析的范 畴。化学发光与荧光分子的发光相似，他的大部分 性质和荧光相同，不同点在于荧光的激发能来自外 光源的激发(照射)，而化学发光的激发能则产生自 化学反应，也即某些物质在进行化学反应时，由于 吸收了反应时产生的化学能，使分子或原子被激发， 这种受激分子或原子返回基态时，以光辐射的方式 释放能量。其光辐射的能量及光谱范围由化学反应 的物质所控制(处于可见光区)。每一个化学反应都 有其特征的化学发射光谱，其发光强度则与物质的 浓度有关，这是化学发光分析的依据。