環(huán)境儀器分析

環(huán)境儀器分析第一章概述§1環(huán)境監(jiān)測技術意義和作用1.1環(huán)境監(jiān)測技術意義環(huán)境監(jiān)測技術使環(huán)境污染控制的眼睛，是環(huán)境管理的“耳目”和“哨兵”，是研究環(huán)境質量變化趨勢的重要手段，是環(huán)境保護的基礎。環(huán)境監(jiān)測從單一的環(huán)境分析發(fā)展到物理、生物、生態(tài)、遙感、衛(wèi)星監(jiān)測，從間斷性檢測逐步過渡到自動連續(xù)監(jiān)測。監(jiān)測范圍從一個斷面發(fā)展到一個城市，一個區(qū)域，整個國家乃至全球。環(huán)境質量及污染狀況發(fā)展趨勢隨時可知。如城市的空氣質量，長江流域的水質質量，三峽流域的水質質量，沿海城市海水浴場水質周報，全國主要流域重點斷面水質自動監(jiān)測周報，環(huán)境狀況公報。環(huán)境監(jiān)測技術的主要內容：①化學指標的測定：應用化學分析和儀器分析技術對存在于空氣、水體、土壤、生物體內的化學污染物進行污染水平的測定。②物理指標的測定：應用物理計量技術對能量污染的監(jiān)測：噪聲、振動、電磁波、放射性等。③生物、生態(tài)系統(tǒng)的監(jiān)測：應用生物計量技術監(jiān)測由于人類的生產和生活活動引起的生物畸形變種、受害征候及生態(tài)系統(tǒng)的變化。1.2環(huán)境監(jiān)測技術的作用目的：及時準確、全面地反映環(huán)境質量和污染源現狀及發(fā)展趨勢，為環(huán)境管理、規(guī)劃和污染防治提供依據。當前環(huán)境監(jiān)測的基本任務：①為實施強化環(huán)境管理的八項制度做好技術監(jiān)督和技術支持工作。②強化污染源監(jiān)督監(jiān)測工作。③切實加強全國環(huán)境監(jiān)測網絡建設，完善環(huán)境監(jiān)測技術體系。④加速以報告制度為核心的信息管理與傳遞系統(tǒng)建設。⑤鞏固檢測隊伍，提高監(jiān)測技術水平。⑥進一步完善監(jiān)測技術質量保證體系。⑦堅持科技領先，做好監(jiān)測科研，全面提高監(jiān)測工作質量。環(huán)境監(jiān)測為環(huán)境管理服務應遵循的原則：①及時性：解決及時性一是建立一個高效能的環(huán)境監(jiān)測網絡，理順環(huán)境監(jiān)測的組織關系；二是建立完善的數據報告制度，有一個十分流暢的信息通道，做到縱橫有序，傳遞自如；三是有一個能滿足管理要求的數據加工處理能力；四是有一個規(guī)范化的監(jiān)測成果表達形式。②針對性：即著重抓好環(huán)境要素和污染源監(jiān)視性監(jiān)測。摸清主要污染源、主要污染物污染負荷變化特征及排放規(guī)律，掌握環(huán)境質量的時空變化規(guī)律。做到針對性要消除監(jiān)測與管理脫節(jié)現象。監(jiān)測人員不僅要有數據頭腦，而且要有管理頭腦，還要努力開拓污染源監(jiān)測工作，建立和完善污染源監(jiān)測網絡。環(huán)境監(jiān)測站應具有說清環(huán)境質量現狀的能力和說清污染來龍去脈的能力。③準確性：一是數據準確，二是結論準確。前者取決于監(jiān)測技術路線的合理性，后者取決于綜合技術水平的高低。在綜合分析過程中要防止重監(jiān)測數據，輕調查材料，說不清環(huán)境污染史；重自然環(huán)境要素，輕社會環(huán)境要素，看不清環(huán)境問題的主要矛盾；重監(jiān)測結果，輕環(huán)境效益，提不出改善環(huán)境質量的對策。④科學性：一是監(jiān)測數據和資料的科學性，二是綜合分析數據資料方法的科學性，三是關于環(huán)境問題結論的科學性。三者缺一不可?！?環(huán)境監(jiān)測的內容與類型2.1監(jiān)測內容以監(jiān)測的介質（或環(huán)境要素）為對象分為：空氣污染監(jiān)測，水質污染監(jiān)測，土壤、固棄物，生物，生態(tài)，噪聲震動，放射性，電磁輻射監(jiān)測等。⑴空氣污染監(jiān)測⑵水質污染監(jiān)測⑶土壤固棄物監(jiān)測⑷生物監(jiān)測：生物體內有害物的檢測，生物群落種群的變化監(jiān)測。⑸生態(tài)檢測：觀測與評價生態(tài)系統(tǒng)對自然變化及人為變化所做出的反應，是對各類生態(tài)系統(tǒng)結構和功能的時空格局的度量。包括生物監(jiān)測和地球物理化學監(jiān)測。生態(tài)檢測是比生物監(jiān)測更復雜、更綜合的一種監(jiān)測技術，是利用生命系統(tǒng)（無論哪一層次）為主進行環(huán)境監(jiān)測的技術。⑹物理污染監(jiān)測：噪聲、振動、電測輻射、放射性等。選擇監(jiān)測項目應遵循如下原則：⑴對污染物的自然性、化學活性、毒性、擴散性、持久性、生物可分解性和積累性等全面分析，從中選出影響面廣、持續(xù)時間長，不易或不能被微生物所分解而且能使動植物發(fā)生病變的物質作為日常例行的監(jiān)測項目。對某些有特殊目的或特殊情況的監(jiān)測工作，則要根據具體情況和需要選擇要監(jiān)測的項目。⑵需要監(jiān)測的項目，必須有可靠的檢測手段，并保證能獲得滿意的監(jiān)測結果。⑶監(jiān)測結果所獲得的數據，要有可比較的標準或能做出正確的解釋和判斷，如結果無標準可比，又不了解所獲得的監(jiān)測結果對人體和動植物的影響，將會使監(jiān)測結果陷入盲目性。2.2環(huán)境監(jiān)測的類型2.2.1監(jiān)視性監(jiān)測常規(guī)或例行監(jiān)測，是縱向指令性任務，是監(jiān)測站第一位的工作，是監(jiān)測工作的主體。其工作質量是環(huán)境監(jiān)測水平的主要標志。監(jiān)視性監(jiān)測是對各環(huán)境要素的污染現狀及污染物的變化趨勢進行監(jiān)測，評價控制措施的效果，判斷環(huán)境標準實施的情況和改善環(huán)境取得的進展，積累質評監(jiān)測數據，確定一定區(qū)域內環(huán)境污染狀況及發(fā)展趨勢。⑴環(huán)境質量監(jiān)測（空氣、水、噪聲）⑵污染源監(jiān)督監(jiān)測2.2.2特定目的性監(jiān)測又叫應急監(jiān)測或特例監(jiān)測。⑴污染事故監(jiān)測⑵糾紛仲裁監(jiān)測⑶考核驗證監(jiān)測⑷咨詢服務監(jiān)測2.2.3研究性監(jiān)測屬于高層次、高水平，技術比較復雜的一種監(jiān)測。⑴標法研制監(jiān)測：研制環(huán)境標準物質，制定和統(tǒng)一監(jiān)測分析方法以及優(yōu)化布點、采樣的研究等。⑵污染規(guī)律研究檢測：主要研究確定污染物及污染源接受體的運動過程。監(jiān)測研究環(huán)境中需要注意的污染物質及它們對人、生物和其它物體的影響。⑶背景調查監(jiān)測⑷綜評研究監(jiān)測：參加某個環(huán)境工程、建設項目的開發(fā)預評影評的綜合性研究如溫室效應，臭氧層破壞，酸雨規(guī)律研究等。這類監(jiān)測需要化學分析、物理監(jiān)測和生物生理檢驗技術和已積累的監(jiān)測數據資料，運用大氣化學、大氣物理，水化學、水文學、氣象學，生物學，流行病學，毒性學，病理學，地質、地理，生態(tài)，遙感學等多種學科知識進行分析研究、科學實驗等。進行這類監(jiān)測事先必須制定周密的研究計劃，并聯(lián)合每個部門，多個學科協(xié)作共同完成?！?環(huán)境監(jiān)測技術現狀與對策3.1建立監(jiān)測方法體系，確立監(jiān)測技術能力我國監(jiān)測分析方法標準化建立了程序，基本分三步走。首先是通過分析方法的研究，篩選出能在全國推廣的較成熟和先進的方法，將選出的方法經多實驗室驗證，形成統(tǒng)一的方法。分析方法的研究和篩選原則是：⑴應具有良好的準確性與精密性；⑵應具有良好的靈敏度；⑶方法所用的儀器、試劑易得，便于在全國推廣；⑷盡量采用國內外新技術和新方法。目前我國統(tǒng)一方法有：《水和廢水監(jiān)測分析方法》（第三版，1989年）91個項目，216個監(jiān)測方法?！犊諝夂蛷U棄監(jiān)測分析方法》（第三版，1990年）80個項目，148個方法。《工業(yè)固體廢棄物有害特性鑒別與監(jiān)測分析方法》、《大氣污染生物監(jiān)測方法》（1993年版）、《水生生物監(jiān)測手冊》（1993年），統(tǒng)一方法再經過標準化工作程序審定為國家標準方法，所以我國目前環(huán)境監(jiān)測分析方法有三種類型：⑴國家標準分析方法：（GB）⑵全國統(tǒng)一監(jiān)測分析方法：又稱通用法⑶試行法在國家環(huán)境保護戰(zhàn)略目標下，確定監(jiān)測站的監(jiān)測能力主要包括：①為環(huán)境決策與管理提供技術支持的能力；②為環(huán)境執(zhí)法提供技術監(jiān)督的能力；③為環(huán)境管理和社會經濟建設提供技術服務的能力；④環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)整體的能力。各級環(huán)境監(jiān)測站基本工作能力：①具備常規(guī)環(huán)境質量監(jiān)測；②污染源③應急④服務性⑤科研監(jiān)測的工作技能。國家環(huán)境監(jiān)測總站：除具有基本監(jiān)測工作能力外，①應重點承擔開拓新的監(jiān)測技術、監(jiān)測方法的建立、研究與應用；②開展污染物排放總量控制監(jiān)測技術；③突發(fā)性環(huán)境污染事故、應急監(jiān)測技術；④生態(tài)環(huán)境監(jiān)測技術研究的能力和水平；⑤建立國家級監(jiān)測業(yè)務信息中心，技術培訓考核中心，計算機網絡傳輸中心。省級及省級以下的環(huán)境監(jiān)測站要突出監(jiān)測工作的政府行為，要建立相應的信息、培訓及計算機網絡中心，開展空氣污染周報的重點城市及條件較好的監(jiān)測站應具備完好的連續(xù)自動監(jiān)測系統(tǒng)和計算機傳輸網絡系統(tǒng)，具備應用多媒體技術制作環(huán)境質量聲象報告的能力。并開展日報和預報。3.2加強監(jiān)測儀器設備管理、完善儀器設備配置3.3開展監(jiān)測質量保證、加強技術培訓3.3.1環(huán)境監(jiān)測質量保證體系的建立1991年國家環(huán)保局以環(huán)監(jiān)字第043號文下達了環(huán)境監(jiān)測質量保證管理規(guī)定(暫行)，對機構和職責、量值傳遞、實驗室及人員的基本要求、監(jiān)測質量保證的具體內容和報告制度，均提出了具體要求和做法。3.3.2計量認證工作的開展計量認證是根據計量法由政府計量行政部門對向社會提供公正數據的技術機構的計量檢定、測試的能力、可靠性和公正性所進行的考核和證明。也就是給予該機構在某方面為社會提供公正數據的資格。3.3.3人員的技術培訓與考核3.3.4監(jiān)測科研不斷發(fā)展，科學監(jiān)測水平提高3.3.5完善監(jiān)測網絡，實現監(jiān)測信息管理網絡化我國的監(jiān)測技術工作雖然取得很大成績，但在發(fā)展過程中也存在面的差距和問題。⑴監(jiān)測分析方法不夠健全，現有的方法大體可以滿足常規(guī)環(huán)境質量監(jiān)測和部分污染源監(jiān)測，但對環(huán)境和污染調查、全面的污染源監(jiān)測以及應急事故的處理，就顯得不夠。從技術監(jiān)測現狀看，水氣檢測多于土壤、生物、固廢棄物等；無機物多于有機物的分析方法，而有機物、有毒有害化學品的監(jiān)測技術方法較薄弱；環(huán)境質量的監(jiān)測方法好于污染源的監(jiān)測方法，尤其是廢氣監(jiān)測方法很薄弱。在現有的標準方法中廢氣監(jiān)測方法基本處于空白狀態(tài)。⑵采樣技術仍然是一大難題，環(huán)境標準物質缺口很大，使監(jiān)測方法的研究和應用以及質量保證工作開展受到嚴重制約。質量保證遠未達到系統(tǒng)化，程序化，目前局限在水質分析質控上，水質質控也只抓了實驗室分析環(huán)節(jié)，其它環(huán)節(jié)還沒得到有效控制。⑶現有監(jiān)測技術配套性很差，儀器設備條件急需改善。⑷監(jiān)測信息管理和開發(fā)仍存在諸多問題。國家對監(jiān)測技術工作的指導、管理和支持缺乏系統(tǒng)的、科學的戰(zhàn)略發(fā)展規(guī)劃。監(jiān)測技術的發(fā)展方向、目標，技術路線以及步驟措施不夠明確，監(jiān)測技術發(fā)展帶有一定的盲目性。監(jiān)測技術規(guī)范和有關的技術規(guī)定還沒很好地貫徹實施。尤其是對監(jiān)測技術發(fā)展的投入嚴重不足。今后監(jiān)測技術工作點的指導思想是：監(jiān)測技術工作要以增強監(jiān)測能力、提高監(jiān)測質量、適應環(huán)境管理目標，從監(jiān)測工作的實際出發(fā)，從環(huán)境管理的需要出發(fā)，本著統(tǒng)籌配套、協(xié)調發(fā)展和突出重點的原則，確立開拓與完善并舉，發(fā)展與提高兼顧的方針，積極開拓急需項目的新的監(jiān)測技術和新的監(jiān)測方法。進一步完善已有的監(jiān)測技術和監(jiān)測管理體系；大力發(fā)展標準物質和質量保證工作。努力提高監(jiān)測信息的管理和開發(fā)應用水平。環(huán)境監(jiān)測技術工作是環(huán)境監(jiān)測的重要基礎，只有提高并完善環(huán)境監(jiān)測技術，才能不斷使環(huán)境監(jiān)測工作上新臺階?！?環(huán)境監(jiān)測新技術開發(fā)在以下各章中分別講授。§5本課程主要內容一.光分析監(jiān)測技術；二.色譜分析監(jiān)測技術；三.電化學分析監(jiān)測技術；四.聯(lián)用分析監(jiān)測技術；五.生物監(jiān)測技術；六.生態(tài)監(jiān)測技術；七.遙感監(jiān)測技術；八.自動連續(xù)監(jiān)測技術；九.現場快速監(jiān)測技術。第二章光分析監(jiān)測技術§1原子吸收分光光度法（原子吸收光譜法）基本原理原子吸收分光光度法是基于空心陰極燈發(fā)射出的待測元素的特征譜線，通過試樣蒸氣，被蒸氣中待測元素的基態(tài)原子所吸收，由特征譜線被吸收的程度，來測定試樣中待測元素含量的方法（原子吸收分光光度計示意圖如下）。⑴基態(tài)原子的產生在進行原子吸收分析時，首先應使待測元素由化合物狀態(tài)變成基本原子，使其原子化。原子化方法有：化學法、火焰法、電熱法等。以火焰原子化法為例：火焰提供熱能，使待測元素的化合物解離，而變成基態(tài)原子。將金屬鹽（MX表示）的水溶液，經過霧化成為微小的霧粒噴入焰中，霧粒中金屬鹽分子經過蒸發(fā)、解離、激發(fā)、電離、化合等過程。蒸發(fā)過程，是MX的霧粒（濕氣溶膠），在火焰的作用下脫水和氣化，即：MX（濕氣溶膠）MX（濕氣溶膠）→MX（干氣溶膠）→MX（氣態(tài)分子）∣∣脫水氣化金屬鹽的氣態(tài)分子，在高溫條件下吸收熱能可被分解為基態(tài)原子（包括氣態(tài)金屬原子和氣態(tài)非金屬原子），一部分基態(tài)原子由于熱能和被碰撞的作用被激發(fā)而成為激發(fā)態(tài)原子或電離成離子。過程如下：Mi（激發(fā)態(tài)原子）MX（氣態(tài)分子）M0（氣態(tài)金屬原子）+X0（氣態(tài)非金屬原子）M+（金屬離子）+e由于火焰中還存在其它成分（如氧氣），它們在火焰的作用下，還可能與基態(tài)原子進行化合反應。應使試樣在火焰中盡可能多的生成基態(tài)原子，不使基態(tài)原子被激發(fā)、電離或生成化合物。⑵共振線與吸收線原子都是由原子核和核外的電子分層排布的，核外電子排布處于最低能級時，原子的能級最低、最穩(wěn)定，原子處于基態(tài)，稱為基態(tài)原子。當原子受到外界能量（如熱能）激發(fā)時，最外層電子吸收一定能量而躍遷到較高的能級上，原子處于激發(fā)態(tài)，稱為激發(fā)態(tài)原子，很不穩(wěn)定，在短時間內（約10-3s），躍遷到較高能級的電子又返回到低能級狀態(tài)。同時釋放一定的能量。吸收或釋放的能量等于兩個能級的能量差△E,即：式中：Ei—激發(fā)態(tài)能級的能量；E0—基態(tài)能級的能量；h—普朗克常數（6.625×10-34JS）;C—光速；γ—頻率。原子受外界能量的激發(fā)，其最外層電子可能躍遷到不同能級，因而可能有不同的激發(fā)態(tài)。電子從基態(tài)躍遷到能量最低的第一激發(fā)態(tài)的幾率最高，要吸收一定能量即一定波長的譜線。這一由基態(tài)到第一激發(fā)態(tài)的躍遷吸收譜線稱為共振吸收線。當它從第一激發(fā)態(tài)返回到基態(tài)時，則又輻射出該波長的譜線。各種元素的共振線都具有不同的波長。所以元素的共振線又稱為元素的特征譜線。從基態(tài)躍遷到第一激發(fā)態(tài)最容易，因此，對大多數元素來說，共振線是元素所有譜線中最靈敏譜線。原子吸收分析就是利用處于基態(tài)的待測原子蒸氣，對從光源發(fā)射出的待測元素的共振線的吸收而進行定量分析。式中：I—透過光的強度；I—入射光的強度；L—原子蒸氣寬度；C—原子蒸氣濃度。由于物質的原子對吸收具有選擇性，對不同頻率的廣，吸收的程度不同，所以透過光的強度Ir隨入射光的頻率有所變化，其變化規(guī)律如下圖所示。（b）頻率與吸收系數的關系(a)吸收線（b）頻率與吸收系數的關系(a)吸收線由圖可見，在頻率為r處透過的光最小，亦即吸收最大。這種情況叫做原子蒸氣在特征頻率r處有吸收線。可見，原子的吸收線并不是幾何學上的線，而是具有一定的寬度，通常稱之為譜線的輪廓（或形狀）。表示吸收輪廓特征的值：①吸收線中心頻率（或波長）②吸收線的半寬度（△r），其數量級約為0.01～0.1A，同樣，發(fā)射線也具有寬度，不過其半寬度要窄得多，一般為0.005～0.02A。使譜線變寬的原因主要有：①譜線的自然變寬；②譜線的熱變寬；③碰撞變寬；⑶積分吸收與峰值吸收積分吸收：將原字蒸氣所吸收的全部能量，稱為積分吸收，即上圖中吸收線下面所包括的整個面積。積分吸收與單位體積原子蒸氣中吸收輻射的原子有如下關系：e2Nf/mc式中：C—光速；e—電子電荷；m—電子質量；N——單位體積原子蒸氣中吸收或輻射的原子數；f—振子強度,代表每個原子中能夠吸收或發(fā)射特定頻率光的平均電子數。在一定條件下，對一定元素，f可視為定值。從理論上講，只要能測出積分值，就可以計算出待測元素的含量。然而在實際測量中，測量積分吸收是非常困難的。因為吸收譜線的寬度非常窄，需要用到高分辨率的分光儀，而現代分光技術還不能夠達到這種高分辨率的要求，所以積分吸收不能準確地測得。②峰值吸收1995年，Walsh提出用測定峰值吸收系數K0來代替測量積分吸收系數的方法。這種通過測定峰值吸收系數來計算待測元素的方法稱為峰值吸收法。實現測量中心吸收系數的條件是：a.入射光線的中心頻率與吸收譜線的中心頻率嚴格相同；b.入射光線的半寬度遠小于吸收譜線的半寬度。因此，必須使用一個與待測元素相同的元素制成的銳線光源。這樣就不需要用高分辨率的單色器，而只要將其與其它譜線分離，就能測出峰值吸收系數。實驗證實：峰值吸收系數K0在一定條件下，與單位體積原子蒸氣中吸收輻射的原子數成正比。⑷火焰中的基態(tài)原子濃度與定量分析依據在一定溫度下，基態(tài)原子與激發(fā)態(tài)原子數可以用波爾茲曼方程表示：式中：Ni—激發(fā)態(tài)原子數；N0——基態(tài)原子數；Pi—激發(fā)態(tài)統(tǒng)計權重（表示能級的減并度，即相同能級的數量）；P0—基態(tài)統(tǒng)計權重；K—波爾茲曼常數（1.380×10-23J/K）；T—熱力學溫度。在原子光譜中，對一定波長的譜線Pi/P0和Ei、E0都是已知的定值。因此，只要火焰溫度確定后，就可以求得Ni/N0的值。一般而言，溫度T越高，Ni/N0值越大；在同一溫度電子躍遷的能級差△E越小，共振線的波長越長，Ni/N0也越大，常用的火焰溫度多低于3000K，大多數元素的共振波長都小于6000A，Ni/N0都很?。?lt;1%）,Ni與NO相比，N0可以忽略不計，因此，能夠用基態(tài)原子數N0代表火焰中吸收輻射的原子總數N在實際工作中，對于原子吸收值的測量，是以一定光強的單色光I0通過原子蒸氣，然后測出被吸收后的光強I，吸收過程符合朗伯—比耳定律，即：式中K為吸收系數，N為自由原子綜述（近似與基態(tài)原子數N0）,L為吸收層厚度。吸光度A∝N0L試樣中待測元素的濃度與火焰中基態(tài)原子的濃度成正比。所以在一定的濃度范圍內和一定的火焰寬度，吸光度與試樣中待測元素濃度的關系可表示為：該式就是原子吸光光普法定量分析的依據。1.2原子吸收分光光度計由光源、原子化系統(tǒng)、光學系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)及放大數據處理系統(tǒng)五個主要組成部分。⑴光源：輻射帶測元素的共振線，作為原子吸收分析的入射光。為了能夠測出峰值吸收，獲得較高的準確度及靈敏度，所使用的光源必須滿足以下條件：①光源要能發(fā)射待測元素的共振線，而且強度要足夠大。②發(fā)射的譜線的半寬度要窄（是銳線光），應小于吸收線的半寬度，以保證測定的靈敏度和峰值吸收的測量。③輻射光的強度要穩(wěn)定，而且背景發(fā)射要小。光源類型：①空心陰極燈②無極放電燈③蒸氣放電燈。但應用最廣泛的是空心陰極燈。⑵原子化系統(tǒng)作用：是將試樣中的待測元素由化合物狀態(tài)轉變?yōu)榛鶓B(tài)原子蒸氣。入射光在這里被基態(tài)原子吸收，因此，它可視為“吸收池”。主要有兩大類：火焰與非火焰原子化器。①火焰原子化器：由霧化器、預混合室和燃燒器三部分組成。霧化器將試液霧化，然后經預混合室的作用，進一步細化霧滴，并使之與燃料氣均勻混合后進入火焰，利用火焰的熱能將試樣氣化并進而解離成基態(tài)原子。②無火焰原子化器：是利用電熱、陰極濺射，等離子體或激光等方法使試樣中待測元素形成基態(tài)原子。目前，廣泛應用的非火焰原子化器是石墨爐。此法的優(yōu)點是取樣量少，固體只需幾毫克，液體僅用幾微升；其絕對靈敏度比火焰法搞幾個數量級，可達10-12g（相對靈敏度提高2～3個數量級），但其精密度僅達2～石墨爐原子化器由電源、爐體、石墨管三部分組成。⑶分光系統(tǒng)原子吸收光譜法應用的波長范圍，一般是紫外、可見光區(qū)，即從銫852.1nm至砷193.7nm，常用的單色器為光柵。單色器的作用：主要是將廣元（如空心陰極燈）發(fā)射的待測元素的共振線與其它發(fā)射線分開。由于采用空心陰極燈作光源，發(fā)射的譜線大多為共振線，故比一般光源發(fā)射的光譜簡單。光譜通帶：（可理解為“儀器出射狹縫所能通過的譜線寬度”）式中：W—光譜通帶（?）；D—倒線色散率（?/mm）；S—狹縫寬度（mm）。在兩相鄰干擾線間距離小時，光譜通帶要小，反之，光譜通帶可增大。由于不同元素譜線復雜程度不同，選用的光譜通帶亦各不相同，如堿金屬、堿土金屬譜線簡單、背景干擾小可選用較大的光譜通帶，而過渡族、稀土族元素譜線復雜，則應采用較小的光譜通帶。一般在原子吸收光譜法中，光譜通帶為2A當單色器的色散率一定時，則應選擇合適的狹縫寬度來達到譜線既不干擾，吸收又處于最大值的最佳工作條件。⑷監(jiān)測系統(tǒng)作用：將單色器分出的光信號進行光電轉換。廣泛使用光電倍增管作檢測器。光電倍增管輸出的光電流，與入射光強度和光電倍增管的增益（即光電倍增管放大倍數的對數）成正比。而增益取決于打拿極的性質、個數和加在打拿極之間的電壓。通過改變所加的電壓，可以在較廣的范圍內改變輸出電流。產生的電流可經負載電阻尺而變成電壓訊號。（5）放大及數據處理系統(tǒng)放大器：一般采用同步檢波放大器和相敏放大器來放大訊號。數據處理：訊號經放大器放大后，得到的只是透光度讀數。為了在指示儀表上指示出與濃度成線性關系的吸光度值，就必須將訊號進行對數轉換，然后由指示儀表表示?，F在的儀器幾乎都是用自動記錄測量數據，數據顯示測量數據和計算機處理數據，直讀分析結果。1.3測定條件的選擇（1）分析線的選擇：選用元素的共振線作為分析線，共振線往往也是元素最靈敏的譜線，可使測定具有較好的靈敏度。但并非都如此。例如測汞，由于空氣和火焰氣體對汞的共振線1349A都產生強吸收，只能用2537A譜線；又如鉛的共振線2170A受火焰吸收及背景吸收干擾較大，只好選用它的次靈敏線2833A（2）光譜區(qū)帶的選擇（3）空心陰極燈工作電流的選擇（4）燃燒器高度的選擇（5）火焰高度的選擇（6）光電倍增管負高壓的選擇1.4定量分析方法（1）標準曲線法繪制A-C工作曲線a.標準曲線彎曲現象的解釋向濃度值彎曲：當元素濃度較高時，吸收線的碰撞變亮就不能忽略，使吸收線輪廓造成非對稱性，而使中心波長錯位，因此光源輻射的共振線的中心波長就與共振線的中心波長錯位，吸收相應地減少，即測定的吸收光度降低，結果實標準曲線向濃度軸彎曲。b.控制試樣校正在每次測定試樣時，加測一個控制試樣，其濃度是已知的，并在標準曲線的中部范圍。然后，通過控制試樣所測出的點位另作一條與原標準曲線平行的新標準曲線，用它分析試樣?；蛘呃萌缦掠嬎闶剿愠鲂Ｕ禂祦硇Ｕ郎y定結果：式中：K—校正系數；A—控制試樣在原標準曲線上的吸光度，A’—控制試樣新測得的吸光度。用該K值乘試樣的吸光度即得校正值，從原標準曲線上查出對應該校正值的濃度，就是所測試樣的濃度。c.應控制吸光度在0.05-0.8之間d.標準溶液的濃度必須在吸光度與原子濃度或直線關系得范圍內。e儀器操作條件（光譜，噴霧，火焰，通帶，檢測等）在整個分析過程中應保持恒定。（2）標準加入法a.復加入法（圖如下）取若干（不少于4份）體積相同的試樣溶液，從第二份開始依次遞增地加入不同等分量的待測元素的標準溶液（如分別加入10μg、20μg、30μg）。然后用蒸餾水稀釋至相同體積后搖勻。在相同的實驗條件下依次測得各溶液的吸光度為AX、A1、A2、A3。以吸光度A為縱坐標，以加入標準溶液的量（濃度，體積，絕對含量）為橫坐標，作出A-C曲線，外延曲線與橫坐標相交于一點，此點與原點的距離，即為所測試樣溶液中，待測元素的含量。b.單加入法僅取兩份同體積的試液，于其中一份加入已知量的待測元素，其量最好與試樣含量相近。稀釋至一定體積后分別測吸光度。按下式進行計算：式中：C——試樣中被測元素濃度；S——試樣中加入標準的濃度；Ai——試樣中吸光度；A——試樣中加標后的吸光度；推導：=即使用標準加入法應注意：a.只適用于濃度與吸光度成直線關系的范圍；b.加入第一份標準溶液濃度，應與試樣溶液的濃度應當接近（可通過試噴樣品溶液和標準溶液，比較兩者的吸光度來判斷），以免曲線在斜率過大、過小時給測定結果引進較大誤差；c.該法只能消除基體干擾，而不能消除背景吸收等的影響。（3）間接分析法可用間接分析的方法測定某些非金屬元素和有機化合物。如：8-羥基喹啉能與銅鹽生成可萃取的絡合物，用原子吸收法可準確地測定萃取物中銅的含量，然后推斷出試樣中8-羥基喹啉的含量。1.5靈敏度及檢出極限（1）靈敏度a.百分靈敏度：把能產生1%吸收（或0.0044吸光度）時，被測元素在溶液中的濃度（μg/mL）,稱為百分靈敏度或相對靈敏度。用μg/mL.1%或10-6/1%表示。百分靈敏度的測定，是必須測出1%吸收時的濃度，ug/(mL?1%)式中：C—被測溶液的濃；A—該溶液的吸光度。b.絕對靈敏度在石墨原子吸收光譜分析中，常用絕對靈敏度的概念。它定義為能產生1%吸收（或0.0044吸光度）時，被測元素在水溶液中的質量，常用Pg/1%或10-12g/1%（1Pg=10-12靈敏度通?？梢钥醋魇窃囈簼舛葴y定的下限。最適宜的試液濃度，應選在靈敏度的15~100倍的范圍內。同一種元素在不同的儀器上測定會得到不同的靈敏度，因而靈敏度是儀器的性能指標之一。（2）檢出極限（DL）a.相對檢出極限在火焰原子吸收分析中，把能產生二倍標準偏差時，某元素在水溶液中的濃度，定為相對檢出極限，用μg/mL或ppm表示。DL=C?2σ/A(μg/mL)式中：C—待測元素在水溶液中的濃度；A—該溶液的吸光度；σ—標準偏差。它是用空白溶液或接近空白的標準溶液，經過至少10次連續(xù)測定所得吸光度值算出?？傮w標準偏差：σ=S=lim=μμ為總體平均值b.絕對檢出極限：在石墨爐原子吸收光譜分析中，把能產生二倍標準偏差的讀書時，待測元素的質量稱為絕對檢出極限。常用Фg或g表示。檢出極限不僅與儀器的靈敏度有關，而且與儀器的穩(wěn)定性有關。既有高的靈敏度又有低噪音水平的儀器才是好儀器，這樣的儀器才能運用于微量組分的測定。通常所說的靈敏度和檢出極限，都是對火焰原子吸收法而言。只有在表示石墨爐原子吸收分析的靈敏度和檢出極限時，才加上“絕對”二字。1.6原子吸收光譜法在環(huán)境監(jiān)測中的應用金屬污染物的測定：可測定的元素有60~70種，目前測定水和廢水中的主要金屬元素有：Ag、Cd、Cr、Cu、Fe、Mn、Ni、Pb、Sb、Zn、Be、Hg、K、Na、Ca、Mg等。Cu,Pb,Zn,Cd的測定（GB7475-87）a.直接法：適用于測定地下水、地面水和廢水中的Cu,Pb,Zn,Cd。一般原子吸收分光光度計的測定范圍：Cu（0.05~5mg/L）;Zn(0.05~1);Pb(0.2~10);Cd(0.05~1mg/L)。采用乙炔-空氣燃燒器；光源選用空心陰極燈或無極放電燈。b.螯合萃取法：適用于測定地下水和清潔地面水中低濃度的Cu,Pb,Cd。在PH3.0條件下，用吡咯烷二硫代氨基甲酸銨與Cu,Pb,Cd形成螯合物，用甲基異丁基甲硐萃取，然后吸入火焰進行原子吸收光譜測定。測定范圍：Cu(1~50μg/L);Pb(10~200μg/L);Cd(1~50μg/L).特征譜線（nm）：Cu（324.7），Zn（213.8），Pb（283.3），Cd（228.8）（2）Ca、Mg的測定原理：將試液噴入火焰中，使Ca、Mg原子化，在火焰中形成的基態(tài)原子對特征譜線產生選擇性吸收。有測得的樣品吸光度和標準溶液的吸光度進行比較，確定樣品中被測得元素的波高度。選用422.7nm共振線的吸收測定Ca,用285.2nm共振線的吸收測定鎂。適用于測定地下水，地面水和廢水中的Ca、Mg.最低檢出濃度Ca(0.02mg/L）Mg（0.002mg/L）；測定范圍：Ca（0.1~6.0mg/L），Mg（0.01~0.6mg/L）。水質、硫酸鹽的測定（GB13196-91）使用間接法測定水中可溶性硫酸鹽的火焰原子吸收分光光度法。原理：在水-乙醇的氨性介質中，硫酸鹽與鉻酸鋇懸濁液反應：SO42-+BaCrO4→BaSO4+CrO42-用原子吸收法測定反應釋放出的鉻酸根，即可間接算出硫酸鹽原子吸收分光光度法應用示例：顆粒物中金屬含量的測定（P144~145）塵粒中含有Cu、Pb、Zn、Cd、Fe、Co、Ni等多種金屬元素，由于大部分金屬元素的含量都很低，所以要用靈敏度較高的方法。如極譜陽極溶出伏安法，原子吸收法，發(fā)射光譜法及原子熒光法等，以采用原子吸收法（AAS）做多。如：鈹（AAS，EM），銅，鉛，鋅，Mn、Ni（AAS）；Fe、Cr（AAS），Se、As、Te（AFS）等。使用這種方法首先要把塵樣制備成測定用的試液，然后才能在原子吸收分光光度計進行測定，將塵樣轉變?yōu)樵囈旱倪^程，包括有機物的消解和待測重金屬組分的溶解，具體方法有干式灰化法和濕式分解法。灰化后的試樣再經下圖所示流程處理后測定的含量。所用火焰為空氣-乙炔高燃性黃色火焰，測定波長為359.3nm.光源：鉻空心陰極燈。大氣塵粒中金屬元素的測定。大氣降水中Na,K的測定，原子吸收分光光度法，GB13580.12-92。GB13580.13-93大氣降水中Ca、Mg的測定，原子吸收分光光度法。GB/T15263-94環(huán)境空氣中鉛的測定，火焰原子吸收分光光度法。試樣（塵）濕法分解低溫灰化試樣（塵）濕法分解低溫灰化酸提取熔融分解加熱熔解過濾CuPbZnCdFeCoNiMnCr、Mo原子吸收光譜測定HNO3+H2O2 加熱熔解氬氟酸HCl+H2O2過濾處理硅（SiF4）濾液Na2CO3濾液濃縮熔融 （鉑坩堝）HNO3濃縮HNO3溶解 定容蒸干HNO3定容HNO3（定容）Cr、Mo例1：以3μg/ml的Ca溶液，測得透過率為48%，計算鈣的靈敏度。解：A=lg=lglg=2-1.6812=0.3188S===0.041μg/mL/1%根據元素的靈敏度，可估算最適宜的濃度測量范圍。在原子吸收光譜分析中，吸光度為0.1~0.5時測量準確度較高。在此吸光度時，其濃度約為靈敏度的25~120倍。例2：已知Mg的靈敏度是0.005μg/mL/1%，環(huán)境水樣Mg的含量約為0.01%，其最適合濃度測量范圍為多少？解：最適合濃度測量范圍為：最低0.005×120=0.6μg/mL最高：0.005×120=0.6μg/mL§2原子熒光光譜法2.1概述原子熒光光譜從機理來看應屬于發(fā)射光譜分析，但所用儀器及操作技術與原子吸收光譜法相近。盡管有關原子熒光的基本原理早已為人們所知，但它的分析應用，僅從1964年才開始。主要優(yōu)點：①靈敏度較高，特別是對Zn.Cd等元素的檢測限，分別可達0.5和0.04ppb.由于原子熒光的輻射強度與激發(fā)光源強度成比例關系，采用高強度新光源，可進一步提高原子熒光的靈敏度。目前，已有20多種元素的檢出限優(yōu)于原子吸收光譜法。②譜線較簡單：采用日盲光電信增管和高增益的檢測電路，可制作非色散型原子熒光儀，即不需要昂貴精密的分光計。③可同時進行多元素測定：原子熒光是向各個方向發(fā)射的，便于制作多道儀。④線形范圍寬：在低濃度范圍內，標準曲線可在3-5個數量級內呈直線關系，而原子吸收光譜儀僅有二個數量級。但由于熒光猝滅效應，以致在測定復雜基體的試樣及高含量樣品時，尚有一定困難。此外，散射光的干擾也是原子熒光分析中的一個麻煩問題。因此，原子熒光光譜法在應用方面尚不及原子吸收光譜法和原子發(fā)射光譜法廣泛，但可作為這兩種方法的補充。2.2原理當氣態(tài)基態(tài)原子被具有特征波長的共振線光束照射后，此原子的外層電子吸收輻射能，從基態(tài)或低能態(tài)躍遷到高能態(tài)，大約在10-8S內又躍回基態(tài)或低能態(tài)，同時發(fā)射出與照射光相同或不同波長的光。這種現象稱為原子熒光。這是一種光致發(fā)光（或稱二次發(fā)光），當照射光停止照射后，熒光也不再發(fā)射。各種元素都有特定的原子熒光光譜，故可用于定性分析；而根據原子熒光的強度，進行定量分析，但目前這種方法主要用于痕量元素的定量分析。2.2.1躍遷類型原子熒光有兩大類型；共振熒光和非共振熒光。熒光線的波長與激發(fā)光的波長相同時稱為共振熒光。不同時稱為非共振熒光。在非共振熒光中，熒光線波長大于激發(fā)光波長的稱為斯托克斯熒光，小于激發(fā)光波長的稱為反斯托克斯托克斯熒光。目前，原子熒光的種類已達到14種之多。但在分析應用中的主要有共振熒光，直躍線熒光、階躍線熒光、階躍激發(fā)熒光及敏化熒光等。如下圖所示：共振熒光：是氣態(tài)基態(tài)原子吸收共振線后發(fā)射出與吸收共振線相同波長的光。由于共振躍遷幾率比其它躍遷幾率大得多，因此共振熒光的強度最大。例如：Zn、Ni和Pb可分別吸收和再發(fā)射2138.6?、2320.0?和2833.1?的共振線。直躍線熒光：直躍線熒光是非共振熒光，特點是吸收和發(fā)射過程中的高能級相同。即原子從基態(tài)激發(fā)至高能態(tài)，但不從高能態(tài)躍回到至基態(tài)，而是躍遷至能量高于基態(tài)的亞穩(wěn)態(tài)。例如基態(tài)鉛原子，吸收2833.1?的輻射光后，可發(fā)射波長為4057.8?和7229.0?的直躍線熒光。階躍線熒光：受光照射激發(fā)后的原子，在發(fā)射熒光前，由于碰撞而損失部分能量后，再躍至基態(tài)，并發(fā)射出熒光。很明顯，產生這種熒光的高能級不同，低能級相同。例如:鉛原子吸收2833.1?的照射后，激發(fā)到7S3P1態(tài)，接著以無輻射方式躍至7S3P0態(tài)，然后再輻射3683.5?的熒光。階躍激發(fā)熒光：被光照射激發(fā)后的原子，通過熱激發(fā)至更高的能級，然后躍至低能級，并發(fā)射出熒光，這種熒光稱為階躍激發(fā)熒光。鉻原子吸收3593.5?后，激發(fā)并發(fā)射最強的3578.7?線就是階躍激發(fā)熒光。敏化熒光：敏化熒光產生的機理是首先激發(fā)某種原子（A），使成為激發(fā)態(tài)原子（A*），當激發(fā)態(tài)原子（A*）與另一種原子（B）相碰撞時，將能量轉移給B原子（待測元素），使B原子激發(fā)而產生激發(fā)態(tài)原子（B*），然后（B*）原子去活化而發(fā)射出原子熒光。如下所示：B*B+hB*B+hA*+BA+B*A*A+h例如，用2536.5A的光激發(fā)汞原子，然后激發(fā)態(tài)汞原子與鉈院子碰撞，產生鉈原子的3775.7A和5350.5A的敏化熒光。這類熒光要求A原子濃度很高，因此在火焰原子化器中唯以實現，在非火焰原子化器中才可以得到。非共振熒光，特別是直躍線熒光在分析上很有用處。因為非共振熒光的波長與激發(fā)態(tài)不同，容易消除其影響。測量那些低能級不是基態(tài)的非共振熒光線，還可以克服自吸的影響。2.2.2熒光強度假設激發(fā)光源是穩(wěn)定的，則照射到原子蒸汽上的某頻率入射光強度可近似看成一常量I0.又能設入射光是平行而均勻的光束，由原子化器產生的原子蒸汽可近似地看成理想氣體，自吸可忽略不計，則原子吸收的輻射強度可用下式表示：式中：Ia為被吸收的輻射強度，I0為單位面積上接受的光源強度，A為受光源照射在檢測系統(tǒng)中觀察到的有效面積，l為吸收光程長，N為單位長度內的基態(tài)原子數，ε為峰值吸收系數。熒光強度IF與IA存在以下關系：Ia=I0A[1-e-ε/N熒光強度IF與Ia存在以下關系：IF=IF=I0A[1-e-ε/N]將該式展開，得到：IF=AI0[εlN-+-----]=AI0εlN[1-+------]當原子濃度很低時，ΕLN/2及以后的高次項可忽略，得到：此式表示,熒光強度與原子濃度成正比。在實際工作中，儀器參數和測試條件保持一定，因此可認為原子熒光強度與待測原子濃度成正比，即IF=αC,式中α為一常數。2.2.3量子效率在原子的激發(fā)躍遷過程中，處于激發(fā)態(tài)的原子躍回到低能態(tài)時，可能有三種情況：發(fā)射共振線，發(fā)射非共振線和無輻射馳豫。通常用量子效率Ф來表示這些躍遷過程的可能程度。對于熒光的發(fā)射來說，其量子效率Ф表示熒光光子數與吸收激發(fā)光的光子數之比：Ф=ФF/ФA式中:ФF為單位時間發(fā)射的熒光光子數，ФA為單位時間吸收激發(fā)光的光子數。熒光量子效率一般小于1。2.2.4熒光猝滅在原子熒光發(fā)射過程中，一部分能量變成熱運動或其它形式的能量而損失。這是由于受激原子與其它粒子碰撞所引起的，稱為熒光猝滅，可表示為：A*+BA+B+A*+BA+B+△HA*為受激原子，B為其它粒子，△H為熱能。由此可知，單位時間內猝滅的粒子數，與A*和B兩種粒子的濃度積成正比，即式中為反應速度，K為猝滅常數，猝滅常數與A、B兩種粒子的原子量和猝滅時的作用截面有關，實驗證明，惰性氣體氬、氦的猝滅截面比N2、O2、CO、CO2等氣體小的多。因此，要特別注意原子蒸汽中能引起熒光猝滅的氣體的種類及其濃度，通常用氬氣來稀釋火焰，可以減少猝滅現象。2.3儀器原子熒光光度計有非色散型和色散型兩類。結構示意圖如下所示:單色器單色器檢測器火焰加光器L非色散型原子熒光儀示意圖非色散型原子熒光儀示意圖原子熒光光度計與原子吸收光度計在很多組件上是相同的，如原子化器（火焰和石墨爐），用切光器及交流放大器來消除原子化器中直流發(fā)射訊號的干擾，檢測器均為光電倍增管等。兩種儀器的區(qū)別：光源：在原子熒光光度計中，需要采用高強度光源，如高強度空心陰極燈，無極放電燈，激光，等離子體等。商品儀器多采用前兩種。光路:在原子熒光中，為了檢測熒光訊號，避免待測元素本身發(fā)射的譜線，要求光源，原子化器和檢測器處于直角狀態(tài)，而在原子吸收光度計中，這三者是處于一條直線上。應指出，在非色散原子熒光光度計中，Ф單色器是十分重要的，因為它可將被測元素的譜線與其它可能干擾的譜線分開。檢測器:非色散原子熒光光度計采用日盲光電倍增管，它的光陰極是有Cs-Te材料做成的，對1600-2800?波長的輻射有很多的靈敏度，對大于3200?波長則不靈敏。2.4定量分析方法及應用2.4.1分析方法F∝C，采用標準曲線法進行定量分析。2.4.1應用實例已應用于治愈，石油產品、燃料、化工、地球化學、水質、生物、同位素分析中，下表列出其在各方面的應用示例:原子熒光光譜法分析實例試樣測量元素含量相對標準偏差/%湖水CaMgCoCuFeMnNiZn純水CaMgAgNiMn0.01-1.58-4.820.001μg/mL粗柴油Ni0.04μg/mL5-7肥料CuFeZnMnCaMg5.46-122.5ppm1.0-2.0面粉Hg0.6ng血清CuZn0.03-0.06μg/mL<5尿Pb5μg/mL低合金銅Si0.7μg/mL電解銅Zn0.0003%鎳基合金AsBiPbSeTe1ppm§3熒光及磷光光譜法3.1原理3.1.1熒光和磷光的產生分子熒光是指分子在輻射能（紫外、可見光、紅外光等）的照射下，電子躍遷至單重激發(fā)器，并以無輻射馳豫方式回到第一單重激發(fā)態(tài)的最低振動能級，由此再躍回基態(tài)或基態(tài)中的其它振動能級時所發(fā)出的光。分子磷光是指處于第一最低單重激發(fā)態(tài)的分子以無輻射馳豫方式進入第一最低三重激發(fā)態(tài)，再由三重激發(fā)態(tài)躍遷回至基態(tài)而發(fā)出的光。處于分子基態(tài)單重態(tài)中的電子對，其自旋方向相反，當其中一個電子被激發(fā)時，通常躍遷至第一激發(fā)單重態(tài)軌道上，也可能躍遷至能級更高的單重態(tài)上。這種躍遷是符合光譜選律的。如果躍遷至第一激發(fā)三重態(tài)軌道上，則屬于禁阻躍遷。單重態(tài)與三重態(tài)的區(qū)別在于電子自旋方向不同，及激發(fā)三重態(tài)的能級稍低一些。如圖3-1所示?；鶓B(tài)單重態(tài)基態(tài)單重態(tài)激發(fā)單重態(tài)激發(fā)三重態(tài)圖3-1單重態(tài)及三重態(tài)激發(fā)示意圖圖3-1單重態(tài)及三重態(tài)激發(fā)示意圖由圖可見：在單重激發(fā)態(tài)中，電子的自旋方向仍然和處于基態(tài)軌道的電子配對，而在三重激發(fā)態(tài)中，兩個電子平行自旋。單重態(tài)分子具有抗磁性，其激發(fā)態(tài)的平均壽命大約為10-4～1S以上。常用S和T分別表示單重態(tài)和三重態(tài)。處于激發(fā)態(tài)的電子，通常以輻射躍遷方式或無輻射躍遷方式再回到基態(tài)。輻射躍遷主要涉及到熒光、延遲熒光或磷光的發(fā)射；無輻射躍遷則是指熱的形式輻射其多余的能量，包括振動馳豫（VR），內部轉移（IR），系間竄躍（IX）及外部轉移（EX）等，情況比較復雜。各種躍遷方式發(fā)生的可能性及程度，與熒光物質本身的結構及激發(fā)時的物理和化學環(huán)境等因素有關。激發(fā)能量的傳遞途徑如圖3-2所示。傳遞途徑傳遞途徑熒光返遲熒光磷光振動弛豫內轉移外轉移系間穿躍輻射躍遷無輻射躍遷圖3-2激發(fā)態(tài)能量傳遞途徑圖3-2激發(fā)態(tài)能量傳遞途徑現結合熒光和磷光的產生過程，進一步說明各種能量傳遞方式在其中所起的作用。SS2S0S1內轉移外轉移系間竄躍吸光吸光熒光磷光振動弛豫系間竄躍外轉移內轉移T1圖3-3熒光、磷光能級圖圖3-3熒光、磷光能級圖設處于基態(tài)單重態(tài)的電子吸收波長為λ1和λ2的輻射之后，分別激發(fā)至第二單重態(tài)S2和第一單重態(tài)S1，如圖3-3所示。振動馳豫：指在同一電子能級中，電子由高振動能級轉至低振動能級，而將多余的能量一熱的形式發(fā)出。發(fā)生振動馳豫的時間為10-12s，上圖中各振動能級間的小箭頭表示振動馳豫的情況。內轉移：當兩個電子能級非?？拷灾缕湔駝幽芗売兄丿B時，常發(fā)生電子由高能級以無輻射躍遷方式轉移至低能級。上圖中，處于高激發(fā)單重態(tài)的電子，通過內轉移至振動馳豫，均躍遷回到第一激發(fā)單重態(tài)的最低振動能級。熒光發(fā)射：處于第一激發(fā)單重態(tài)中的電子躍遷回至基態(tài)各振動能級時，將得到最大波長為λ3的熒光。注意基態(tài)中也有振動馳豫躍遷。很明顯，λ3的波長較激發(fā)波長λ1或λ2都長，而且不論電子開始被激發(fā)至什么高能級，最終將只發(fā)射出波長為λ3的熒光。熒光的產生在10-6～10-9s內完成。系間竄躍：指不同多重態(tài)間的無輻射躍遷。例如S1→T1就是一種系間竄躍。通常，發(fā)生系間竄越時，電子由S1的較低震動能級轉移至T1的較高振動能級處。有時，通過熱技法，有可能發(fā)生T1→S1，然后由S1發(fā)生熒光。這是產生延遲熒光的機理。磷光發(fā)射：電子由基態(tài)單重態(tài)激發(fā)至第一激發(fā)三重態(tài)的幾率很小，因為這里禁阻躍遷。但是，由第一激發(fā)單重態(tài)的最低振動能級，有可能以系間竄躍方式轉到第一激發(fā)三重態(tài)，再經過振動馳豫，轉至其最低振動能級，由此激發(fā)態(tài)躍回至基態(tài)時，便發(fā)射磷光。這個躍遷過程（T1→S0）也是自旋禁阻的，其發(fā)光速率較慢，約為10-4～100s。因此，這種躍遷所發(fā)射的光，在光照停止后，仍可持續(xù)一段時間。外轉移：指激發(fā)分子與溶劑分子或其它溶質分子的相互作用及能量轉移，是熒光或磷光強度減弱甚至消失。這一現象稱為“熄滅”或“猝滅”。上圖中的有關波線表示以外轉移方式進行的無輻射躍遷。3.1.2激發(fā)光譜、熒光和磷光光譜熒光和磷光均為光致發(fā)光，因此必須選擇合適的激發(fā)光波長。這可根據它們的激發(fā)光譜曲線來確定。繪制激發(fā)光譜時，固定測量波長為熒光（或磷光）最大發(fā)射波長，然后改變激發(fā)光波長，根據所測得的熒光強度與激發(fā)光波長的關系，即得到激發(fā)光譜曲線。應指出，激發(fā)光譜與其吸收光譜可能相同，但前者是熒光強度與波長的關系曲線，后者則是吸光度與波長的關系曲線，兩者在性質上是不相同的。當然，在激發(fā)光譜的最大波長處，處于激發(fā)態(tài)的分子數目是最多的，這可說明所吸收的光能量也是最多的，自然能產生最強的熒光。如果固定激發(fā)光波長為其最大激發(fā)波長處，然后測定不同波長時所發(fā)射的熒光或磷光強度，即可得到熒光或磷光光譜曲線。圖3-4為萘的激發(fā)光譜、熒光和磷光發(fā)射光譜。圖3-4萘的激發(fā)光譜、熒光和磷光發(fā)射光譜200圖3-4萘的激發(fā)光譜、熒光和磷光發(fā)射光譜200300400500相對強度nmAF在熒光和磷光的產生過程中，由于存在多種形式的無輻射躍遷，損失了一部分能量，故它們的最大發(fā)射波長都向長波方向轉移；尤其磷光波長的移動較多，而且它的強度也相對較弱。3.1.3熒光的影響因素⑴量子產率量子產率（Φ）通常用下式表示：或：也叫熒光效率在產生熒光的過程中，涉及到許多輻射和無輻射躍遷過程，如熒光發(fā)射、內轉移、系間竄躍和外轉移等。顯然，熒光的量子產率，將與這些過程的速率常數有關。若用數學表達式表達這些關系，即：式中：Kf為熒光發(fā)射過程的速率常數，為其它過程的速率常數的總和。一般情況，Kf主要取決于化學結構，而則主要取決于化學環(huán)境，同時也與化學結構有關。磷光的量子產率與此類似。⑵熒光與有機化合物結構的關系①躍遷類型：對越大多數熒光物質來說，熒光產生的過程時光經歷Л→Л*或n→Л*激發(fā)，然后經過振動馳豫或其它無輻射躍遷，再發(fā)生Л*→Л或Л*→n躍遷而得到熒光。Л*→Л躍遷常能發(fā)生較強的熒光（較大的量子產率）。這是由于Л→Л*躍遷具有較大的摩爾吸收系數（一般比n→Л*躍遷大100～1000倍）；其次，Л→Л*躍遷的壽命約為10-7～10-9s，比n→Л*躍遷的壽命10-5～10-7要短。不難看出，在各種躍遷過程的競爭中，Л→Л*是有利于發(fā)射熒光的。此外，在Л*→Л躍遷過程中，通過系間竄躍至三重態(tài)的速率常數也較?。⊿1→T1能級差較大），這也有利于熒光的發(fā)射。總之,Л→Л*躍遷是產生熒光的主要躍遷類型。②共軛效應：容易實現Л→Л*激發(fā)的芳香族化合物容易發(fā)生熒光。能發(fā)生熒光的脂肪族和肪環(huán)族化合物極少（僅少數高度共軛體系化合物除外）。增加體系的共軛度，熒光效率一般也增大，可使熒光增強，主要是由于增大了熒光物質的摩爾吸收系數，有利于產生更多的激發(fā)態(tài)分子，從而有利于熒光的發(fā)生。例如：在多烯結構中，Ph(CH=CH)3Ph和Ph(CH=CH)2Ph在苯中的熒光效率分別為0.68和0.28。③剛性結構和共平面效應：一般情況，熒光物質的剛性和共平面性增加，可是分子與溶劑或其它溶質分子的相互作用見效，即使外轉移能量損失減少，從而有利于熒光的發(fā)射。例如：芴與聯(lián)二苯的熒光效率分別為1.0和0.2。這主要是由于加入了亞甲基使芴的剛性和共平面增大的緣故。④取代基效應：芳香族化合物具有不同取代基時，其熒光強度和熒光光譜都有很大的不同。一般，給電子基團如：-OH、-NH2、-OCH3、-NR2等增強熒光。這是由于產生了P-Л共軛作用，在不同程度上增強了Л電子共軛程度，導致熒光增強。而吸電子基團如-NO2、-COOH等減弱熒光。例如：苯胺和苯酚的熒光較苯強，而硝基苯為非熒光物質。鹵素取代基隨原子序數增加而熒光下降，這可能是由所謂“重原子效應”使系間竄躍速率增加所致。在重原子中，能級之間的交叉現象比較嚴重，因此容易發(fā)生自旋軌道的相互作用，增加由單重態(tài)轉化為三重態(tài)的速度。取代基的空間障礙對熒光也有影響。例如在下列化合物萘換上的δ位引入磺酸基，由于空間障礙使-NH2基或-N(CH3)2基與萘之間的鍵發(fā)生扭轉而離開了平面構型，影響了P-Л共軛作用，削弱了Л電子共軛程度，導致熒光減弱。立體異構現象對熒光強度有顯著的影響，例如1，2-二苯二烯的反式異構體是強熒光物質，而其順式異構體不發(fā)生熒光。此外，熒光物質分子發(fā)生電離之后，其熒光性也隨之發(fā)生變化。例如苯酚離子化后，其熒光消失。但對兩個苯環(huán)相連的化合物，又表現出相反的性能，分子形式無熒光，離子化后顯熒光。例如：α-萘酚⑶金屬鰲合物的熒光除過渡元素的順磁性原字會發(fā)生線狀熒光光譜外，大多數無機鹽類金屬離子，在溶液中只能發(fā)生無輻射躍遷，因而不能產生熒光。但是，在某些情況下，金屬鰲合物卻能產生很強的熒光，并可用于痕量金屬離子的測定。①鰲合物中配位體的發(fā)光：不少有機化合物顯然具有共軛雙鍵，但由于不是剛性結構，分子處于同一平面，因而不發(fā)生熒光。若這些化合物和金屬離子形成鰲合物，隨著分子的剛性增強，平面結構增大，常會發(fā)生熒光。例如2，2′-二羥基偶氮苯本身不發(fā)生熒光，但與Al3+形成反磁性的鰲合物后，便能發(fā)出熒光。又如：8-羥基喹啉本身有很弱的熒光，但其金屬鰲合物具有很強的熒光。這也是由于剛性和其共平面性增加所致。一般說來，能產生這類熒光的金屬離子具有硬酸型結構，如Be、Mg、Al、ZR、Th等。②鰲合物中金屬離子的特征熒光：通常是鰲合物首先通過配位體的Л→Л*躍遷而被激發(fā)，接著配位體把能量轉移給金屬離子，導致或d→d*或f→f*躍遷，最終發(fā)射的是d*→d或f*→f躍遷光譜。例如Cr3+具有d3結構，它與乙二胺等形成鰲合物后，將最終產生d*→d躍遷發(fā)光。二價錳具有d5結構，它與8-強基喹啉-5-磺酸形成鰲合物后，也將產生d*→d躍遷發(fā)光。⑷溶劑的影響：增大溶劑的極性，將使n→Л*躍遷的能量增大，Л→Л*躍遷的能量降低，從而導致熒光增強。在含有重原子的溶劑如碘乙烷和四溴化碳中，也是由于重原子效應，增加系間竄躍速率，使熒光減弱。不難理解，磷光則相應增強。⑸熒光的淬滅熒光分子與溶劑分子或其它溶質分子的相互作用引起熒光強度降低的現象稱為熒光淬滅。這些引起熒光強度降低的物質稱為淬滅劑。引起熒光淬滅的原因很多，機理也很復雜。①碰撞淬滅：是熒光淬滅的主要原因。它是指單重激發(fā)態(tài)的熒光分子M﹡與淬滅劑Q發(fā)生碰撞后，使激發(fā)態(tài)分子以無輻射躍遷方式回到基態(tài)，因而產生淬滅作用。MM*（激發(fā)）（）M+hMM*M+h（發(fā)生熒光）M*M*+QM+Q+熱（淬滅）式中：k1、k2為相應的反應速率常數。很明顯，熒光淬滅程度取決k1、k2的相對大小及淬滅劑的濃度。碰撞淬滅還與溶劑的粘度有關。在粘度大的溶劑中，淬滅作用較小。碰撞淬滅將隨溫度升高而增加。②能量轉移：產生于淬滅劑與處于激發(fā)單重態(tài)的熒光分子作用后，發(fā)生能量轉移，使淬滅劑得到激發(fā)：M﹡+Q→M+Q﹡(淬滅)③氧的淬滅作用：溶液中的溶解氧常對熒光產生淬滅作用，這可能是由于順磁性的氧分子與處于單重激發(fā)態(tài)的熒光物質分子相互作用，促進形成順磁性的三重態(tài)熒光分子，即加速系間竄躍所致。④自熄滅和自吸收：當熒光物質濃度較大時，常會發(fā)生自熄滅現象，使熒光強度降低。這可能是由于激發(fā)態(tài)之間的碰撞引起能量損失。當熒光物質的熒光光譜曲線與吸收光譜曲線重疊時，熒光被溶液中處于基態(tài)的分子吸收，稱為自吸收。3.1.4熒光強度發(fā)射的熒光光強IF應正比于該系統(tǒng)吸收的激發(fā)光的光強，即：式中：I0是入射光強度，I是通過厚度為b的介質后的光強。常數K′取決于熒光效率。根據比耳定律：式中：ε是熒光分子的摩爾吸光系數，b是液槽厚度，c是熒光物質的濃度，將此式展開，即：若εbc<0.05，則可近似地寫成：當I0一定時：由此可見，在低濃度時，熒光強度與物質的濃度呈線性關系。當高濃度時，由于自熄滅和自吸收等原因，使熒光強度與分子濃度不呈線性關系，而產生如下圖所示的曲線。隨著液槽厚度的增加，彎曲情況發(fā)在更低的濃度處。IIFCb=1b=2b=33.2熒光光譜儀（熒光光度計）熒光分析使用的儀器可分為目視、光電、分光三種類型。它們通常均由光源、單色器（濾光片或光柵）、液槽及監(jiān)測器組成。圖3-6為熒光光度劑示意圖。光源光源第一單色器樣品池第二單色器檢測器放大器和記錄器I0FI圖3-6熒光光譜儀示意圖圖3-6熒光光譜儀示意圖由光源發(fā)出的光，經第一單色器（激發(fā)光單色器）后，得到所需要的激發(fā)光波長。設其強度為I0，通過樣品池后，由于一部分光線被熒光物質所吸收，故其透射強度減為I。熒光物質被激發(fā)后，將向四面八方發(fā)射熒光，但為了消除入射光及散射光的影響，熒光的測量應在與激發(fā)光成直角的方向上進行。儀器中的第二單色器稱為熒光單色器。它的作用是消除溶液中可能共存的其它光線的干擾，以獲得所需要的熒光。熒光作用于檢測器上，得到相應的電訊號，經放大后，再用適當的記錄器紀錄。3.2.1光源應具有強度大，適用波長范圍寬兩個特點。常用光源有高壓汞燈和氙弧燈。高壓汞燈的平均壽命約為1500～3000h，熒光分析中常用的是365、405、436nm三條譜線。氙弧燈（氙燈）是連續(xù)光源，發(fā)射光束強度大，可用于200～700nm波長范圍。在300～400nm波段內，光譜強度幾乎相等。此外，高功率連續(xù)可調染料激光光源是一種新型熒光激發(fā)光源。激發(fā)光源的單色性好，強度大。3.2.2濾光片和分光器用濾光片為單色器時，以干涉濾光片的性能最好。它具有半寬度窄，透射率高，經得起強光源的長期照射等優(yōu)點。較精密的熒光光度計均用分光器作單色器。目前，分光器多采用光柵。3.2.3檢測器簡易的熒光劑可采用目視或硒光電池檢測。但一般較精密的熒光光度計均采用光電倍增管或光電子計數器檢測。目前，設計的許多熒光光度計具有不少新的功能。例如，采用雙光束熒光分析裝置，可以提高方法的精度；采用凹面全息光柵的大孔徑異面光學系統(tǒng)，可減少雜散光的影響，并使檢測限達5ppt；采用區(qū)分器裝置，可以識別暗電流而不予紀錄，以減小熒光訊號的噪音等。此外，不少儀器還配有累加、微分、偏振、流動注射和液相色譜連用裝置等，大大擴展了熒光分析的應用范圍。溶劑中雜質的熒光光譜或溶劑的拉曼光譜可能干擾測定。不同溶劑在不同波長的激發(fā)光照射下，其拉曼光的頻率隨激發(fā)光的頻率而變化，但其差值卻保持一定，即拉曼光與激發(fā)光的波長有一定差值。若拉曼光處于熒光波長中，則產生干擾，消除的方法有：①選用高分辨率的儀器②純溶劑的拉曼峰進行測定，然后在熒光光譜中進行矯正。如果采用差示光譜法，則可將樣品光譜與空白溶液的拉曼光譜相減，得到差示光譜。3.3熒光分析方法3.3.1分析方法多采用標準曲線法，即以已知量的標準物質經過和試樣同樣的處理后，配成一系列的標準溶液，測定這些溶液的熒光強度后，用熒光強度對標準溶液濃度繪制標準曲線，然后根據試樣溶液的熒光強度，在標準曲線上求出試樣中熒光物質的含量。3.3.2熒光分析法的靈敏度熒光法的靈敏度比分光光度法高2～4個數量級。這是由于在分光光度法中，被檢測的訊號為A=lg，即當試樣濃度很低時，檢測器所檢測的是兩個較大的訊號（I0及I）的微小差別，這是難以達到準確測量的。然而在熒光光度法中，被檢測的是疊加在很小背景值上的熒光強度，從理論上講，它是容易進行高靈敏、高準確測量的。當然，增強入射光強度或提高熒光訊號的放大倍數，均可降低其檢出限。在分光光度法中，摩爾吸光系數ε的大小可用來表示方法的靈敏度，ε越大，說明該吸光物質的吸光度越大，其測定的靈敏度也越高。在熒光光度法中，靈敏度不僅與該物質激發(fā)時的ε有關，而且也與熒光發(fā)射時的量子效率有關。熒光光度法的絕對靈敏度，可定義為ε的乘積。ε的單位為μg?cm2,ε值越大，顯然得到的熒光強度也越大，測定的靈敏度也越高。在實際工作中，當用熒光分光光度計進行測量時，通常只有熒光最大發(fā)射波長附近很窄波段的熒光被檢測，設此時熒光發(fā)射光譜的半峰寬度為H，則熒光光度法的絕對靈敏度通常定義為ε/H。式中H的單位為μm-1。一般情況下，多采用相對靈敏度來表示。相對靈敏度是以喹啉硫酸氫鹽的0.05mol/L的硫酸溶液為標準，并定為1，然后與相同濃度熒光物質的熒光強度進行比較，即可求得該物質的相對靈敏度。3.4熒光光譜法在環(huán)境監(jiān)測中的應用3.4.1大氣SO2中的測定紫外熒光法測定大氣中的SO2，具有選擇性好、不消耗化學試劑、適用于連續(xù)自動監(jiān)測等特點，已被世界衛(wèi)生組織在全球監(jiān)測系統(tǒng)中采用。目前廣泛用于大氣環(huán)境地面自動監(jiān)測系統(tǒng)中。用波長190～230nm紫外光照射大氣樣品，則SO2吸收紫外光被激發(fā)至激發(fā)態(tài)，即：SO2+hγ1→SO2＊，激發(fā)態(tài)SO2＊不穩(wěn)定，瞬間返回基態(tài)，發(fā)射出波峰為330nm的熒光，即：SO2＊→SO2+hγ2，發(fā)射熒光強度和SO2濃度成正比，用光電倍增管及電子測量系統(tǒng)測量熒光強度，即可得知大氣中SO2的濃度。主要干擾物質是水分和芳香烴化合物。SO2可溶于水造成損失，另一方面由于SO2遇水產生熒光淬滅而造成負誤差，可用半透膜滲透法或反應室加熱法除去水的干擾。芳香烴化合物在190～230nm紫外光激發(fā)下也能發(fā)射熒光造成正誤差，可用裝有特殊吸附劑的過濾器預先除去。紫外熒光SO2監(jiān)測儀由氣路系統(tǒng)及熒光計兩部分組成（如下圖示）。大氣試樣經降塵過濾器后通過采樣閥進入滲透膜除水器、除烴器到達熒光反應室，反映后的干燥氣體經流量計測定流量后排出。氣樣流速為1.5L/min。圖3-8SO2圖3-8SO2熒光監(jiān)測儀示意圖12510436897111.光源2.透鏡3.反應室4.透鏡5.激發(fā)光濾光片6.發(fā)射光濾光片7.光電倍增管8.放大器9.指示表10.抽氣泵11.氣樣3.4.2空氣中苯并（α）芘的測定乙酰化濾紙層析—熒光分光光度法將采集在玻璃纖維濾膜上的顆粒物中的BaP及一切有機溶劑可溶物，用環(huán)己烷在水浴上以孛氏提取器連續(xù)加熱提取后，進行濃縮。用乙酰化濾紙層析分離。BaP斑點用丙酮洗脫后，以熒光分光光度法定量測定。當采樣體積為40m3時，最低檢出濃度為2×10-5μg/m3醋酸纖維素薄層層析—熒光分光光度法采集在玻璃纖維濾紙上飄塵中的BaP，用充氧升華法或連續(xù)提取法提取，再經醋酸纖維素薄層層析法分離，分離出的BaP斑點，用苯洗脫，以熒光分光光度法定量測定。檢出限：10-4mg/L；特點：設備簡單，操作容易、易于掌握和推廣、干擾少、靈敏度高、重現性好、速度較快。3.4.3水環(huán)境中苯并(α)芘[BaP]的測定苯并(α)芘是一種由五個苯環(huán)構成的多環(huán)芳烴化合物，分子式為C20H12，分子量為252。它是一種有代表性的強致癌物質。由于它對人體的嚴重危害，環(huán)境中存在的苯并(α)芘引起各國的高度重視，被列為環(huán)境污染致癌物質監(jiān)測工作中的常規(guī)項目之一。我國生活飲水衛(wèi)生標準中規(guī)定它的含量不得超過0.01μg/L。水中的苯并(α)芘主要來自于淋洗大氣的雨水、工業(yè)排污及船舶油污等，尤其以焦化、煉油、瀝青、塑料等工業(yè)廢水中的苯并(α)芘含量較高。層析—熒光分光光度法（GB11895-89）遠離：水中多環(huán)芳烴及環(huán)己烷可溶物經環(huán)己烷萃?。ㄋ畼颖仨毘浞謸u勻），萃取液用無水硫酸鈉脫水、濃縮，然后經乙?；癁V紙分離。分離后的B(a)P用熒光分光光度計測定。試劑：苯并(a)標準溶液，環(huán)己烷，丙酮，甲醇，乙醚，苯（），以酸酐，硫酸，無水硫酸鈉，二甲基亞砜（DMSO）。儀器：備有紫外激發(fā)的熒光分光光度計，10mm石英比色皿。乙?；癁V紙的設備：把15×30cm的層析濾紙15至20張卷成高15cm的圓筒狀，逐張放入1000ml高型燒杯中，杯壁與靠杯的第一張紙間插入一根玻璃棒，杯中間放一枚玻璃熔封的電磁攪拌鐵芯。在通風柜中，沿杯壁慢慢倒入乙?；噭ㄓ杀?乙酸酐+濃硫酸=750ml+250ml+0.5ml混合配制成），磁力恒溫攪拌器的溫度保持55±1℃測定步驟：（1）樣品和標樣的預處理：取500ml均勻水樣，用50ml環(huán)己烷萃取兩次，合并環(huán)己烷萃取液。用無水硫酸鈉干燥后用K-D濃縮器于70～75℃水浴上濃縮至體積約0.05ml，以備紙層析用。用乙?；癁V紙以甲醇+乙醚+純水（4+4+1）為展開劑進行層析。剪下與標準苯并(α)芘高度相同的斑點，用丙酮溶解，離心，上清液備用。（2）樣品測定：將標準苯并(α)芘斑點和樣品斑點的丙酮洗脫液分別倒入10mm的石英皿中，在激發(fā)、發(fā)射狹縫分別為10nm和2nm，激發(fā)波長為367nm處，測其發(fā)射波長402、405和408nm處的相對熒光強度（F402、F405和F408）。結果計算：，式中：C—水樣B(a)P含量，μg/L；M—標準B(a)P點樣量，μg；F標準—標準B(a)P的相對熒光強度；F樣品—樣品斑點的相對熒光強度；V—水樣體積，L；R—環(huán)己烷提取液總體積與濃縮時所取的環(huán)己烷提取液的體積比值。3.4.4水質中硒的測定—2,3二氨基萘熒光法（GB11902-89）原理：2,3-二氨基萘在Ph1.5～2.0溶液中，選擇性地與四價硒離子反應生成4,5-苯并苤硒腦（4,5-benzonpiaselenol）綠色熒光物質，被環(huán)己烷萃取。所產生的熒光強度與四價硒含量成正比。水樣經硝酸—高氯酸混合酸液消解，將四價以下的無機和有機硒氧化為四價硒，再經鹽酸消解將六價硒還原為四價硒，然后測定總硒含量。3.5磷光分析法3.5.1原理（1）磷光發(fā)射：電子由基態(tài)單重態(tài)激發(fā)至第一激發(fā)三重態(tài)的幾率很小，因為這是禁阻躍遷。但是，由第一激發(fā)單重態(tài)的最低震動能級，有可能以系間躥躍方式轉至第一激發(fā)三重態(tài)，再經過振動弛豫，轉至其最低振動能級，由此激發(fā)態(tài)躍回到基態(tài)時，便發(fā)射磷光。這個躍遷過程（T1→S0）也是自施禁阻的，其發(fā)光速率較慢，約為10-4～100s。因此，這種躍遷所發(fā)射的光，在光照停止后，仍可持續(xù)一段時間。（2）增強磷光的措施：由于磷光的產生涉及到激發(fā)單重態(tài)經系間躥躍轉至激發(fā)三重態(tài)（S1→T1）和由激發(fā)三重態(tài)經禁阻躍遷回到基態(tài)，在動力學上處于不利的情況，所以很容易受其它輻射或無輻射躍遷的干擾而使磷光強度減弱，甚至完全消失。因此，為了獲取較強的磷光，可采用下列一些措施。（1）增加試樣的剛性：這種方法可減小質點間的碰撞幾率，以減小無輻射躍遷。低溫磷光就是基于這一原理建立起來的。通常，將被分析試樣的乙醚或異戊醇溶液置于液氮中（亦有采用二乙醚、異戊烷和乙醇按5﹕5﹕2混合稱為EPA混合溶劑），讓其冷凍至玻璃狀后，即可進行磷光測定。（2）固體磷光法：將被分析物直接固定在固體載體上，將任何液體溶劑除去后進行斑點磷光測定。吸附有機化合物的固體載體有：濾紙、硅膠、氧化鋁、硅橡膠、石棉、玻璃纖維、醋酸鉀、溴化鉀、纖維素、蔗糖、淀粉等。理想的載體應是既能將分析物質牢固地束縛在表面或基體中以增強磷光強度，本身又不產生背景干擾。常用的是濾紙和纖維素色層紙。（3）分子締合物的形成：在試液中，表面活性劑與被測定物質形成膠束締合物后，可增強其剛性，減小因碰撞而引起的能量損失。例如在十二烷基硫酸鹽和重原子存在下，可測定10-6～10-7mol的萘、芘和聯(lián)苯，精密度達6%。又如環(huán)糊精室溫磷光法，也是基于形成剛性較好的締合物。環(huán)糊精是有幾個葡萄糖實體所組成。這些葡萄糖分子偶聯(lián)形成一個剛性的圓錐體結構，其中含有特定的體積的憎水空腔。其他物質只要分子大小合適，便很容易取代空腔中的水而形成穩(wěn)定的包含絡合物。這種絡合物具有空間選擇性。在重原子溶劑1,2-二溴乙烷存在下，通過形成環(huán)糊精—磷光團-二溴乙烷絡合物，可產生很強的室溫磷光。方法靈敏度很高，菲和芘的檢測限分別為5×10-13mol/L和1×10-11mol/L。選擇性好，對氧不大敏感，光譜振動帶的分辨率比膠束穩(wěn)定室溫磷光法好。（4）重原子效應：在含有重原子的溶劑如碘乙烷和溴乙烷中，有利于系間躥躍這種方式，因而有利于S1→T1躍遷，使磷光得到增強。（5）敏化磷光:這種磷光產生的機理有所不同，且情況比較復雜。分析物質被激發(fā)后，并不發(fā)射熒光，而是經過系間竄躍，轉至第一激發(fā)三重態(tài)（T1）。此時，當有能量受體存在時，便發(fā)生分析物質的激發(fā)三重態(tài)T1將能量轉移至受體的激發(fā)三重態(tài)T1，，然后當受體從T1，躍回至基態(tài)S’0時，便產生磷光。這一過程的能量轉移情況如下圖所示。SS1S0S0'T1'S1T1能量受體由圖3-9見，在這種方法中，分析物質本身并不發(fā)磷光，而是引發(fā)受體發(fā)磷光。利用這種方法，可測定10-9mol/L的可卡因。此外，與間接熒光法一樣，也可以利用磷光猝滅效應，用見解磷光法測定某些物質。3.5.2磷光分析儀器通常，磷光儀與熒光儀相似，而且在熒光分光光度計中，可以配上磷光分析附件。磷光光度計由光源、激發(fā)光單色器、液槽、發(fā)射光單色器、檢測器等組成，它與熒光計的主要區(qū)別：（1）液槽：為了在低溫下測定磷光，盛試樣溶液的石英液槽需放置在盛液氮的石英杜瓦瓶內。（2）斬波片：由于發(fā)生磷光的物質常伴隨有熒光產生，為了區(qū)別磷光和熒光，在激發(fā)光單色器和液槽之間以及在液槽和發(fā)射光單色器之間各裝一個斬波片，并由一個同步電動機帶動。這兩個斬波片可調節(jié)為同相或異相。同相時，磷光和熒光一起進入發(fā)射光單色器，測到的是磷光和熒光的總強度。當斬波片調節(jié)為異相時，激發(fā)光被遮斷。此時，由于熒光的壽命短，立即消失，而磷光壽命長，所以測到的僅為磷光。利用斬波片，不僅可分別測出熒光和磷光，而且可以通過調節(jié)兩個斬波片的轉速，測出不同壽命的磷光。這種具有時間分辨功能的裝置，是磷光光度計的一個特點。美國P-E公司生產的LS-5和LS-3型分光光度計可用于測定熒光、磷光、化學發(fā)光和生物發(fā)光。3.5.3分析方法一般多采用標準曲線法，即用已知量的標準物質，經過和試樣同樣的處理后，配成一系列的標準溶液。測定這些溶液的磷光強度后，以磷光強度對標準溶液