分子荧光光谱原理
分子荧光和磷光光谱分析法讲解
2、荧光、磷光的寿命和量子产率
荧光寿命τf ：荧光分子处于S1激发态的平均寿命
f
1 (kf
K)
k f ：荧光发射过程的速率常数
K ：各种分子的非辐射衰变过程的速率常
数的总和。
典型分子的荧光和磷i 在光 10-8~ 10-10s
光谱分析法讲解
➢ 磷光寿命τp ：磷光分子处于T1激发态的平均寿命。
f kf (kf K)
➢ 荧光量子产率的大小取决于荧光发射与非辐射 跃迁过程的竞争结果。
K << k f
f 1
分子荧光和磷光 光谱分析法讲解
➢ 磷光量子产率（p）
p
S
TKp
Kp
Kj
K p ：磷光发射的速率常数
ST ：S1 T1系间窜越的量子产率
Kj ：与磷光发射过程相竞争的从T1态发生 的所有非辐射跃迁过程的速率常数的
分子荧光和磷光 光谱分析法讲解
二、荧光、磷光与分子结构的关系
➢ 分子中的电子是依序排列在能量由低到高的 分子轨道上。
σ* π*
反键轨道
n 电子
π
键合轨道
σ
图8-2.有机分子吸光所涉及的能层
分子荧光和磷光 光谱分析法讲解
➢ 虽然很多物质能够吸收紫外和可见光，然而只 有一部分物质能发荧光或磷光，分子能否发荧光 或磷光，在很大程度上决定于它们的分子结构。
振动弛豫：分子将多余的振动能量传递给介质而 衰变到同一电子能级的最低振动能级 的过程。
内转化：相同多重态的两个电子态间的非辐射跃 迁过程。
例如： S1 S0
T2 T1
系间窜越：不同多重态的两个电子态间的非辐射 跃迁过程。
第九章分子荧光光谱法Molecular-fluorescence-spectroscopy
特殊点：有两个单色器，光源与检测器通常成直角。 基本流程如图： 单色器：选择激发光波长 的第一单色器和选择发射 光(测量)波长的第二单色 器； 光源：灯和高压汞灯，染 料激光器(可见与紫外区) 检测器：光电倍增管。
仪器框图
该型仪器可进 行荧光、磷光 的发光分析；
同步扫描技术
根据激发和发射单色器在扫描过程中彼此间所保持的 关系，同步扫描可分为固定波长差(Δλ)和固定能量差及可 变波长三种；
辐射复合发光过程：
1. 自由激子复合(X)； 2. 导带电子—中性受主复合
(e，A0)； 3. 施主—受主对复合
(D0，A0)； 4. 束缚于中性施主上的——
激子复合 (D0，X)； 5. 中性施主——价带空穴的复合(D0，h)；
中性受主、电离施主或受主上的和等电子杂质上的束缚激子复合而发 光。
3.激发光谱与发射光谱的关系
（4）取代基效应：芳环 上有供电基，使荧光增 强。
3.内滤光作用和自吸现象
内滤光作用：溶液中含有能吸收激发光或荧光物质发射 的荧光，如色胺酸中的重铬酸钾；
自吸现象：化合物的荧光发射光谱的短波长端与其吸收 光谱的长波长端重叠，产生自吸收；如蒽化合物。
4、溶液荧光的猝灭
碰撞猝灭： 氧的熄灭作用等。
四、仪器结构流程
2. 激发态分子的失活: 激发态分子不稳定，它要以辐射
或无辐射跃迁的方式回到基态。
λ1
λ2
λ2/
λ3
λ4
无辐射跃迁:
(1) 振动弛豫：激发态分子由同一电子能级中的较高振动能 级转至较低振动能级的过程，其效率较高。 (2) 内转换：相同多重态的两个电子能级间，电子由高能级 回到低能级的分子内过程。 (3) 系间窜越： 激发态分子的电子自旋发生倒转而使分子的 多重态发生变化的过程。 (3) 外转换：激发态分子与溶剂或其它溶质相互作用、能量 转换而使荧光 （或磷光）减弱甚至消失的过程。荧光强度的
分子荧光光谱法
荧光光谱 磷光光谱
辐射跃迁只使激发态分子衰变到基态的不同振动 能级，然后通过振动松弛进一步损失能量。
图2 萘的激发光谱I、荧光II和 磷光光谱III
荧光与分子结构的关系
具有大的共轭π键的结构 化合物
ϕF
λex/nm
λem/nm
含有π→π＊跃迁能级的芳 苯
0.11
205
278
香族化合物的荧光最强芳环 蒽
0.29
286
321
越大其荧光峰越移向长波长 萘
0.46
365
400
方向，且荧光长度往往比较
丁省
0.60
390
480
强。
戊省
0.52
580
640
取代基的影响
给电子基团，如-0H、-OR、 -NH2、-CN、-NR2等，使 荧光增强。
分子荧光光谱法
molecular fluorescence analysis
CONTENTS
01 概述/ 02 荧பைடு நூலகம்分析基本原理/ 03 荧光分析仪器 /
04 检测结果与分析/ 05 对比与发展 /
Part 01
概述
overview
原子光谱法 分子光谱法
主要研究内容
The Main Contents Of The Research
系间窜越 isc
03 不同多重态的两个电子态间的非辐射跃迁过 程（例如S1---T1，T1---S0）
内转换
振动弛豫
S2
系间跨越
S1
能
量
分子荧光光谱原理
首次建立了辣椒及辣椒素对照 品的三维荧光指纹图谱; 研究 表明，不同品种辣椒具有各自 特征的指纹图类型和特征指纹; 三维荧光指纹图谱可用来作为 鉴别辣椒品种和评价辣椒素含 量的有效手段
荧光光谱在食品中的应用
检测农药残留与污染物
同步荧光分析中，诺氟沙星、盐酸洛美沙星和乳酸左氧氟沙星三种 药物光谱重叠严重在 pH =2.87 的 BR 缓冲溶液中，波长差 Δλ =190nm 时，诺氟沙星、盐酸洛美沙星和乳酸左氧氟沙星的测量线 性范围分别为 0.016～0.40、0.01～0.336 和 0.01～0.336μg / mL; 检出限分别为0.0126、0.006 和 0.0072μg / mL。 采用恒能量同步荧光光谱法测定苯并芘 多环芳烃具有高荧光量子产率，可利用三维荧光光谱法进行测定
分子荧光光谱的特点
信息量大 灵敏度高
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， 测量用量很，方 法简便。 荧光光谱能提供较 多的参数，如激发 谱、发射谱、峰位、 峰强度、荧光寿命、 荧光偏振度等；还 可以检测一些紫外可见吸收光谱检测 不到的时间过程。
多元素测定
原子荧光 是向各个方向 发射的，便于 制作多道仪。
L/O/G/O
分子荧光光谱应用原理
荧光是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，通常发生于具有刚性结构和 平面结构π 电子共轭体系的分子中。随着 π 电子共轭度和 分子平面度的增加，荧光强度随之增大，光谱相应红移， 其荧光光谱的形状和强度也相应发生变化，因此荧光光谱 是提供具有共轭结构的分子的组分分布与浓度大小的有效 测试手段之一。
分子荧光光谱分析的特点
虽然原子荧光光谱分析法有以上优点，但由于荧光 淬灭效应，以致在测定复杂基体的试样及高含量样品时， 尚有一定困难。此外，散射光的干扰也是原子荧光分析 中的一个麻烦问题。因此，原子荧光光谱分析法在应用 方面尚不及原子吸收光谱法和原子发射光谱法广泛，但 可作为这两种方法的补充。
分子荧光光谱法
分子荧光光谱法分子荧光光谱法是一种非常有用的分析技术，它可用于测定溶液中分子结构、组成、组分和吸收特性，以及提供关于反应机理的许多信息。
它被广泛应用于化学研究、生物研究、环境研究和制药技术等多个领域。
荧光光谱反应的本质是，一些物质能够从激发态吸收来自外部光源的一定能量，并从激发态到低能量的稳定态跃迁，从而释放出某种光，而这些释放出来的光就是荧光光谱。
基本原理在分子荧光光谱中，激发态是将能量投射到分子上，使其进入一种不稳定的、能量较高的激发态，然后分子会自动以一定的速率从这种高能态向低能态跃迁，跃迁过程中会释放出一定能量的荧光光谱。
具体而言，当激发态的分子能量超过一定的最低能量时，它将进入具有较低能量的稳定态，从而释放出光子。
通常说，这些释放出的光子的频率与激发态的能量有关。
应用分子荧光光谱法可以用于识别、测定和分离不同物质，它可以用于研究有机物、无机物、金属离子和药物，也可用于检测有毒物质。
分子荧光光谱法还可以用于研究分子间相互作用、分子构型变化和反应机理等问题，可以用来研究复杂有机化合物中的加合反应，也可以用来研究金属离子与有机物之间的相互作用。
优缺点分子荧光光谱法具有灵敏度高、分析结果准确、操作简单、检测范围广等优点，可用于大量的物质的有效分析。
此外，它还具有自动控制设备、能测出大量小浓度物质等优点。
然而，分子荧光光谱法也有一些缺点，比如它只能测量没有涂料、沉淀物和色素的物质，而且只有在激发态跃迁释放出荧光时，它才能完成光谱测量。
结论分子荧光光谱法是一种广泛应用的分析技术，它具有敏锐的测量特性，可以快速、准确地测量多种物质，因此被广泛应用于诸多研究领域。
不仅如此，它的测量过程还简单易行，使它可以成为一个非常有用的分析工具。
荧光光谱的原理及应用
分子能级与跃迁
分子能级比原子能级复杂； 在每个电子能级上，都存在振动、转动能级；
激发： 基态(S0)→激发态(S1、S2激发态振动能级)：吸收
特定频率的辐射；量子化；跃迁一次到位；
失活： 激发态 →基态：多种途径和方式(见能级图)；速
度最快、激发态寿命最短的途径占优势；
第一、第二、…电子激发单重态 S1 、S2… ； 第一、第二、…电子激发三重态 T1 、T2 … ；
7
雅布隆斯基分子能级图
内转换
振动弛豫 内转换
S
系间窜越
2
S1
能
T1 T2
量
发
发
吸
射
外转换
射
收
荧
磷 振动弛豫
光
光
S0
l1
l 2 l 2
l3
8
跃迁规则
Franck-Condon原理：
在电子跃迁完成的瞬间，分子中原子核的构型是来不及改
变的。
跃迁前后原子核的构型没有发生改变、跃迁过程中电子自旋没有 改变、跃迁前后电子的轨道在空间有较大的重叠和轨道的对映性
发生了改变的跃迁是允许的；
跃迁过程中电子自旋发生了改变、跃迁前后电子的轨道在空间不 重叠或轨道的对映性未发生改变的跃迁是禁阻的。
9
失活的途径
电子处于激发态是不稳定状态，容易返回基态，在这个过程中通过
辐射跃迁(发光)和无辐射跃迁等方式失去能量，这个过程就称为失活。
失活途径
辐射跃迁
无辐射跃迁
荧光
磷光
系间窜越 内转换 外转换 振动弛豫
寿命和这些过程的速率常数有关，总的失活过程的速率常数k可以
用各种失活过程的速率常数之和来表示:
分子荧光光谱法
菲
线状环结构比非线状 结构的荧光波长长
• 芳香族化合物因具有共轭的不饱和体系， 芳香族化合物因具有共轭的不饱和体系， 多数能发生荧光 • 多环芳烃是重要的环境污染物，可用荧光 多环芳烃是重要的环境污染物， 法测定 • 3，4 - 苯并芘是强致癌物 ， 苯并芘是强致癌物
λ ex = 386 nm λem = 430 nm
（二）荧光与有机化合物结构的关系
物质只有吸收了紫外可见光，产生π 物质只有吸收了紫外可见光，产生π → π*，n → π* 跃迁， 跃迁，产生荧光 跃迁相比，摩尔吸收系数大10 π → π*与n → π*跃迁相比，摩尔吸收系数大102~103， 寿命短 跃迁常产生较强的荧光， π → π*跃迁常产生较强的荧光， n → π*跃迁产生的 荧光弱
1. 电子自旋状态的多重性
大多数分子含有偶数电子，基态分子每一个轨道 大多数分子含有偶数电子， 中两个电子自旋方向总是相反的↑↓ 中两个电子自旋方向总是相反的↑↓ ，处于基态单 重态。 当物质受光照射时， 重态。用 “S0” 表示 ；当物质受光照射时，基态 分子吸收光能产生电子能级跃迁， 分子吸收光能产生电子能级跃迁，由基态跃迁至 更高的单重态，电子自旋方向没有改变， 更高的单重态，电子自旋方向没有改变，净自旋 = 0 .这种跃迁是符合光谱选律的 第一激发单重态 S1
VR S2 IC VR S1 ISC
VR：振动驰豫 ： IC：内部转换 ： ISC：系间窜跃 ：
T1
S0 吸光 吸光
S0
3. 荧光光谱的产生—辐射去激 荧光光谱的产生—
处于S 处于S1或T1态的电子返回S0态时，伴随有发光现 态的电子返回S 态时， 象，这种过程叫辐射去激 发光 S0 S1或T1 荧光： （1）荧光： 当电子从第一激发单重态S 当电子从第一激发单重态S1的最低振动能级回到基 态S0各振动能级所产生的光辐射叫荧光 荧光是相同多重态间的允许跃迁，产生速度快， 荧光是相同多重态间的允许跃迁，产生速度快， 10-9~10-6s，又叫快速荧光或瞬时荧光，外部光源停 又叫快速荧光或瞬时荧光， 止照射， 止照射，荧光马上熄灭 无论开始电子被激发至什么高能级，它都经过无辐 无论开始电子被激发至什么高能级， 射去激消耗能量后到S 的最低振动能级，发射荧光， 射去激消耗能量后到S1的最低振动能级，发射荧光， 荧光波长比激发光波长长。 荧光波长比激发光波长长。 λ 荧>λ激
分子荧光光谱分析
分子荧光光谱分析分子荧光光谱分析的原理是基于分子的激发态能级和基态能级之间的电子跃迁。
当分子受到外界的激发能量（如光能）时，部分分子中的电子从基态跃迁到激发态。
当电子从激发态返回基态时，会释放出荧光光子，其能量与激发态的能级差相关。
这种发光现象被称为荧光。
荧光光谱是通过测量荧光发射的强度和波长来获得的。
通常情况下，荧光光谱的波长范围较宽，可以从紫外到可见光甚至红外。
荧光峰的位置和强度可以提供分子的结构信息，如它们的共振结构、官能团的位置和取代基的影响等。
因此，荧光光谱分析被广泛应用于有机分析化学、生物化学、医药化学等领域。
在分子荧光光谱分析中，常用的实验方法包括荧光激发光谱、荧光发射光谱和荧光寿命测量。
荧光激发光谱是测量分子在不同激发波长下产生的荧光发射强度的方法。
通过测量不同波长的激发光强度和相应的荧光发射强度，可以绘制激发光谱图。
从激发光谱图中，可以确定最佳的激发波长和激发强度，以获得最大的荧光发射信号。
荧光发射光谱是测量荧光信号的强度和波长的方法。
在荧光发射光谱实验中，分子在固定的激发波长下，通过改变检测器的波长来测量荧光光谱。
从荧光发射光谱图中，可以观察到不同波长下的荧光发射峰，并判断荧光光谱的特征。
荧光寿命测量是测量分子从激发态退激发到基态的时间的方法。
荧光寿命是荧光信号从达到最大强度到减少到原始强度的时间。
荧光寿命的测量可以提供有关分子动力学和化学反应速率的信息。
分子荧光光谱分析在许多领域有着广泛的应用。
例如，在环境监测中，可以通过测量水中有机物的荧光光谱来检测水中有机污染物的存在和浓度。
在生物药物研究中，荧光标记的分子可以用于检测和定量分析生物标志物的表达和鉴定。
此外，荧光光谱分析还可以用于材料科学、食品分析等许多其他领域。
总之，分子荧光光谱分析是一种重要且常用的分析方法，通过测量荧光发射的强度和波长可以获得分子的结构和性质信息。
不同的实验方法可以用于研究不同的分子特性和反应过程。
荧光光谱原理
荧光光谱原理荧光光谱是一种分析样品中荧光物质的方法，它是利用物质在受到激发后发出的荧光来进行分析的。
荧光光谱原理是基于物质分子在吸收能量后从基态跃迁到激发态，然后再从激发态跃迁回基态时发出荧光的原理。
在这个过程中，分子的激发态能级和基态能级之间的能量差决定了荧光发射的波长，因此荧光光谱可以用来研究分子的结构、环境和相互作用等信息。
荧光光谱的原理可以用来解释荧光物质的发光特性。
当荧光物质受到激发后，其分子内部的电子会跃迁到激发态，这个过程需要吸收一定的能量。
当分子从激发态跃迁回基态时，会释放出能量，这部分能量就以荧光的形式发射出来。
荧光发射的波长和强度可以提供关于样品的信息，比如样品的组成、纯度、浓度等。
荧光光谱的原理还可以用来解释荧光物质的激发和发射过程。
在激发过程中，荧光物质吸收能量，使得分子内部的电子跃迁到激发态。
这个过程是一个快速的过程，通常在纳秒到皮秒的时间尺度内完成。
而在发射过程中，分子从激发态跃迁回基态，释放出荧光。
荧光发射的波长和强度受到激发光的波长和强度的影响，因此可以用来研究激发光和荧光物质之间的相互作用。
除了用来研究荧光物质的发光特性和激发发射过程外，荧光光谱的原理还可以用来研究分子的结构和环境。
由于不同的分子在激发后会发出不同波长的荧光，因此可以通过测量荧光发射的波长来研究分子的结构。
此外，分子的环境也会影响其激发和发射过程，因此可以通过荧光光谱来研究分子的环境信息。
总之，荧光光谱原理是基于分子在受到激发后发出的荧光来进行分析的。
通过研究荧光发射的波长和强度，可以得到关于样品的信息，比如样品的组成、纯度、浓度、结构和环境等。
荧光光谱在化学、生物、环境等领域都有广泛的应用，是一种重要的分析方法。
化学实验中的荧光光谱分析
化学实验中的荧光光谱分析荧光光谱分析是一种常用的分析技术，它能够通过测量物质在激发光作用下产生的荧光发射，来获得物质的结构和性质信息。
在化学实验中，荧光光谱分析被广泛应用于物质的定性和定量分析。
本文将介绍荧光光谱分析的原理、仪器以及实验操作。
一、荧光光谱分析的原理荧光现象是物质吸收能量后返回基态时发出的光辐射。
当物质受到紫外光或其他能量激发时，部分电子被激发至高能级，由于高能级的不稳定性，电子会迅速返回基态，并释放出荧光发射光。
荧光光谱分析便是基于这种原理进行的。
荧光光谱分析的关键是荧光的激发和发射过程。
首先，物质被激发后，激发态的电子会从吸收态跃迁到激发态，这个过程称为激发过程。
然后，在电子返回基态的过程中，由于能级差异，荧光光子会被发射出来，这个过程称为发射过程。
不同元素和化合物的荧光光谱具有独特的特征，可以对其进行分析和鉴定。
二、荧光光谱分析的仪器荧光光谱分析的仪器主要包括荧光光谱仪和激发光源。
其中，荧光光谱仪主要用于测量荧光发射光的强度和波长，激发光源则用于提供激发光。
荧光光谱仪通常由光源、样品室、分光仪和检测器等部分组成。
光源可以是氘灯、氙灯或者激光器。
样品室是放置样品的地方，通常使用石英或者玻璃制成，以透明材料为主要考虑因素。
分光仪可以将发射光按照波长进行分散，在荧光光谱仪中一般使用光栅作为分散元件。
检测器则用于测量发射光的强度，常见的检测器包括光电二极管和光电倍增管。
激发光源的选择主要根据被测物质的特点和分析要求。
一般来说，紫外光源是常用的激发光源之一，可以提供短波长的光线。
此外，还可以使用激光器作为激发光源，激光器的优点是能够提供大功率和单一波长的光。
三、荧光光谱分析的实验操作进行荧光光谱分析时，需要根据实际情况选择合适的荧光光谱仪和激发光源，然后按照以下步骤进行实验操作。
1. 准备样品：将待测物质制备成适当的溶液或固体样品。
2. 调节仪器参数：根据被测物质的性质和实验要求，调节荧光光谱仪的参数，如选择合适的激发波长和检测范围等。
荧光光谱技术的基本原理和应用
荧光光谱技术的基本原理和应用荧光光谱技术是一种非常重要的分析方法，广泛应用于生物医学、环境监测、化学分析等领域。
该技术是通过激发样品中的荧光物质，获得荧光信号并进行分析，从而得到有关样品的信息。
本文将介绍荧光光谱技术的基本原理和一些常见的应用。
荧光光谱技术的基本原理可以归纳为激发、荧光和检测三个过程。
首先，通过外部能量源（如激光、UV灯等）激发样品中的荧光物质。
这些荧光物质能够吸收激发光的能量，并跃迁到激发态。
在激发态，荧光物质具有较高的能量，不稳定且寿命很短。
接着，荧光物质会从激发态经过非辐射跃迁回到基态。
在这个过程中，荧光物质释放出荧光光子，具有一定的波长和强度。
最后，通过光学设备检测并记录荧光光子的强度和波长信息。
荧光光谱技术的应用非常广泛。
在生物医学领域，荧光光谱技术被广泛应用于病原体检测、蛋白质研究和细胞成像等方面。
例如，通过标记抗体或荧光染料，研究者可以追踪特定蛋白质在细胞内的分布和活动，从而了解细胞的功能和病理过程。
此外，荧光光谱技术还可以用于检测和分析DNA、RNA等核酸分子，具有高灵敏度和高选择性的优点。
在环境监测方面，荧光光谱技术可以用于水质、大气和土壤等环境样品的分析。
例如，通过加入特定的荧光探针，可以对水中的重金属、有机污染物等进行定量分析。
这种方法具有准确、快速和高灵敏度的特点，可以为环境保护和治理提供重要的数据支持。
此外，荧光光谱技术还被应用于食品安全、药物研发和化学分析等领域。
在食品安全方面，荧光光谱技术可以用于检测食品中的污染物、添加剂和微生物等，保障食品的质量和安全性。
在药物研发方面，荧光标记技术可以用于药物的传递和释放研究，帮助科研人员研发更安全、有效的药物。
在化学分析方面，荧光光谱技术可以用于分析和检测样品中的有机化合物、无机离子和环境污染物等，具有高灵敏度和快速性的优势。
总之，荧光光谱技术是一种非常重要的分析方法，在许多领域发挥着关键作用。
通过了解荧光光谱技术的基本原理和应用，我们可以更好地理解它的意义和潜力。
荧光相关光谱fcs原理
荧光相关光谱fcs原理
荧光相关光谱（FCS）原理是指通过测量和分析荧光涂层在推动层面引起的荧
光强度随时间的变化，从而获取有关推动层面参数及其统计特性的信息。
FCS 原
理主要包括自相关函数和交叉相关函数两部分。
自相关函数涉及到了光子计数、时间延迟并统计的过程。
单个分子在一个微小的体积元内发射出一个光子后，这个光子会经过空间分离并以一定的时间延迟被探测器接收。
然后使用自相关函数的算法对记录到的光子计数的时间序列进行统计
分析，从而得到荧光寿命、动力学、分子的扩散系数等信息。
交叉相关函数则是用于描述两个不同荧光源之间的关联性。
通过对不同波长的荧光信号进行交叉相关分析，可以获得不同分子的动力学信息和相互作用的信息。
此外，FCS 原理还包括了对荧光相关光谱的数据拟合。
通过拟合产生的荧光相关光谱可以获得一些重要的分子信息，如荧光强度随时间的变化、分子的扩散系
数以及分子的浓度等。
这些信息不仅可以帮助分析荧光源的发射机制，也有助于研究分子的运动行为以及分子间的相互作用等。
通过FCS原理，科学家不仅可以对单个分子的行为进行任意深入地研究，还能利用荧光相关光谱来研究生物系统中的分子过程，如蛋白质的折叠和功能机制、DNA和RNA的复合和解离过程等，由此带来了巨大的科学研究价值。
分子荧光光谱法
去激发光 * * n
基态
在光致激发和去激发光的过程中，分子中 的价电子（ 、n电子）处于不同的自旋状 态，通常用电子自旋状态的多重性来描述
1. 电子自旋状态的多重性
大多数分子含有偶数电子，基态分子每一个轨道 中两个电子自旋方向总是相反的 ，处于基态单 重态。用 “S0” 表示 ；当物质受光照射时，基态 分子吸收光能产生电子能级跃迁，由基态跃迁至 更高的单重态，电子自旋方向没有改变，净自旋 = 0 .这种跃迁是符合光谱选律的 第一激发单重态 S1
应用最广泛的一种光 源，可发射250~800nm
很强的连续光源
2、单色器
荧光计用滤光片作单色器，荧光计只能用于定量 分析，不能获得光谱
大多数荧光光度计一般采用两个光栅单色器，有
较高的分辨率，能扫描图谱，既可获得激发光谱， 又可获得荧光光谱
第一单色器作用：分离出所需要的激发光，选择
最佳激发波长 光物质 ex
f
ex /nm
em /nm
苯
0.11
205
278
萘
0.29
286
310
蒽
0.46
365
400
线状环结构比非线状
菲
结构的荧光波长长
350
• 芳香族化合物因具有共轭的不饱和体系， 多数能发生荧光 • 多环芳烃是重要的环境污染物，可用荧光 法测定 • 3，4 - 苯并芘是强致癌物
ex = 386 nm em = 430 nm
浓度高时， If与C不呈线形关系，有时C增大， If 反而降低因为有时发生荧光猝灭效应
荧光猝灭
——荧光物质与溶剂或其它物质之间 发生化学反应，或发生碰撞后使荧光强度 下降或荧光效率f 下降称为荧光猝灭。 使荧光强度降低的物质称为荧光猝灭剂
荧光光谱
10
荧光熄灭
碰撞熄灭 能量转移 氧的熄灭 自熄灭和自吸收
11
荧光分光光度计
基本结构 光源 单色器 吸收池 检测器
12
二、荧光仪器（光源与检测器处于相互垂直的位置） 荧光仪器（光源与检测器处于相互垂直的位置）
光源
第一单色器 或滤光片
激发
记录仪 荧光 第二单色器 或滤光片
样品池 样品池
1）光源：氙灯、高压汞灯、激光； ）光源：氙灯、高压汞灯、激光； 2）样品池：石英（低荧光材料）； ）样品池：石英（低荧光材料） 3）两个单色器：选择激发光单色器；分离荧光单色器； ）两个单色器：选择激发光单色器；分离荧光单色器； 4）检测器：光电倍增管。 ）检测器：光电倍增管。
5
荧光分析的特点： 荧光分析的特点：
灵敏度高：视不同物质，检测下限在 灵敏度高：视不同物质，检测下限在0.1~0.001µg/mL 之间。 之间。可 见比UV-Vis的灵敏度高得多！WHY？ 的灵敏度高得多！ 见比 的灵敏度高得多 选择性好：可同时用激发光谱和荧光发射光谱定性。 选择性好：可同时用激发光谱和荧光发射光谱定性。 结构信息量多：包括物质激发光谱、发射光谱、光强、 结构信息量多：包括物质激发光谱、发射光谱、光强、 荧光量 子效率、荧光寿命等。 子效率、荧光寿命等。 应用不广泛：主要是因为能发荧光的物质不具普遍性、 应用不广泛：主要是因为能发荧光的物质不具普遍性、 增强荧 光的方法有限、外界环境对荧光量子效率影响大、 光的方法有限、外界环境对荧光量子效率影响大、 干扰测量的因素较多。
1、定性分析 、 任何荧（ 光都具有两种特征光谱： 任何荧（磷）光都具有两种特征光谱：激发光谱与 发射光谱。它们是荧（ 光定性分析的基础。 发射光谱。它们是荧（磷）光定性分析的基础。 激发光谱可用于鉴别荧光物质；在定量时， 激发光谱可用于鉴别荧光物质；在定量时，用于选择 最适宜的激发波长。 最适宜的激发波长。 2、定量分析 、 If=Kc 该式只有在εlc＜＜ ＜＜0.05才成立，即荧光分析必须在极 才成立， 该式只有在 ＜＜ 才成立 稀的溶液中才可以用于定量测定，否则校正曲线弯曲。 稀的溶液中才可以用于定量测定，否则校正曲线弯曲。
现代生物仪器分析第三章 分子荧光光谱法
第二节 荧光分析的原理
（一）荧光发生机理 物质的基态分子受一激发光源的照射， 被激发至激发态，在返回基态时，产生 波长与入射光相同或较长的荧光。 通过测定物质分子产生的荧光强度进行
分 析 的 方 法 称 为 荧 光 分 析 (fluorescence analysis)。
1、分子的激发态
荧光和磷光这两种光致发光过程的机理不同， 可从实验观察激发态分子寿命的长短来加以区 别： 对于荧光来说，当激发光停止照射后，发光 过程几乎立即停止（在10-9～10-6秒，荧光寿 命fluorescence life time ）。 磷光则将持续一段时间（在10-3～10秒）。
荧光分析法发展简史
2、分子荧光和磷光的产生
分子在室温时基本上处于电子能级的基态。当吸 收了紫外—可见光后，基态分子中的电子只能跃 迁到激发单线态的各个不同振动—转动能级，根 据自旋禁阻规律，不能直接跃迁到激发三重态的 各个振--转能级。 处于激发态的分子是不稳定的，它可能通过辐射 跃迁和无辐射跃迁等分子内的去活化过程释放多 余的能量而返回至基态，发射荧光是其中的一条 途径。
世界上第一次记录荧光现象是16世纪 西班牙的内科医生和植物学家 N.Monardes。 1575年他提出在含有一种木头切片的 水溶液中，可观察到极可爱的天蓝色。
1852年，stokes在考察奎宁和叶绿素的 荧光时，用分光光度计观察到其荧光的 波长比入射光的波长稍微长些，从而导 入了荧光是光发射的概念。 18工作。应用铝—桑色素配 合物的荧光进行铝的测定。 19世纪以前，荧光的观察是靠肉眼进行 的，直到1928年，才由Jette和West完成 了第一台荧光计。
激发单重态与激发三重态的性质不同
分子荧光光谱法实验报告
用强度为I0的入射光，照射到液池内的荧光物质时，产生荧光，荧光强度If用仪器测得，在荧光浓度很稀(A<0.05)时，荧光物质发射的荧光强度If与浓度有下面的关系：If=KC。
三、实验试剂和仪器
试剂：罗丹明B乙醇溶液；1-萘酚乙醇溶液；3,3’-Diethyloxadicarbocyanine iodide：标准溶液，10μg/ml, 20μg/ml,30μg/ml,40μg/ml和未知浓度；蒸馏水；乙醇。
(8)pH值的影响：弱酸或弱碱分子和它们的离子在电子构型上不同，是不同的型体，各具有特殊的荧光量子产额和荧光光谱。
2.激发光谱与发射光谱有什么关系？
答：发射光谱与激发光谱没有直接的关系，但是发射光谱一般要比激发光谱波长长。
3.如何进行多组分混合物的荧光分析？
答：(1)如果两组分的荧光峰相互不干扰,可直接测定。可分别在各自的荧波长处测定，求出它们的含量。
具有不饱和基团的基态分子经光照射后，价电子跃迁产生荧光，是当电子从第一激发单重态S1的最低振动能级回到基态S0各振动能级所产生的光辐射。
(1)激发光谱
是指发光的某一谱线或谱带的强度随激发光波长(或频率)变化的曲线。横坐标为激发光波长，纵坐标为发光相对强度。
激发光谱反映不同波长的光激发材料产生发光的效果。即表示发光的某一谱线或谱带可以被什么波长的光激发、激发的本领是高还是低；也表示用不同波长的光激发材料时，使材料发出某一波长光的效率。荧光为光致发光，合适的激发光波长需根据激发光谱确定——激发光谱是在固定荧光波长下，测量荧光体的荧光强度随激发波长变化的光谱。获得方法：先把第二单色器的波长固定，使测定的λem不变，改变第一单色器波长，让不同波长的光照在荧光物质上，测定它的荧光强度，以I为纵坐标，λex为横坐标所得图谱即荧光物质的激发光谱，从曲线上找出λex，，实际上选波长较长的高波长峰。
分子荧光光谱法
分子荧光光谱法又称分子发光光谱法或荧光分光光度法，即通常所谓的荧光分析法。
法。
该法是一种利用某一波长的光线照射试样，该法是一种利用某一波长的光线照射试样，该法是一种利用某一波长的光线照射试样，使试样吸收这一辐射，使试样吸收这一辐射，使试样吸收这一辐射，然后在发然后在发射出波长相同或波长较长的光线的化学分析方法。
如果这种再发射约在 s 内发生，则称为荧光；若能在生，则称为荧光；若能在 s 或更长的时间后发生，则称磷光。
分子荧光光谱法就是利用这种再发射的荧光的特性和强度来对荧光物质进行定性和定量分析的。
荧光分析法的突出优点是灵敏度高，其测定下限比一般分光光度法低二至四数量级。
级。
选择性也比分光光度法好，选择性也比分光光度法好，选择性也比分光光度法好，但其应用不如分光光度广泛，但其应用不如分光光度广泛，但其应用不如分光光度广泛，因为只有有限数量因为只有有限数量的化合物才能产生荧光。
的化合物才能产生荧光。
一、基本原理一、基本原理（一）（一） 荧光光谱的产生荧光光谱的产生荧光物质分子吸收了特定频率辐射后，荧光物质分子吸收了特定频率辐射后，由基态跃迁至第一电子激发态由基态跃迁至第一电子激发态由基态跃迁至第一电子激发态（或更（或更高激发态）高激发态）的任一振动能级，的任一振动能级，的任一振动能级，在溶液中这种激发态分子与溶剂分子发生碰撞，在溶液中这种激发态分子与溶剂分子发生碰撞，在溶液中这种激发态分子与溶剂分子发生碰撞，以以热的形式损失部分能量后，而回到第一电子激发态的最低振动能级（无辐射跃迁）。
然后再以辐射形式去活化跃迁到电子基态的任一振动能级，然后再以辐射形式去活化跃迁到电子基态的任一振动能级，便产生荧光。
便产生荧光。
由于无辐射跃迁的几率大，因此分子荧光波长常常比激发光长。
因此分子荧光波长常常比激发光长。
激发光源的波长通常是激发光源的波长通常是在紫外区，在紫外区，荧光也可能在紫外区，荧光也可能在紫外区，荧光也可能在紫外区，但更多是在可见区。
分子荧光光谱法(原理和方法)
概述
分子荧光光谱法(Molecular fluorescence spectroscopy )又称
为荧光光谱法或荧光分析法．是以物质所发射的荧光强度 与浓度之间的线性关系为依据进行的定量分析，以荧光光 谱的形状和荧光峰对应的波长进行行的定性分析．
荧光团杂化纳米二氧化硅微球
化合物
C6H5OH C6H5O— C6H5NH2
+ C6H5NH3
相对荧光 强度 18 10 20
0
荧光分光光度计
荧光分光光度计既可用于定量分析， 也可用于测绘激发光谱和荧光光谱
。荧光分光光度计既可用于定 量分析，也可用于测绘激发光谱 和荧光光谱。第一单色器选择激 发光波长（＞250nm的 紫外光）故称为激发单色器 第二单色器（荧光单色器） 与激发光入射方向垂直， 并选择荧光波长，可提高方法的选择性和准确度。
1. 激发
在室温下物质分子大部分处于基态的最低振动能级且电子自旋配对为单重
态．当吸收一定频率的电磁辐射发生能级跃迁时，可上升到不同激发态
的各振动能级，其中多数分子上升至第一激发单重态这一过程约需１０-
15秒.
激发
2 去活化过程
激发态分子的失活: 激发态分子不稳定，它要以辐射 或无辐射跃迁的方式回到基态
对于很稀的溶液，投射到样品溶液上的被吸收的激发光不到2%时， 即εbc＜=0.05时，上式的第二项后的各项可以忽略不计。则
F = φI0[1-(1-2.303 εbc)]=2.303 φ I0 εbc
当I0一定时 并且浓度C很小时,荧光强度与荧光物质浓度成正比
F = K·C
(K = 2.303 φ I0 εb)
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分子荧光光谱应用原理
荧光是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，通常发生于具有刚性结构和 平面结构π 电子共轭体系的分子中。随着 π 电子共轭度和 分子平面度的增加，荧光强度随之增大，光谱相应红移， 其荧光光谱的形状和强度也相应发生变化，因此荧光光谱 是提供具有共轭结构的分子的组分分布与浓度大小的有效 测试手段之一。
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分子荧光光谱应用原理
• 分子发光：处于基态的分子吸收能量（电、热、化学和光能等 ）被激发至激发态，然后从不稳定的激发态返回至基态并发射 出光子，此种现象称为发光。发光分析包括荧光、磷光、化学 发光、生物发光等。
• 荧光：物体经过较短波长的光照，把能量储存起来，然后缓慢 放出较长波长的光，放出的这种光就叫荧光。
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分子荧光光谱新技术
➢同步荧光光谱技术
同步荧光技术是在同时变化激发和发射波长的情况下 进行扫描，由测得的荧光强度信号对发射或激发波长作图， 即为同步荧光光谱。该法近几年得到迅速发展和广泛的应 用，出现了许多的新技术，如导数恒能量同步荧光法、三 维同步荧光法和可变角同步荧光法等。和常规荧光分析法 相比，同步荧光分析法具有谱图简化、选择性提高、光散 射干扰减少等特点，并且不需要预分离、操作简便、节省 分析成本、缩短分析时间，尤其适合对多组分混合物的分 析。
荧光强度和 氧化程度高
度相关
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荧光光谱在食品中的应用
辨别食品真伪
采用前表面技术获得饮料的总荧光光谱和同步 荧光光谱，结合主成分分析和聚类分析技术对 饮料分类。这些饮料的发射光谱和同步荧光光 谱波长差为90nm，有很好的区分度。
前表面荧光方法，以美拉德反应的产物糠氨酸 为指标，检测生乳中添加复原乳的含量，可以 检测到添加量 5%以上的复原乳。
采用恒能量同步荧光光谱法测定苯并芘 多环芳烃具有高荧光量子产率，可利用三维荧光光谱法进行测定
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分子荧光光谱原理 与其在食品中的应用
食品工程 刘洋
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分子荧光光谱在食品安全中的应用
主要内容
分子荧光光谱 分子荧光光谱的原理 分子荧光光谱的特点 分子荧光光谱新技术 分子荧光光谱的应用
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分子荧光光谱分析的特点
虽然原子荧光光谱分析法有以上优点，但由于荧光 淬灭效应，以致在测定复杂基体的试样及高含量样品时， 尚有一定困难。此外，散射光的干扰也是原子荧光分析 中的一个麻烦问题。因此，原子荧光光谱分析法在应用 方面尚不及原子吸收光谱法和原子发射光谱法广泛，但 可作为这两种方法的补充。
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分子荧光光谱的特点
灵敏度高
原子荧光 是向各个方向 发射的，便于 制作多道仪。
信息量大
多元素测定
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 量用量很，方法
简便。
荧光光谱能提供较 多的参数，如激发 谱、发射谱、峰位、 峰强度、荧光寿命、 荧光偏振度等；还 可以检测一些紫外可见吸收光谱检测 不到的时间过程。
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分子荧光光谱新技术
➢前表面荧光技术
荧光物质激发后，向四面八方发射荧光。为了消除入 射光与散射光的影响，一般取与激发光成直角的方向测量 荧光。这种方法有其自身的局限性，当样品的吸光度大于 0.1 或是大浊度样品时，发射光透出会遇到很大阻碍，普 通荧光方法就已不再适用。前表面荧光方法是将入射光与 样品成 30°或 56°，只对比色杯表面一层的待测物质进 行检测，样品的光照面较大，可减少样品位置的敏感性， 适用于不透明的样品，省去了很多对样品前处理的步骤， 适用于快速检测。
• 荧光的产生：气态自由原子吸收光源的特征辐射后，原子的外 层电子跃迁到较高能级，然后又跃迁返回基态或较低能级，同 时发射出与原激发波长相同或不同的发射即为原子荧光。原子 荧光是光致发光，也是二次发光。当激发光源停止照射之后， 再发射过程立即停止。
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与新油相比，煎炸后的食用油在 370～ 380nm 附近的荧光峰消失，而 461nm 和 479nm 金附品近质出•现高的追新求荧光我峰们，让用你以更鉴放定心！
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荧光光谱在食品中的应用
分析食品种类
3 年陈、5 年陈、8 年陈酒 的荧光峰分别504、488、 505nm，最佳激发波长都在 370nm附近; 该研究为黄酒 的特征标识、品牌鉴定、年
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分子荧光光谱新技术
➢三维荧光光谱技术
三维荧光光谱，是发射强度、激发波长、发射波长的三 维矩阵光谱，有两种表示方法，分别是以发射波长、激发波 长、荧光强度各自为轴的三维荧光立体图和等高线图，前者 能较完整地表达研究体系的荧光信息，后者具有指纹性，全 面展示了样品的所有荧光信息，可用峰位置、荧光强度、主 峰陡度以及走向角等特征参数对样品进行识别。
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荧光光谱在食品中的应用
食品质量控制
肉与肉制品在加工 贮藏过程中的脂质 氧化和蛋白质氧化
问题
脂质氧化导致过 热味的产生，并 且其二级产物具
有毒害作用。
蛋白质氧化反 应产生一些具 有荧光！
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荧光光谱在食品中的应用
食品中含有很多具有荧光特性的物质如芳香族氨基酸 、蛋白质中色氨酸残基、多酚类物质、黄酮类物质、叶绿 素、维生素、核黄素以及美拉德产物等，一些食品添加剂 、农药和工业污染物也具有内源性荧光，这些物质的荧光 图谱为食品定性定量技术提供基本信息。
代鉴别、黄酒食用安全等研 究提供了有科学意义的参考
首次建立了辣椒及辣椒素对照 品的三维荧光指纹图谱; 研究 表明，不同品种辣椒具有各自 特征的指纹图类型和特征指纹; 三维荧光指纹图谱可用来作为 鉴别辣椒品种和评价辣椒素含 量的有效手段
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荧光光谱在食品中的应用
检测农药残留与污染物
同步荧光分析中，诺氟沙星、盐酸洛美沙星和乳酸左氧氟沙星三种 药物光谱重叠严重在 pH =2.87 的 BR 缓冲溶液中，波长差 Δλ =190nm 时，诺氟沙星、盐酸洛美沙星和乳酸左氧氟沙星的测量线 性范围分别为 0.016～0.40、0.01～0.336 和 0.01～0.336μg / mL; 检出限分别为0.0126、0.006 和 0.0072μg / mL。