荧光光谱检测技术

荧光光谱技术是一种重要的光电检测技术，具有许多独特优势，选题合理。请尽快确定课题完成方式，完善相关技术路线，开展课题调研论证工作。80

荧光光谱检测技术

荧光光谱技术是一种重要的光电检测技术，特别是在物质种类检测中有着重要的应用。它是对辐射能激发出的辐射强度进行定量分析的发射光谱分析方法。物体经过叫短波长的光照射后辐射出较长波长的光，这种光就是荧光，最常见的日光灯的发光原理就是物质吸收较短波长的光（紫外光）能量辐射出较长波长的光（可将光）的现象。

一、荧光光谱检测技术原理

通常条件下，分子处于单重态的基态。分子受到紫外至红外激励的光子入射作用后，分子得到受激而引起电子能级的跃迁或振动和转动能级的跃迁，分子受激后，处于电子激发的单重态的某种振动激发态( v ≠0)的分子(见图1)或通过内部转换(Internal Conversion)和振动弛豫(Vibrational Relaxation)的非辐射，相继发

hv；或通过激发单重态S1和激发三重射荧光光子，回到电子基态得到荧光光谱

f

态T1间的系间窜越(Intersystem Crossing)和振动弛豫至T1 ( v =0)，放出能量回到

hv。

基态S0( v =0,1)得到荧光光谱的光子

r

图1 光致发光系统部分

每一种物质的分子或原子结构是独一无二的，原子能级图也就有不同的分布，原子能级跃迁也就会辐射出不同频率的电磁波，就好比是人的指纹；每一种物质的荧光效应都有其特定的吸收光的波长和发射的荧光波。利用这一特性，可以定性鉴别物质。研究分子的荧光光谱可为研究分子的微观结构、分子的构象特点及变换情况提供帮助。

任何发荧光的分子都具有两个特征光谱:荧光激发光谱(Excitation Spectrum)和荧光发射光谱(Emission Spectrum)。它们是荧光分析法进行定性和定量分析的基本参数和依据，也是荧光光谱稳态分析中的两个基本特征。

二、荧光光谱检测技术的特点

1.灵敏度高

荧光光谱检测分析有着极高的灵敏度。与常用的紫外—可见分光光度法比较，荧光是从入射光的直角方向检测，即在相对的暗背景下检测荧光的发射，而分光光度法是在人射光的直线方向检测，即在亮背景下检测暗线。因此一般荧光检测分析的灵敏度要比分光光度法大2-3个数量级。例如，对易致癌的3, 4苯并花（3,4-Benzopyrene）的测定，若采用分光光度法，可检测到10-6数量级；而采用荧光法可以达到10-9数量级。

2.选择性强

荧光光谱包括激发光谱和发射光谱。所以荧光法既能依据特征发射，又可按照特征吸收，即用激发光谱来鉴定物质.假如某几种物质的发射光谱相似，可从激发光谱差异区分它们。若其吸收谱相同，则可用发射谱将其区别。因此，与只能得到待测物质的特征吸收光谱的分光光度法相比，在鉴定物质时，荧光法选择性更强。

3.样品用量少及方法简便

由于灵敏度高，所以可大大减少样品用量。特别在使用微量样品时，效果明显。例如用荧光法测定蛋白质中色氨酸的含量时，只用40ug的样品即可。另外荧光分析方法简便，快速。

4.能提供较多的物理参数

可提供包括激发光谱、发射光谱及荧光强度、量子产率、荧光寿命、荧光偏振等许多物理参数.这些参数反映了分子的各种特性，且通过它们可以得到被研究分子的更多信息，这也是分光光度法不能相比的地方。

5. 环保特点

具备环保性，试验后的样品不污染环境，绿色检测手段，将会获得不断推广。

三、荧光光谱检测技术的应用

由于荧光光谱检测具有如上诸多优点，所以在工程应用中有着广泛的应用，如在食品加工过程中用于食品安全的监测、地质学中用于石油矿物勘探、土壤矿物成分的测定以及物质中微量元素的检测等等。

1.用于元素种类的定性分析

由Moseley 定律可知：

=-

()

K Z S

其中，K 和S 为常数，Z 和λ 分别为元素的原子序数和荧光的波长。

由上式可得待测元素产生的荧光波长λ 与其原子序数Z 一一对应。由此就可用所测得的荧光波长来推算出所测元素的种类。

2.用于定量分析

荧光光谱检测技术不仅可以用于元素的定性分析，还能用于元素的定量分析。初级X 射线照射试样， 使待测元素产生次级X 射线荧光， 若元素和试验条件一致， 次级X 射线荧光的强度I i 与分析元素的质量百分浓度C i 的关系可以用下式表示：

/i i m I K C μ=

式中： μm ， K 为常数。在一定条件下（如样品组成均匀、表面光滑平整且 元素间无相互激发）， X 射线荧光强度与分析元素含量之间存在线性关系， 从而可以进行定量分析。

参考文献

[1]刘铁根.光电检测技术与系统(M),机械工业出版社,2009

[2]杨洋.乙酸分子缔含结构的荧光光谱分析[D]:[硕士学位论文].南京:南京理工大学物理系,2006.

[3]杨家福.原子物理学（M),高等教育出版社，2005

[4]钱原铬等，X 射线荧光光谱检测技术及其研究进展[J],2011