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荧光实验影响因素及其排除办法

2018.3.02

在测量溶液的荧光强度时,通常应注意溶剂的散射光(瑞利散射和拉曼散射)、胶粒的散射光(丁铎尔效应)以及容器表面的散射光的影响问题。上述几种散射光除拉曼散射外均具有与激发光相同的波长。拉曼散射光的波长与激发波长不同,通常要比激发波长稍长一些,且随激发波长的改变而改变,但与激发波长维持一定的频率差。散射光的干扰常是提高荧光灵敏度的主要限制因素,因而实际工作中要注意加以克服。选择适当的激发波长和测定波长,可以大大降低或排除散射光的影响。在测量微弱的荧光强度时,常要加大狭缝宽度以获得足够的荧光强度测量值,但狭缝加大后散射光的影响也将加大,因而实际测定时应选择合适的狭缝宽度。通过空白测定,亦可对散射光的影响进行校正。
  下面分别介绍各种环境因素对荧光光谱和荧光强度的影响及其相应的解决办法。
  虽然物质产生荧光的能力主要取决于其分子结构,然而环境因素尤其是介质对分子荧光可能产生强烈的影响。了解和利用环境因素的影响,有助于寻求提高荧光分析法的灵敏度和选择性的途径。 
  ⑴溶剂性质的影响
  同一荧光体在不同的溶剂中,其荧光光谱的位置和强度可能发生显著地变化。由于溶液中溶质与溶剂分子之间存在着静电相互作用,而溶质分子的基态与激发态又具有不同的电子分布,从而具有不同的偶极矩和极化率,导致基态和激发态两者与溶剂分子之间的相互作用程度不同,这对荧光的光谱位置和强度有很大影响。很多荧光体,尤其是那些在芳环上含有极性取代基的荧光体,它们的荧光光谱易受溶剂的影响。溶剂的影响可分为一般的溶剂效应和特殊的溶剂效应,前者指的是溶剂的折射率和介电常数的影响,后者指的是荧光体和溶剂分子间的特殊化学作用,如形成氢键和配合作用。一般的溶剂效应是普遍存在的,而特殊的溶剂效应则决定于溶剂和荧光体的化学结构。特殊的溶剂效应所引起的荧光光谱的移动值往往大于一般的溶剂效应所引起的。除了一般的和特殊的溶剂效应外,某些荧光体由于自身所具有的化学结构,可能因为溶剂极性的改变而形成分子内电荷转移态和扭转的分子内电荷转移态。因此,在做荧光测试时我们应选择合适的溶剂。 
  ⑵介质酸碱性的影响[29-32]
  如果荧光物质是一种有机酸或弱碱,该弱酸和弱碱的分子及其相应的离子,可视为两种不同的型体,各具有不同的荧光特性(如不同的荧光光谱、荧光量子产率或荧光寿命),溶液的酸碱性变化将使荧光物质的两种不同型体的比例发生变化,从而对荧光光谱的形状和强度产生很大的影响。可通过调节溶液的PH值以产生某种所要求的型体,该型体的荧光光谱移动后可与干扰组分的荧光光谱分离开来,达到提高选择性的目的。 
  ⑶温度的影响
  温度对于溶液的荧光强度有着显著的影响。通常,随着温度的降低,溶液的荧光量子产率和荧光强度将增大。在进行荧光测定时,由于荧光计光源的温度相当高,容易引起测定溶液的温度上升,加上分析过程中室温可能发生变化,从而导致荧光强度的变化,因而样品室四周的温度在测定过程中应尽可能保持恒定。 
  ⑷重原子效应   有一类溶剂效应,可能影响到溶质的荧光强度和磷光强度,但对跃迁的频率没有可觉察的影响。这一类溶剂效应,既不是由于溶剂的极性,也不是由于溶剂的氢键性质所引起的,而是由于溶剂分子中含有高原子序的原子所造成的。这种效应就是通常所说的“外重原子效应”。芳族化合物分子中的重原子取代基团,同样会引起荧光强度减弱、磷光强度增强的现象,这类重原子效应通常称为“内重原子效应”。 
  ⑸有序介质的影响
  表面活性剂或环糊精溶液这样的有序介质,对发光分子的发光特性有着显著的影响,在发光分析中得到了广泛的应用。表面活性剂一般是非光活性物质,毒性小,价格便宜,使用方便,其胶束溶液光学上透明、稳定,对发光物质具有增溶、增敏和增稳得作用,实践证明是提高发光分析法灵敏度和选择性的有效途径之一。环糊精类化合物的特点是分子结构中存在一个亲水的外缘和一个疏水的空腔,其疏水的空腔能与许多有机物结合形成主客体包和物,这一结构特点是它们获得广泛应用的基础。某些荧光物质分子,它们对于环糊精的疏水空腔有更大的亲和力,如果分子的尺寸大小合适,便能够与环糊精分子结合形成包和物而进入环糊精的腔体。这样的包和物是稳定的,而且能够增强荧光强度。 
  ⑹其他溶质的影响   有机分子的荧光,不仅受到溶剂效应的影响,也会因为与其他溶质的相互作用而受到影响。例如芳族配位体与金属离子发生配位作用之后对配位体的荧光光谱和强度的影响,另外,荧光体还可能与其他溶质发生化学反应、能量转移、电荷转移或碰撞作用等过程而导致荧光体的荧光猝灭现象。

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