13.1.3.1荧光寿命

荧光寿命用τ来表示，荧光量子产率用φ来表示，它们是荧光物质的重要发光参数。荧光寿命是处于激发态的荧光体返回基态之前停留在激发态的平均时间，或者说处于激发态的分子数目衰减到原来的1/e所经历的时间，这意味着在t＝τ时，大约有63％的激发态分子已去激衰变。荧光寿命在荧光分析或生命科学的研究中有重要意义，因为它能给出分子相互作用的许多动力学信息。

荧光寿命的测定方法，应用较广泛的是脉冲光激发时间分解法和相调制法。通过实验求得最大荧光强度I_0f和衰减不同时间t的荧光强度I_t后，用ln(I_0f/I_t)值为纵坐标，以对应的时间t为横坐标作图可得一直线，该直线的斜率等于1/t，因此，可以求出荧光寿命τ。

13.1.3.2荧光效率

分子产生荧光的条件是分子必须有产生电子吸收光谱的特征结构和较高的荧光效率。许多物质不产生荧光，就是由于该物质吸光后的分子荧光效率不高，而将所吸收的能量消耗于与溶剂分子或其他溶质分子之间，因此无法发出荧光。荧光效率也称为荧光量子产率，它表示所发出荧光的光子数和所吸收激发光的光子数的比值。

荧光效率越大，表示分子产生荧光的能力越强，声值在0～1之间。喹啉的荧光强度十分稳定，可作为荧光分析的基准物质，硫酸喹啉(0.5 mol/L)溶液的荧光效率φ=0.55。

在产生荧光的过程中，涉及许多辐射和无辐射跃迁过程。很明显，荧光效率将与每一个过程的速率常数有关。那么荧光效率可以以各种跃迁的速率常数来表示，即

式中，K_f为荧光发射过程中的速率常数；∑K_i为非辐射跃迁的速率常数之和。

13.1.3.3荧光强度

当一束强度为I₀的紫外-可见光照射于一盛有溶液浓度为c mol/L、厚度为b cm的样品池时，可在吸收池的各个方向观察到荧光，其强度为F，透过光强度为It，吸收光强度为Ia。由于激发光的一部分能透过样品池，故一般在与激发光源垂直的方向上测量荧光，如图13-4所示。

图13-4 光吸收与荧光示意图

荧光的产生是由于物质在吸收了激发光部分能量后发射的波长更长的光，因此，溶液的荧光强度F与该溶液吸收光的强度Ia以及物质的荧光效率声成正比

F＝φI_a

根据朗伯-比尔定律可以推导出：

F＝2.303φI₀εbc               (13-1)

当入射光强度I₀和b一定时，式(13-1)可写成

F＝Kc

即荧光强度F与溶液浓度c成正比，这是荧光分析定量的基本依据。荧光强度和溶液浓度呈线性关系成立条件为εbc≤0.02，即只限于很稀的溶液；φ_a与浓度无关，为一定值；无荧光的再吸收。当溶液浓度高时，由于存在自猝灭和自吸收等原因，荧光强度和浓度不再呈现线性关系。

由于荧光强度和入射光强度成正比，因此增加I₀可以提高分析灵敏度。在可见吸光光度法中，当溶液浓度很稀时，吸光度A很小而难以测定，故其灵敏度不太高。而荧光分析法可采用足够强的光源和高灵敏度的检测放大系统，从而获得比可见吸光光度法高得多的灵敏度。

13.1.3.4荧光与分子结构的关系

分子结构和化学环境是影响物质发射荧光和荧光强度的重要因素。通常，强荧光分子都具有大的共轭兀键结构以及供电子取代基和刚性平面结构等，而饱和的化合物和只有孤立双键的化合物，不呈现显著的荧光。

最强且最有用的荧光物质大多是含有π→π*跃迁的有机芳香化合物及其金属离子配合物，电子共轭度越大，越容易产生荧光；环越大，发光峰红移程度越大，发光也往往越强。具有一个芳环或具有多个共轭双键的有机化合物容易产生荧光，稠环化合物也会产生荧光。最简单的杂环化合物，如吡啶吠喃等都不产生荧光。

取代基的性质对荧光体的荧光特性和强度具有强烈影响。苯环上的取代基会引起最大吸收波长的位移及相应荧光峰的改变。通常给电子基团，如-OH、-NH₂、-NR₂等可使共轭体系增大，导致荧光增强；吸电子基团，如-Cl、-Br、-I、-COOH、-NHCOCH₃ 和-NO₂等使荧光减弱。具有刚性结构的分子容易产生荧光。

含有氮、氧、硫杂原子的有机物，如喹啉和芳酮类物质都含未键合的非键电子n，电子跃迁多为n→π*型，系间窜跃强烈，荧光很弱或不发荧光，易与溶剂生成氢键或质子化从而强烈影响它们的发光特性。

不含氮、氧、硫杂原子的有机荧光体多发生π→π*类型的跃迁，这是电子自旋允许的跃迁，摩尔吸光系数大、荧光辐射强，在刚性溶剂中常有与荧光强度相当的磷光。

13.1.3.5荧光强度的影响因素

(1)溶剂

除了溶剂对光的散射、折射等影响外，溶剂对荧光强度和形状的影响主要表现在溶剂的极性、形成氢键及配位键等的能力方面。溶剂极性增大时，通常将使荧光光谱发生红移。氢键及配位键的形成更使荧光强度和形状发生较大变化。

(2)温度

大多数荧光物质都随其所在溶液的温度升高荧光效率下降，荧光强度减小。如荧光素钠的乙醇溶液在-80℃时，其荧光效率可达100％,当温度每增加10℃时，荧光效率约减小3％。显然，随着溶液温度升高，会增加分子间碰撞次数，促进分子内能的转化，从而导致荧光强度下降。为此，在许多荧光计的液槽上配有低温装置，以提高灵敏度。

(3)溶液pH

对含有酸碱基团的荧光分子，受溶液pH的影响较大，需要严格控制。当荧光物质为弱酸或弱碱时，溶液pH的改变对溶液的荧光强度有很大影响，这是由于它们的分子和离子在电子结构上的差异导致的。

(4)内滤光作用和自吸现象

内滤光作用是指溶液中含有能吸收荧光的组分，使荧光分子发射的荧光强度减弱的现象。例如，色氨酸中有重铬酸钾存在时，重铬酸钾正好吸收了色氨酸的激发和发射峰，测得的色氨酸荧光强度显著降低。

自吸收现象是指荧光分子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，在溶液浓度较大时，一些分子的荧光发射光谱被另一些分子吸收的现象。自吸收现象也可以使荧光分子测定到的荧光强度降低，浓度越大这种影响越严重。

13.1.3.6荧光的猝灭

使荧光消失或强度减弱的现象称为荧光猝灭。发生荧光猝灭现象的原因有碰撞猝灭、静态猝灭、转入三重态猝灭和自吸收猝灭等。碰撞猝灭是由于激发态荧光分子与猝灭剂分子碰撞失去能量，无辐射回到基态，这是引起荧光猝灭的主要原因。静态猝灭是指荧光分子与猝灭剂生成不能产生荧光的配合物。荧光分子由激发单重态转入激发三重态后也不能发射荧光。浓度高时，荧光分子发生自吸收现象也是发生荧光猝灭的原因之一。O₂是最常见的猝灭剂，故荧光分析时需要除去溶液中的氧。

文章来源：《分析化学分析方法的原理及应用研究》

版权与免责声明：转载目的在于传递更多信息。

如其他媒体、网站或个人从本网下载使用，必须保留本网注明的"稿件来源"，并自负版权等法律责任。

如涉及作品内容、版权等问题，请在作品发表之日起两周内与本网联系，否则视为放弃相关权利。