光谱学是一项应用广泛的技术，研究人员可以使用多种不同类型的光谱学。每种光谱学测量的辐射带宽不同，可用于测定不同的化学和材料特性。本文将探讨荧光光谱学。

荧光光谱法是一种通过测量化学样品的荧光来确定其浓度的方法。荧光光谱法常用于测量溶液中的化合物，并常用于简单的分析。

它通常用于测定浓度，因为它是一种快速、简单且廉价的方法。

什么是荧光

在室温下，大多数分子处于最低能量状态，也称为基态?；写嬖谡穸芗叮矶喾肿釉诒患し⒅按τ谧畹驼穸芗?。能够发出荧光的分子被称为荧光团。

当分子吸收特定波长的光时，吸附的光子会使分子进入更高的振动能态（通常是第一个激发单重态）。然后，分子与溶液中的其他分子碰撞，导致分子失去振动能量，并返回到激发态的最低振动能级。此时，分子可以返回到任何基态振动能级。

当分子回到基态时，它会发射一个与激发光波长不同的光子。此时分子会发出荧光。这种荧光可以用荧光计测量。

原子的荧光则截然不同。原子不具备振动能级，因此发射出的波长与激发样品的辐射波长相同。这被称为共振荧光，主要是原子所表现出的特性（尽管某些分子也会表现出这种特性）。

荧光光谱法如何工作？

荧光光谱仪用于激发荧光团分子并测量其发射的荧光。为此，光谱仪使用入射光子源（可以是激光器、氙气灯、LED 或汞蒸气灯）发射紫外 (UV) 或可见光（波长 180-800 nm）。然后，该光穿过单色仪，单色仪会选择特定的波长。荧光光谱仪中的单色仪通常使用衍射光栅，射出的光线会根据其波长以特定角度射出。

然后将单色波长聚焦到样品上，并从样品发射出一个波长到检测器。检测器通常与光源呈 90° 角，以避免透射激发光的干扰。

发射的光子随后撞击光电探测器，这些探测器可以是单通道的，也可以是多通道的。一旦检测到，计算机软件就会生成分子的发射和激发光谱。激发光谱显示样品吸收了哪些波长，而发射光谱显示样品发射了哪些波长。

灵敏度有时会成为荧光光谱法的一个问题，尤其是在样品中并非所有分子都发出荧光的情况下。量子效率描述的是暴露于特定能量的光子时发出荧光的分子比例。如果所有分子都发出荧光，则量子效率被归类为1（最大值）；如果没有分子发出荧光，则量子效率为0。通常，量子效率更接近于0而不是1。此外，吸收目标波长的其他分子的存在以及pH值和温度的变化（猝灭）都会影响结果。

这张图展示了一个简单的荧光光谱。吸收峰表示吸收光的波长，发射峰表示发射辐射的波长。波长的偏移是由于分子振动造成的能量损失。

荧光光谱的应用

由于荧光光谱法涉及确定任何溶解分子的浓度，因此其应用范围非常广泛 - 并且可以用于分子可以分散在溶液中、可以吸收紫外线或可见光并可以发出荧光的任何应用。

它不适用于在目标波长或以上发生光化学反应的分子、不透明/不透明样品以及胶体样品。对于不自然发出荧光的样品（某些生物材料），可以使用荧光染料对目标分子进行染色。

因此，它是化学、制药和生物医学领域广泛应用的技术。一些具体的应用包括癌症诊断、研究海洋石油污染物、量化天然水体中溶解碳的含量以及测定葡萄糖、真菌、病毒和细菌的含量。但这些只是其中几个例子。

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