在測量溶液的熒光強度時,通常應注意溶劑的散射光(瑞利散射和拉曼散射)、膠粒的散射光(丁鐸爾效應)以及容器表面的散射光的影響問題。上述幾種散射光除拉曼散射外均具有與激發光相同的波長。拉曼散射光的波長與激發波長不同,通常要比激發波長稍長一些,且隨激發波長的改變而改變,但與激發波長維持一定的頻率差。散射光的干擾常是提高熒光靈敏度的主要限制因素,因而實際工作中要注意加以克服。選擇適當的激發波長和測定波長,可以大大降低或排除散射光的影響。在測量微弱的熒光強度時,常要加大狹縫寬度以獲得足夠的熒光強度測量值,但狹縫加大后散射光的影響也將加大,因而實際測定時應選擇合適的狹縫寬度。通過空白測定,亦可對散射光的影響進行校正。
下面分別介紹各種環境因素對熒光光譜和熒光強度的影響及其相應的解決辦法。
雖然物質產生熒光的能力主要取決于其分子結構,然而環境因素尤其是介質對分子熒光可能產生強烈的影響。了解和利用環境因素的影響,有助于尋求提高熒光分析法的靈敏度和選擇性的途徑。
⑴溶劑性質的影響
同一熒光體在不同的溶劑中,其熒光光譜的位置和強度可能發生顯著地變化。由于溶液中溶質與溶劑分子之間存在著靜電相互作用,而溶質分子的基態與激發態又具有不同的電子分布,從而具有不同的偶極矩和極化率,導致基態和激發態兩者與溶劑分子之間的相互作用程度不同,這對熒光的光譜位置和強度有很大影響。很多熒光體,尤其是那些在芳環上含有極性取代基的熒光體,它們的熒光光譜易受溶劑的影響。溶劑的影響可分為一般的溶劑效應和特殊的溶劑效應,前者指的是溶劑的折射率和介電常數的影響,后者指的是熒光體和溶劑分子間的特殊化學作用,如形成氫鍵和配合作用。一般的溶劑效應是普遍存在的,而特殊的溶劑效應則決定于溶劑和熒光體的化學結構。特殊的溶劑效應所引起的熒光光譜的移動值往往大于一般的溶劑效應所引起的。除了一般的和特殊的溶劑效應外,某些熒光體由于自身所具有的化學結構,可能因為溶劑極性的改變而形成分子內電荷轉移態和扭轉的分子內電荷轉移態。因此,在做熒光測試時我們應選擇合適的溶劑。
⑵介質酸堿性的影響[29-32]
如果熒光物質是一種有機酸或弱堿,該弱酸和弱堿的分子及其相應的離子,可視為兩種不同的型體,各具有不同的熒光特性(如不同的熒光光譜、熒光量子產率或熒光壽命),溶液的酸堿性變化將使熒光物質的兩種不同型體的比例發生變化,從而對熒光光譜的形狀和強度產生很大的影響。可通過調節溶液的PH值以產生某種所要求的型體,該型體的熒光光譜移動后可與干擾組分的熒光光譜分離開來,達到提高選擇性的目的。
⑶溫度的影響
溫度對于溶液的熒光強度有著顯著的影響。通常,隨著溫度的降低,溶液的熒光量子產率和熒光強度將增大。在進行熒光測定時,由于熒光計光源的溫度相當高,容易引起測定溶液的溫度上升,加上分析過程中室溫可能發生變化,從而導致熒光強度的變化,因而樣品室四周的溫度在測定過程中應盡可能保持恒定。
⑷重原子效應 有一類溶劑效應,可能影響到溶質的熒光強度和磷光強度,但對躍遷的頻率沒有可覺察的影響。這一類溶劑效應,既不是由于溶劑的極性,也不是由于溶劑的氫鍵性質所引起的,而是由于溶劑分子中含有高原子序的原子所造成的。這種效應就是通常所說的“外重原子效應”。芳族化合物分子中的重原子取代基團,同樣會引起熒光強度減弱、磷光強度增強的現象,這類重原子效應通常稱為“內重原子效應”。
⑸有序介質的影響
表面活性劑或環糊精溶液這樣的有序介質,對發光分子的發光特性有著顯著的影響,在發光分析中得到了廣泛的應用。表面活性劑一般是非光活性物質,毒性小,價格便宜,使用方便,其膠束溶液光學上透明、穩定,對發光物質具有增溶、增敏和增穩得作用,實踐證明是提高發光分析法靈敏度和選擇性的有效途徑之一。環糊精類化合物的特點是分子結構中存在一個親水的外緣和一個疏水的空腔,其疏水的空腔能與許多有機物結合形成主客體包和物,這一結構特點是它們獲得廣泛應用的基礎。某些熒光物質分子,它們對于環糊精的疏水空腔有更大的親和力,如果分子的尺寸大小合適,便能夠與環糊精分子結合形成包和物而進入環糊精的腔體。這樣的包和物是穩定的,而且能夠增強熒光強度。
⑹其他溶質的影響 有機分子的熒光,不僅受到溶劑效應的影響,也會因為與其他溶質的相互作用而受到影響。例如芳族配位體與金屬離子發生配位作用之后對配位體的熒光光譜和強度的影響,另外,熒光體還可能與其他溶質發生化學反應、能量轉移、電荷轉移或碰撞作用等過程而導致熒光體的熒光猝滅現象。