第四节　环境因素对荧光光谱和荧光强度的影响

虽然物质产生荧光的能力主要取决于分子结构，然而环境因素，尤其是介质对分子荧光可能产生强烈影响。了解和利用环境因素的影响，有助于寻求荧光分析提高灵敏度和选择性的途径。

一、溶剂性质的影响

同一种荧光物质在不同的溶剂中，其荧光光谱的位置和荧光强度都有一定差异。溶剂的影响主要与溶剂的极性、黏度、纯度有关。例如，许多共轭芳香族化合物激发时产生π→π*跃迁，其激发态比基态具有更大的极性，随着溶剂极性的增大，激发态能量的降低程度比基态大，结果使荧光光谱随溶剂的极性增大而向长波方向移动。见图8-4。

另外，某些荧光物质与溶剂分子之间形成氢键或配位键，使荧光峰的波长和荧光强度发生变化。

二、溶液pH的影响

溶液体系的酸度对荧光强度的影响主要表现在下列几个方面：

1.影响荧光物质的存在形式

荧光物质本身是弱酸或弱碱时，在不同酸度条件下分子和离子间的平衡发生改变，造成存在形式不同，而不同的结构型体具有其特定的荧光光谱和荧光效率。例如苯胺，分子和离子间的平衡如下：

苯胺在pH为7～12的溶液中主要以分子形式存在，—NH₂为提高荧光效率的取代基，此时苯胺可产生蓝色荧光，而pH＜2和pH＞13的溶液中苯胺为离子形式，无荧光产生。

2.影响荧光配合物的组成和形式

溶液酸碱性的改变将影响金属离子与有机试剂生成配合物的稳定性和组成，从而影响物质的荧光性质。例如，Ga3+离子测定，Ga3+与2，2-二羟基偶氮苯在pH为3～4的溶液中形成1∶1配合物，产生荧光。而在pH6～7的溶液中则形成1∶2的配合物，不产生荧光。荧光物质的荧光光谱、荧光效率及荧光强度随溶液pH的变化而变化。为提高实验结果的灵敏度和准确度，在测定过程中应严格控制溶液的pH。

三、溶液温度的影响

溶液的温度对物质的荧光强度影响很大，随着温度的升高，荧光物质的荧光效率和荧光强度减小。其主要原因是荧光分子内部能量的转化作用，温度升高增快了振动弛豫而丧失了能量。其次是温度升高时，介质黏度减小，分子运动加快，分子间碰撞概率增加，增加了分子的无辐射跃迁，降低了荧光效率。另外，有些荧光物质在较高温度下会发生光分解，导致荧光效率降低。降低温度有利于提高荧光效率，因此，低温荧光分析技术已成为荧光分析的一个重要手段。

四、其他因素的影响

表面活性剂对发光分子的发光特性有着显著的影响，可增强发光分子的荧光强度，在荧光分析中广泛应用。表8-4是某些已在分析中使用的典型表面活性剂。

在低浓度的水溶液中，表面活性剂分子绝大部分被分散为单体，也有少数的二聚体或三聚体等形式存在。当表面活性剂的浓度达到临界胶束浓度（CMC）时，表面活性剂分子便会动态地缔合形成聚集体，称为胶束。胶束通常很小，直径为3～6nm，以致胶束溶液在宏观上近似于真溶液，在常规的光谱测定法中并不引起可测量的光散射误差。胶束溶液透明、稳定，对荧光测定有增溶、增敏、增稳等作用，因而被作为提高荧光测定灵敏度和选择性的有效途径。

对难溶于水而极性较小的荧光物质，在胶束水溶液体系中可增加溶解度，从而得以测定。并且不使用有机溶剂萃取步骤，既简化了操作，又避免了有机溶剂的毒性。

胶束溶液在发光分析中可增强发光分子的荧光强度，提高测定灵敏度。在胶束溶液中，荧光分子被分散进入胶束的内核或栏栅部位，或者被束缚在胶束-水界面，这既降低了荧光分子活动的自由度又屏蔽了荧光分子；降低了荧光分子与溶剂分子或其他溶质分子的碰撞猝灭作用和无辐射衰变过程的速率。这样就提高了荧光的量子效率，增大荧光强度。并且金属离子在胶束溶液中形成荧光配合物的过程中，表面活性剂也进一步参与组成高次的配合物，从而使配合物分子的有效吸光截面积增大，摩尔吸光系数增大，导致荧光强度增大，最终提高荧光分析的灵敏度。

对于不发荧光或荧光量子产率很低而不能直接进行荧光测定的化合物，要在测定之前通过荧光衍生反应转化为发荧光的型体。但是，许多这样的衍生反应速率太慢而缺乏实用价值。如果选择适当的表面活性剂，则有可能加速所要求的衍生反应，从而使这类化合物的荧光测定成为可能。

表面活性剂的胶束溶液还可以减小干扰离子的影响。一般来说，阴离子胶束有利于防止阴离子干扰。阳离子胶束有利于防止阳离子干扰。而非离子胶束有防止来自阴、阳离子的干扰作用。

总之，利用表面活性剂的胶束增敏作用进行荧光分析，除了可提高分析灵敏度，还可改善分析条件，拓宽分析领域。

另一种应用于荧光分析的是环糊精。环糊精系淀粉经酶解环合后得到的由六个以上葡萄糖连结而成的环状低聚化合物，目前发现有含6～12个葡萄糖单元的多种环糊精，最常见的是由6、7和8个葡萄糖单元组成的α-β-和γ-环糊精，其中β-环糊精的应用最广。近年来，随着对β-环糊精研究的深入，开发了一系列β-环糊精的衍生物，以改善β-环糊精的性能，扩大它的应用范围。

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，疏水的空腔能与许多有机物结合形成主客体包合物，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，当分子的尺寸大小合适时，便能够与环糊精分子结合形成包合物而进入环糊精的腔体。这样形成的包合物具有很强的稳定性，同时亦能使荧光强度增大。

有机物的荧光现象，除了受溶剂效应的影响之外，也会因为与其他溶质的相互作用而受到影响。

例如有非过渡金属离子（如Zn2+、Cd2+、Al3+以及Ga2+等）存在的荧光体系中，金属离子与芳香族配位体的配位作用，在配位体的配位位置上产生了正极化作用，由这些金属离子的配位作用所产生的光谱移动，与配位体在配位位置上的质子化作用所产生的光谱移动相类似。例如：8-羟基喹啉乙醇溶液是无色的，发蓝色荧光；但当在8-羟基喹啉的乙醇溶液中加入氢离子或非过渡金属离子时，溶液变为黄色，发出绿色荧光。并且有光谱向长波方向移动的现象。

许多过渡金属离子与芳香族配位体配位后，往往导致配位体发光的静态猝灭。至于荧光体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，请参见本章第五节。

（李珊）