论荧光的应用

论荧光的应用

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摘要：荧光，又作“萤光”，是指一种光致发光的冷发光现象。当某种常温物质经某种波长的入射光（通常是紫外线或X射线）照射，吸收光能后进入激发态，并且立即退激发并发出比入射光的的波长长的出射光（通常波长在可见光波段）；而且一旦停止入射光，发光现象也随之立即消失。具有这种性质的出射光就被称之为荧光。在日常生活中，人们通常广义地把各种微弱的光亮都称为荧光，而不去仔细追究和区分其发光原理。

正文：

1.1原理

测荧光一定要有仪器。通常用来检测物质所含荧光量的仪器我们称之为荧光分光光度计荧光分光光度计是用于扫描液相荧光标记物所发出的荧光光谱的一种仪器。其能提供包括激发光谱、发射光谱以及荧光强度、量子产率、荧光寿命、荧光偏振等许多物理参数,从各个角度反映了分子的成键和结构情况。通过对这些参数的测定, 不但可以做一般的定量分析, 而且还可以推断分子在各种环境下的构象变化, 从而阐明分子结构与功能之间的关系。荧光分光光度计的激发波长扫描范围一般是190~650nm，发射波长扫描范围是200~800nm。可用于液体、固体样品（如凝胶条）的光谱扫描。

由高压汞灯或氙灯发出的紫外光和蓝紫光经滤光片照射到样品池中，激发样品中的荧光物质发出荧光，荧光经过滤过和反射后，被光电倍增管所接受，然后以图或数字的形式显示出来。物质荧光的产生是由在通常状况下处于基态的物质分子吸收激发光后变为激发态, 这些处于激发态的分子是不稳定的,在返回基态的过程中将一部分的能量又以光的形式放出，从而产生荧光．不同物质由于分子结构的不同,其激发态能级的分布具有各自不同的特征，这种特征反映在荧光上表现为各种物质都有其特征荧光激发和发射光谱；，因此可以用荧光激发和发射光谱的不同来定性地进行物质的鉴定。在溶液中，当荧光物质的浓度较低时,其荧光强度与该物质的浓度通常有良好的正比关系,即IF=KC,利用这种关系可以进行荧光物质的定量分析,与紫外-可见分光光度法类似，荧光分析通常也采用标准曲线法进行

1.2用途

1.2.1生化和医疗

荧光在生化和医药领域有着广泛的应用。人们可以通过化学反应把具有荧光性的化学基团粘到生物大分子上，然后通过观察示踪基团发出的荧光来灵敏地探测这些生物大分子。

用于对DNA进行自动测序的链末端终止法：在原初的方法中，需要对DNA的引物端进行荧光标记，以便在测序凝胶板上确定DNA色带的位置。在改进的方法中，对作为链终止剂的4种双脱氧核苷酸（ddTBP）分别进行荧光标记，电泳结束后不同长度的DNA分子彼此分开，经紫外线照射，4种被标记的双脱氧核苷酸发出不同波长的荧光。通过分析荧光的光谱便可以分辨出DNA的序列。DNA探测：溴化乙啶是一种荧光染料，当它在溶液中自由改变构型时，只能发出很弱的荧光；当它嵌入核酸双链的碱基对之间与DNA分子结合后，便可以发出很强的荧光。因此在凝胶电泳中，一般加入溴化乙啶对DNA染色。DNA微阵列（生物芯片）：需要对基因组探针进行荧光标记，最后通过荧光信号确定靶标序列。免疫学中的免疫荧光检查法：对抗体进行荧光标记，

从而可以根据荧光的分布和形态确定抗原的部位和性质。流式细胞仪（又称荧光激活细胞分选器，FACS）：对样本细胞进行荧光标记，再用激光束激发使之产生特定的荧光，然后用光学系统检测并将信号传输到计算机进行分析，从而得到细胞相应的各种特性。荧光技术还被应用于探测和分析DNA及蛋白质的分子结构，尤其是比较复杂的生物大分子。水母发光蛋白最早是从海洋生物水母（Aequorea victoria）中分离出来的。当它与Ca离子共存时，可以发出绿色的荧光。这一性质已经被应用于实时观察细胞内Ca离子的流动。水母发光蛋白的发现推动了人们进一步研究海洋水母并发现了绿色荧光蛋白（Green Fluorescent Protein，GFP）。绿色荧光蛋白的多肽链中含有特殊的生色团结构，无需外加辅助因子或进行任何特殊处理，便可以在紫外线的照射下发出稳定的绿色荧光，作为生物分子或基因探针具有很大的优越性，所以绿色荧光蛋白及相关蛋白已经成为生物化学和细胞生物学研究的重要工具。萤光显微成像技术：全内反射荧光显微镜很多生物分子具有内禀的荧光性，不需要外加其他化学基团就可以发出荧光。有时侯这种内禀的荧光性会随着环境的改变而改变，从而可以利用这种对环境变化敏感的荧光性来探测分子的分布和性质。例如胆红素与血清白蛋白的一个特殊位点结合时，可以发出很强的荧光。又如当血红细胞中缺少铁或者含有铅时，会产生出锌原卟啉而不是正常的血红素（血红蛋白）；锌原卟啉具有很强的荧光性，可以用来帮助检测病因。

1.2.2宝石和矿物

宝石，矿物，纤维以及其他一些可以作为犯罪取证的材料可以在紫外线或者X 射线的照射下发出不同性质的荧光。

红宝石、翡翠、钻石可以在短波长的紫外线下发出红色的荧光，绿宝石、黄晶（黄玉）、珍珠也可以在紫外线下发出荧光。钻石还可以在X射线下发出磷光。由光照（通常是紫外线或X射线）激发所引起的发光称为光致发光，例如荧光和磷光；由化学反应所引起的发光称为冷光，演唱会上用的荧光棒是通过两种化学液体混合后发生化学反应发光的；由阴极射线（高能电子束流）所引起的发光称为阴极射线发光，电视机显现管的荧光屏发光就是阴极射线发光；生物体的冷发光现象是生物发光，比如萤火虫发出的光，是“萤光”，“萤”字在古汉语中与“荧”字通假，部分华文地区，“萤”字与昆虫有关。荧光在台湾多称萤光；在中国大陆多称荧光，而“萤光”则通常是指萤火虫发出的光。

1.2.3其他方面

荧光灯

常见的荧光灯就是一个例子。灯管内部被抽成真空再注入少量的水银。灯管电极的放电使水银发出紫外波段的光。这些紫外光是不可见的，并且对人体有害。所以灯管内壁覆盖了一层称作磷（荧）光体的物质，它可以吸收那些紫外光并发出可见光。

可以发出白色光的发光二极管（LED）也是基于类似的原理。由半导体发出的光是蓝色的，这些蓝光可以激发附着在反射极上的磷（荧）光体，使它们发出橙色的荧光，两种颜色的光混合起来就近似地呈现出白光。