荧光光谱技术

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1、糸二章笑光光谱技木16世纪，丙班牙科学家NicholasMonardes观察到，贮放在由菲律宾紫檀木制成的杯中的水会发出一种祌奇而迷人的蓝光。到17世纪，Boyle等其他科学家也观察并记载了类似的发光现象。1864年，英国物理学家GeorgeStokes首先提出发光现象作为一种分析方法，他在1852年发表的关于发光现象的基础性论文以及随后的一系列研究工作，奠定了至今还在使用的许多发光概念的基础。1978年，T.C.O’Haver在其论文里对发光现象及研宄做了历史考证和评述（王镇浦等，1989）。发光光谱法作为最古老的分析方法之一，目前仍然得到极为广泛的应用。荧光光谱分析

2、技术具有灵敏度高（比紫外一可见分光光度法高2〜3个数量级），选择性好，工作曲线线性范围宽，而II能够提供激发光谱、发射光谱、发光强度、发光寿命、量子产率、偏振和各向异性诸多信息等优点，己经成为一种重要的痕量分析技术。它在生物、医学、药物、环境、石油工业等领域都有广泛的应用。随着科学技术的发展，激光、微机、电子学等新技术的引入，不仅大大推动了荧光分析法在理论上的发展，促进了诸如时间分辨、和分辨、荧光偏振、荧光免疫、同步荧光、三维荧光技术和荧光光纤化学传感器、荧光光纤免疫传感器等荧光分析新方法和新技术的发展，同吋促使各种新型荧光分析仪器的出现（王镇浦等，1989;赵藻藩等，

3、1990）。§2.1光致发光原理基本说来，光致发光是分子受光子激发后发生的一种去激发过程。在吸收紫外和口L见电磁辐射的过程屮，分子受激跃迁到激发电子态。多数分子将通过与其他分子的碰撞，以热的形式散发掉多余的这部分能量；部分分子则以光的形式释放出这部分能量，放射出光的波长不同于所吸收辐射的波长。后一种过程称为光致发光。从本质上讲，光致发光是一种涉及光子的激发一去激发过程。下面将对此过程作一描述。§2.1.1焚光的产生室温K,大多数分子处于基态的最低振动能层。处于基态的分子吸收能量（电能、热能、化学能或光能等）后被激发为激发态。激发态不稳定，将很快衰变为基态。卜面将主要从分

4、子结构理论来讨论荧光产生机理。每个分子具奋一系列严格分立的能级，称为电子能级，而每个电子能级中又包含一系列振动能层和转动能层，见图2.1。图中基态用So表示，第一电子激发单重态和第二电子激发单重态分别用sjns2表示。乃为第一电子激发三重态。SINGLETEXCITEDSTATETRIPLETEXCITEDSTATEInternalVibrational/conversion/relaxationenergy5—Phosphorescence

5、AbsorptionFluorescence!厂厂rt图2.1荧光和磷光体系能级图电子激发态的多重度用M=2s+l表示，s为电子

6、自旋量子数的代数和，其数值为0或1。根据Pauli不相容原理，分子中同一轨道所占据的两个电子必须具有相反的自旋方向，即自旋配对。假如分子中全部轨道里的电子都是自旋配对的，即s=0,分子的多重度从=1，该分子体系便处于单重态，用符号S表示。大多数有机分子的基态是处于单重态的。分子吸收能量后，若分子在跃迁过程屮不发生自旋方向的改变,这吋分子处于激发单重态，如图2.1中的SjUS2。如果分子在跃迁过程中还伴随着自旋方向的改变，这时分子便具有两个自旋不配对的电子，即5=1,分子的多重度A/=3,分子处于激发三重态，用符号T表示。处于分立轨道上的非成对电子，平行自旋要比成对自旋更

7、稳定些(洪特规则)，因此三重态能级总是比相应的单重态能级略低，如图2.1中的乃。处在激发态的分子不稳定，它可能通过辐射跃迁和非辐射跃辻等去活化过程返lEl基态，其中以速度最快、激发态寿命最短的途径占优势。有以下几种基本的去活化过程，⑴振动驰豫(Vibrationalrelaxation);(2)焚光发射;⑶内转换(Internalconversion);(4)外转换(externalconversion)；⑸系间跨越(Intersystemcrossing)；⑹磯光发射(见图2.1)(王镇浦等，1989;赵藻藩等，1990)。§2.1.2荧光和分子结构的关系分子产生荧光

8、必须具备两个条件：⑴分子必须具有与所照射的辐射频率相适应的结构，才能够吸收激发光；⑵吸收了与其本身特征频率相冋的能量后，必须具有一定的荧光量子产率。荧光量子产率(W也称荧光效率或量子产率，它表示物质发射荧光的能力，通常应用下式表示：=发射的光量子数0_吸收的光量子数许多吸光物质并不能够发射荧光，因为在激发态分子释放激发能的过程中除荧光发射外，还有许多上述的辐射和非輻射跃迁过程与之竞争。荧光量子产率与上述每一个过程的速率常数有关。用数学公式表示如不：式屮知为荧光发射过程的速率常数，：^么为其他有关过程的速率常数的总和。从上式可知，凡是能使知