浅谈荧光分析法的特点及在环境分析中的应用

荧光分析法的特点及在环境分析中的应用

摘要：论文综述了荧光分析法的特点及在环境分析中的应用。重点分析了荧光分析法的原理、特点，以及常用的荧光分析法的讨论。分析了荧光分析法在环境监测中的应用，测定范围和发展情况。

关键词：荧光分析；环境分析；应用

1.引言

环境中分析、监测的对象往往是微量、超微量的物质，有很多还具有时间性和空间性，因此对分析技术要求越来越高。荧光分析法和分光光度法以其灵敏度高、检测限低、准确性好等优点在近年来得到了迅速发展。荧光分子探针的设计合成以及荧光分析法在环境分析化学中的应用是方兴未艾的研究方向[1]。

分子荧光分析具有检测限低，灵敏度高，选择性好，取样量少，方法简捷快速等特点，是一种重要的光谱化学分析手段，其中荧光分子探针检测技术在环境分析化学中占有重要的地位[2]。因此，在对环境的分析中，荧光分析法应用非常广泛，从天然水、饮用水到废水、污水；从土壤、大气到动植物；从人的头发、骨骼、血液到内脏等各个器官，涉及到的样品和应用范围几乎无所不有[3]。

2.荧光分析法的原理和特点

2.1.荧光分析法

2.1.1荧光及荧光分析

荧光是荧光化合物在受到紫外光、电和化学等能量激发后，电子从基态跃迁到激发态，然后通过辐射衰变释放出光子而回复到基态，即产生荧光。这些物质会在极短的时间内(8-10秒)发射出各种颜色和不同强度的可见光，而当紫外光停止照射时，所发射的光线也随之很快地消失。

荧光分析是指利用某些物质在紫外光照射下产生荧光的特性及其强度进行物质的定性和定量的分析的方法。1852年G.G.斯托克斯(G.G.Strokes)发现荧光，真正的荧光光谱测量则始于本世纪60年代。

2.1.2荧光激发光谱和发射光谱

荧光是一种光致发光现象，由于分子对光的选择性吸收，不同波长的入射光便具有不同的激发效率。如果固定荧光的发射波长不断改变激发光的波长，并记

录相应的荧光强度，所得到的荧光强度对激发波长的谱图称为荧光的激发光谱。如果使激发光的波长和强度保持不变，而不断改变荧光的测定波长并记录相应的荧光强度，所得到的荧光强度对发射波长的谱图则为荧光的发射光谱。激发波长反映了在某一固定的发射波长下所测得的荧光强度对激发波长的依赖关系；发射光谱反映了在某一固定的激发波长下所测量的荧光的波长分布。激发光谱和发射光谱可用以鉴别荧光物质，并可作为进行荧光测定时选择合适的激发波长和测定波长的依据。

2.1.3荧光分析法的原理

大多数分子在室温时均处在电子基态的最低振动能级，当物质分子吸收了与它所具有的特征频率相一致的光子时，由原来的能级跃迁至第一电子激发态或第二电子激发态中各个不同振动能级。其后，大多数分子常迅速降落至第一电子激发态的最低振动能级，在这一过程中它们和周围的同类分子或其他分子撞击而消耗了能量，因而不发射光。分子在第一电子激发态的最低振动能级停留约9-10秒之后,直接下降至电子基态的各个不同振动能级，此时以光的形式释放出多余的能量，所发生的光即是荧光。某些荧光物质分子在降落到第一电子激发态的最低振动能级后，通过另一次无辐射跃迁降落至亚稳的三重线态，又受到热激活作用再回到第一电子激发态的各个振动能级，最后由第一电子激发态的最低振动能级降落至电子基态而发出荧光。这种荧光因受激发光至发生荧光的时间较长,故称为迟滞荧光。产生荧光的第一个必要条件是该物质的分子必须具有能吸收激发光的结构，通常是共轭双键结构；第二个条件是该分子必须具有一定程度的荧光效率。所谓荧光效率是荧光物质吸光后所发射的荧光量子数与吸收的激发光的量子数的比值。

2.2. 荧光分析法的类型[4]

2.2.1荧光生成法

在荧光生成的测定中,新有机试剂合成依然比较活跃,并向灵敏度高、方便实用方向发展。如8-氨基喹啉类、腙类等荧光试剂。但具有特异选择性及用于特定目的的新试剂依然不多见。

2.2.2荧光猝灭法

基于金属离子对荧光试剂或荧光配合物的荧光猝灭作用的检测方法相对较多。一般说来,荧光猝灭法的灵敏度比直接荧光测定的方法要高,但其线性范围和选择性通常不如荧光生成的好，赵保卫等人研究了Hg离子对2-(2′-羟基苯基)苯并

咪唑的荧光具有熄灭作用,体系荧光熄灭度与Hg量呈线性关系,据此建立了测定痕量Hg的高灵敏方法[5]。

2.2.3催化荧光法

催化荧光动力学分析法是荧光动力学分析法的重要方向之一,它是以催化反应为基础来测定物质含量的方法。由于测量对象非被测物本身,而是经“化学放大”了的其它物质,因此灵敏度极高,检测限可达ng级或pg级。在生命相关的重金属的分子荧光法测定中,相对荧光猝灭和生成,催化荧光法所占的比例依然较小,因此仍有广阔的发展前景。因此寻求新颖,高灵敏的反应体系尚需要进一步的探索,且依然具有一定的理论和实践的意义。

3 荧光分析法的特点

3.1 荧光定量分析的各种条件[6]

在荧光定量分析中，必须根据试样的种类、待测成分的浓度、共存物质的种类及其浓度选择适当的荧光反应类型和操作条件，选择准则一般是荧光强度高、影响荧光强度的因素少、分析的精密度高等。为了确定荧光分析的最佳工作条件，应考察pH值、温度、试剂用量、溶剂种类与用量、荧光化合物的稳定性等因素的影响及其消除方法。试剂的纯度也是不可忽视的因素，此外还必须准确测定待测组分的激发和发射光谱。

2.3.1溶剂

同一种荧光物质在不同的溶剂中，其荧光光谱的位置和荧光强度都可能有显著的不同。如果溶剂和荧光物质之间形成了化合物或溶剂使荧光物质的电离状态改变，则荧光峰的波长和荧光强度都会发生很大的变化。从应用的角度来讲，对于溶剂主要考虑三个因素：溶剂的选择要适当；溶剂应有足够的纯度；溶剂特别是混合溶剂，有时往往更有利于提高荧光物质的荧光强度。

2.3.2试剂

荧光分析所用的试剂纯度是十分重要的，即使是特级试剂，其中极少量的杂质有时也会与荧光分子探针反应，并产生荧光或猝灭荧光而造成错误的分析结果；试剂长期放置有时会分解，溶解在试剂溶液中的氧具有猝灭荧光作用，从而影响荧光光谱的形状和荧光强度。因此，实际工作中往往需要针对各种试剂的特征，认真研究它们的保存条件。实验中各种试剂一般都需要提纯，要注意做空白试验，配制水溶液时必须使用去离子水或二次蒸馏水。

2.3.3 pH值

溶液的pH值对荧光物质的荧光光谱以及荧光强度具有很大影响，进行定量