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X射线荧光分析的基来源根基理之答禄夫天创作1. 绪论物质是由各种元素依照分歧的构成方式构成的。
各种元素的原子是由原子核和一定数目的核外电子构成。
分歧元素的原子，原子核中质子和中子的数量分歧，核外电子数也分歧，具有分歧的原子结构。
核外电子的能量也各不相同，这些能量分歧的原子按能量大小分层排列，离原子核最近的电子层称为K电子层，其外依次为L,M,N,O…层。
K层上的电子能量最低，由里向外，电子的能量逐渐升高。
原子在未接受足够的能量时，处于基态，即稳定状态，此时，K层最多容纳2个电子，L层最多容纳8个电子，M层最多容纳18个电子……。
当使用高能射线（如X射线）照射物质时，物质中的原子的内层电子被高能射线逐出原子之外，在内层电子层上即出现一个“空穴”。
具有较高能量的外层电子立即弥补这一“空穴”而发生跃迁。
发生跃迁的电子将多余的能量（两个电子层能量之差）释放出来。
释放出来的能量以电磁波的形式向四周发射，其波长恰好在X射线的波长范围内（0.001～10nm）。
为了与照射物质的X射线（初级X射线）相区别，将被照射物质发出的X射线（二次X射线）称为荧光X射线（荧光即光致发光之意）。
对于K层电子而言，L层电子向K层电子跃迁时放射出的荧光X射线称为Kα谱线，M层电子向K层电子跃迁时放射出的荧光X射线称为Kβ谱线，其他层的电子发生跃迁时的情况依此类推（如图1.1所示）。
利用被测物质发出的荧光X射线进行物质化学成分的定性分析或定量分析，称为X射线荧光光谱分析。
在形成的线系中，各谱线的相对强度是分歧的，这是由于跃迁几率分歧。
对K层电子而言,特定元素的荧光X射线Kα>Kβ,对于同一种元素而言，强谱线只有1-2条,特征谱线比较简单，易于分析，光谱干扰小。
2. X射线与固体之间的相互作用X射线照射在固体概况上，主要会发生吸收和散射两种效应。
固体物质可以吸收一部分射线，并可以使X射线在固体概况发生散射，使X射线的强度衰减。
荧光物质发光原理
荧光物质发光原理是指当某些物质受到激发能量后，能够吸收能量并在一定条
件下发出可见光的现象。
荧光物质是一种特殊的物质，它们在受到激发后能够发出特定波长的光，这一现象被称为荧光发光。
荧光物质的发光原理是通过激发态和基态之间的能量转换来实现的。
首先，当荧光物质受到外部能量激发时，其电子会跃迁至一个较高的能级，形
成激发态。
这个激发态的存在是短暂的，因为电子会很快返回到基态。
在电子返回到基态的过程中，它会释放出能量，这些能量以光的形式发射出来，形成荧光发光。
荧光物质发光的原理可以通过量子力学来解释。
在量子力学中，电子的能级是
离散的，即电子只能在特定的能级上存在。
当荧光物质受到激发能量时，电子会跃迁至一个高能级，形成激发态。
然后，电子会很快返回到低能级，释放出能量。
这个能量的差值对应着特定的波长，因此荧光物质会发出特定波长的光。
荧光物质发光原理的应用非常广泛。
在日常生活中，荧光物质被广泛应用于荧
光灯、荧光笔、荧光涂料等产品中。
在科学研究和工业生产中，荧光物质也扮演着重要的角色，例如在荧光显微镜、标记技术、荧光染料等领域都有着重要的应用。
总的来说，荧光物质发光原理是一种特殊的能量转换现象，它通过电子的跃迁
和能级之间的能量差来实现。
荧光物质发光原理不仅在科学研究和工业生产中有着重要的应用，而且也给我们的日常生活带来了诸多便利。
对于荧光物质发光原理的深入研究，不仅有助于我们更好地理解自然界的现象，而且也为新材料的研发和应用提供了重要的理论基础。
荧光产生原理
荧光产生原理是指物质在受到激发后，能够发出荧光的过程。
荧光产生原理是由于物质受到外部能量激发后，电子跃迁到激发态，再从激发态返回基态时释放出能量的过程。
下面我们将详细介绍荧
光产生原理的相关知识。
首先，荧光产生的基本过程是激发态的电子从高能级跃迁到低
能级的基态，释放出能量。
这个过程中，激发态的电子会停留一段
时间，称为寿命。
在这个寿命期间，电子会释放出光子，产生荧光。
这种发光的特性是荧光产生原理的核心。
其次，荧光产生的原理与分子结构密切相关。
不同的分子结构
会影响激发态和基态之间的跃迁能级差，从而影响荧光产生的波长
和强度。
一般来说，含有芳香环的化合物更容易产生荧光，因为芳
香环的共轭结构能够降低能级差，促进电子跃迁。
此外，荧光产生还受到溶剂的影响。
溶剂的极性和粘度会影响
分子的振动和旋转，从而影响激发态和基态之间的跃迁速率。
一般
来说，极性溶剂会增加分子的振动和旋转，降低激发态的寿命，加
快荧光发射过程。
最后，荧光产生原理还受到温度的影响。
温度的升高会增加分子的振动和旋转速率，从而影响激发态和基态之间的跃迁速率。
一般来说，温度的升高会减少激发态的寿命，加快荧光发射过程。
总的来说，荧光产生原理是一个复杂的过程，受到多种因素的影响。
通过深入研究荧光产生原理，我们可以更好地理解荧光现象的本质，为荧光材料的设计和应用提供理论基础。
希望本文对荧光产生原理有所帮助，谢谢阅读。
荧光产生的机理:（荧光产生对象:可以是原子也可以是分子）光进入某种物质后一部分能量被吸收，光能转移给分子，一部分结构的分子只吸收一定波长的辐射，分子吸收电磁波，从最低激发态重新发射紫外线或可见光。
荧光是指光致发光，荧光物质吸收外界高能光辐射（如紫外、X射线、日光短波段）后，导致内部电子能级跃迁，重新释放出低能长波光，既为荧光。
由于吸收光子与释放光子能量有差异，某些情况下，外界高能光辐射停止后,释放低能长波光过程仍会持续一段时间。
荧光技术用于研究生物医学样品的主要参数：荧光强度（发射荧光的强弱）、量子产率（发射光子数或吸收光子数）、荧光偏振度、荧光寿命（衰减为原来激发时最大光强都的1/e所需要的时间）荧光偏振的意义是什么？1//二1丄，P二0,自然光，荧光分子运动很快，取向随机。
（稀溶液中的荧光分子）I//或I丄为0 , P二±1,平面偏振光，荧光分子运动很慢或取向有序的悄况。
I//HI丄H 0 ,0<P<l,生物大分子的荧光属于这种情况。
荧光技术的应用：采用荧光标记的链终止剂所得到的DNA测序图,DNA探测:澳化乙唳是一种荧光染料，当它在溶液中自山改变构型时，只能发出很弱的荧光；当它嵌入核酸双链的碱基对之间与DYA分子结合后，便可以发出很强的荧光。
荧光探针、物质检测、物质分析（DNA、蛋白质）、检测分子间的结合程度、大分子内基团间或分子间距离的测定、膜生物物理研究物质的定性:不同的荧光物质有不同的激发光谱和发射光谱，因此可用荧光进行物质的鉴别。
与吸收光谱法相比,荧光法具有更高的选择性。
荧光的激发光谱、发射光谱、量子产率和荧光寿命等参数不仅和分子内荧光发色基团的本身结构有关，而且还强烈地依赖于发色团周用的环境，即对周用环境十分敬感。
利用此特点可通过测定上述有关荧光参数的变化来研究荧光发色团所在部位的微环境的特征及其变化。
在此研究中，除了利用生物大分子本身具有的荧光发色团（如色氨酸、酪氨酸、鸟昔酸等，此类荧光称为内源荧光）以外，可将一些特殊的荧光染料分子共价地结合或吸附在生物大分子的某一部位，通过测定该染料分子的荧光特性变化来研究生物大分子,这种染料分子被称为“荧光探针”，它们发出的荧光一般称为外源荧光。
荧光实验原理荧光实验是一种常见的化学实验，通过激发物质产生荧光现象，展示了物质在特定条件下的发光特性。
荧光实验原理涉及到激发光源、荧光物质和观察装置等多个方面，下面将详细介绍荧光实验的原理及相关知识。
首先，荧光实验的原理基于激发物质后发生的光谱现象。
当激发光源照射到荧光物质上时，荧光物质中的电子受到能量激发，跃迁到高能级。
在电子跃迁回基态的过程中，会释放出能量，产生荧光现象。
这种荧光现象的颜色和强度与荧光物质的种类和结构有关，因此可以通过观察荧光的颜色和强度来判断荧光物质的性质。
其次，荧光实验需要使用适当的激发光源。
通常情况下，紫外光或蓝光是常用的激发光源，因为这些波长的光能量较高，能够有效地激发荧光物质中的电子。
选择合适的激发光源对于观察荧光现象至关重要，不同的荧光物质对激发光源的波长和强度有不同的要求，需要根据具体实验情况进行选择。
另外，观察装置也是荧光实验中的重要组成部分。
为了观察荧光现象，通常需要使用荧光显微镜或荧光光谱仪等专门的观察装置。
荧光显微镜能够放大荧光物质的细微结构，使荧光现象更加清晰可见；而荧光光谱仪则能够测量荧光物质发出的光谱特性，包括荧光的波长、强度等参数，为进一步研究提供了重要的数据支持。
总的来说，荧光实验的原理涉及到激发光源、荧光物质和观察装置等多个方面。
通过合理选择激发光源、观察装置以及荧光物质，可以展示出不同的荧光现象，丰富了化学实验的内容，也为荧光材料的研究提供了重要的实验支持。
希望本文的介绍能够帮助大家更好地理解荧光实验的原理及相关知识，为实验操作提供参考和指导。
4.1 引言某些物质被一定波长的光照射时，会在较短时间内发射出波长比入射光长的光，这种光就称为荧光。
1852年，Stokes阐明了荧光发射的机制，认为荧光是由于物质吸收了光能而重新发出的波长不同的光，并由一种能发荧光的矿物 萤石(fluospar)而定名为荧光。
我们通常所说的荧光，是指物质在吸收紫外光后发出的波长较长的紫外荧光或可见荧光，以及吸收波长较短的可见光后发出波长较长的可见荧光。
除了紫外荧光和可见荧光，还有红外荧光、X射线荧光等。
这不是本章要介绍的内容。
荧光光谱有两个主要优点：第一是灵敏度高。
由于荧光辐射的波长比激发光波长长，因此测量到的荧光频率与入射光的频率不同。
另外，由于荧光光谱是发射光谱，可以在与入射光成直角的方向上检测，这样，荧光不受来自激发光的本底的干扰，灵敏度大大高于紫外-可见吸收光谱。
第二，荧光光谱可以检测一些紫外-可见吸收光谱检测不到的过程。
紫外和可见荧光涉及的是电子能级之间的跃迁，荧光产生包括两个过程：吸收以及随之而来的发射。
每个过程发生的时间与跃迁频率的倒数是同一时间量级(大约10-15秒)，但两个过程中有一个时间延搁，大约为10-9秒，这段时间内分子处于激发态。
激发态的寿命取决于辐射与非辐射之间的竞争。
由于荧光有一定的寿命，因此可以检测一些时间过程与其寿命相当的过程。
例如，生色团及其环境的变化过程在紫外吸收的10-15秒的过程中基本上是静止不变的，因此无法用紫外吸收光谱检测，但可以用荧光光谱检测。
4.2基本概念和原理4.2.1荧光的产生吸收外来光子后被激发到激发态的分子，可以通过多种途径丢失能量，回到基态，这种过程一般称为弛豫。
在很多情况下，分子回到基态时，能量通过热量等形式散失到周围。
但是在某些情况下，能量能以光子发射的形式释放出来。
***Figure 5.3 Some pathways of relaxation from the excited state.***（P96）上图（Campbell书中图5.3）表示了激发态分子的几种弛豫过程。
由电子态基态被激发到第一电子激发态中各振动能级上的分子，一般会以某种形式(统称为内转换)丢失它们的部分能量，从第一电子激发态的不同振动能级以至从第二电子激发态等更高的电子激发态返回第一电子激发态的最低振动能级。
这个过程大约为10-12秒。
从第一电子激发态的最低振动能级返回基态的不同振动能级，如果能量以光子形式释放，则放出的光称为荧光。
这个过程通常发生在10-6-10-9秒内。
由于荧光的频率低于入射光的频率，因此测量到的荧光频率与入射光的频率不同。
同时，荧光是从与入射光成直角的方向上检测，这样荧光不受来自激发光的本底干扰，可以达到很高的灵敏度，一般比吸收光谱高两个数量级左右。
此外，由于荧光有一定的寿命，且其寿命比紫外吸收的时间过程(10-15秒)要长，因此一些用紫外观测不到的变化过程(如生色团及其环境的变化)，恰好可以用荧光来观测。
在紫外吸收的时间过程(10-15秒)中，生色团及其环境基本上是静止不变的。
而在很多反应中，溶剂的重新排列和分子的运动过程发生的时间与激发态的寿命是同一量级。
4.2.2 磷光如果某种物质在被某种波长的光照射以后能在较长的时间内发出比荧光波长更长的波长的光，则称这种光为磷光。
***Figure 5.3 Some pathways of relaxation from the excited state.***（P96）磷光产生的机制与荧光是不同的，虽然它们都属于发射光谱，但磷光不是处于第一电子激发态的最低振动能级的分子直接释放出光子回到基态的结果，而是从某种能量低于第一电子激发态的最低振动能级的另一种亚稳能级−三重态向基态的各振动能级以辐射方式产生跃迁时发出的光。
所谓三重态或三线态，是指分子中电子自旋量子数S=1，即原来两个配对的自旋方向相反的电子之一自旋方向改变，以至电子自旋之和不为0的情况。
处于第一电子激发态最低振动能级的分子，有可能通过无辐射跃迁(系间交连，intersystem crossing)消耗部分能量，其中一个电子的自旋方向倒转，从而处于三线态。
从三线态的最低振动能级向基态的各振动能级跃迁并释放出光子，则其发光为磷光。
由于三线态的电子自旋和不为零，这种跃迁是一种被禁跃迁，即跃迁几率很小。
这样，在三线态停留的时间即寿命就比较长(从10-3秒到数秒)，强度很弱。
由于三线态能量低于第一电子激发态最低振动能级，因此磷光的波长比荧光长。
4.2.3 激发谱和发射谱(参考书P94)荧光光谱包括激发谱和发射谱两种。
激发谱是荧光物质在不同波长的激发光作用下测得的某一波长处的荧光强度的变化情况，也就是不同波长的激发光的相对效率；发射谱则是某一固定波长的激发光作用下荧光强度在不同波长处的分布情况，也就是荧光中不同波长的光成分的相对强度。
激发谱既然是表示某种荧光物质在不同波长的激发光作用下所测得的同一波长下荧光强度的变化，而荧光的产生又与吸收有关，因此激发谱和吸收谱极为相似，呈正相关。
由于激发态和基态有相似的振动能级分布，而且从基态的最低振动能级跃迁到第一电子激发态各振动能级的几率与由第一电子激发态的最低振动能级跃迁到基态各振动能级的几率也相近，因此吸收谱与发射谱呈镜象对称关系。
Processes leading to fluorescence***Figure 5.2***(p94)在发射谱中最大荧光强度的位置称为λmax，它是荧光光谱的一个重要参数，对环境的极性和荧光团的运动很敏感。
4.2.4 荧光寿命(fluorescence lifetime) 参考书p95去掉激发光后，分子的荧光强度降到激发时最大荧光强度的1/e 所需要的时间，称为荧光寿命，常用τ表示:I t =I 0e -kt其中I 0是激发时最大荧光强度，I t 是时间t 时的荧光强度，k 是衰减常数。
假定在时τ时测得的I t 为I 0的1/e ，则τ是我们定义的荧光寿命。
01I eI t = τk e I I e-=001 τk e e e--==11 k τ=1τ=1/k即寿命τ是衰减常数k 的倒数。
事实上，在瞬间激发后的某个时间，荧光强度达到最大值，然后荧光强度将按指数规律下降。
从最大荧光强度值后任一强度值下降到其1/e 所需的时间都应等于τ。
如果激发态分子只以发射荧光的方式丢失能量，则荧光寿命与荧光发射的速率常数成反比，速率常数即为单位时间中发射的光子数，因此有τF =1/K F 。
K F 是速率常 数。
τF 表示荧光分子的固有荧光寿命，k F 表示荧光发射过程的衰减常数。
如果除荧光发射外还有其它释放能量的过程(如淬灭和能量转移)，则寿命τ还和这些过程的速率常数有关，结果是荧光寿命降低。
由于吸收几率与发射几率有关， τF 与摩尔消光系数εmax (单位为cm 2mol -1或(mol dm --3) -1cm -1)也就密切相关，从下式可以得到τF 的粗略估计值(单位为秒)。
1/τF ≈104εmax在讨论寿命时，必须注意不要把寿命与跃迁时间混淆起来。
跃迁时间是跃迁频率的倒数，而寿命是指分子在某种特定状态下存在的时间。
通过量测寿命，可以得到有关分子结构和动力学方面的信息。
4.2.5 量子产率 (quantum yield) 参考书P96荧光量子产率是物质荧光特性中最基本的参数之一，它表示物质发射荧光的本领。
荧光量子产率通常用φ来表示，定义为发射量子数和吸收量子数之比，即由荧光发射造成的退激分子在全部退激分子中所占的比例，又称为荧光效率，即发射量子数φ = −−−−−吸收量子数处于激发态的分子，除了通过发射荧光回到基态以外，还会通过一些其它过程回到基态。
其结果是加快了激发态分子回到基态的过程(或称退激过程)。
总的退激过程的速率常数k 可以用各种退激过程的速率常数之和来表示:k =k F +∑k ik i 表示各种非辐射过程的衰减速率常数。
则总的寿命τ为:τ=1/k =1/(k F + ∑k i )因此，量子产率又可以表示为∑+=ii F F F k K K φ 因为 1/k F =τF ， τ=1/(k F +∑k i )所以 φ =τ/τFφ的绝对值是较难用实验的方法测量的，因为必须事先知道仪器的修正因子。
实际测量中大多采用相对法，即用已知量子产率的标准样品与待测样品进行比较。
后面将要证明:对稀溶液来说，荧光强度F 与吸收度A 成正比:F =kI 0A ϕ这里k 是比例常数，I 0是吸收前的光强度， φ 是荧光量子产率。
若两种溶液测量条件完全相同，则:F 1/F 2=A 1φ 1/(A 2φ 2)φ 1/φ 2=F 1A 2/(F 2A 1)已知φ 2就可求出φ 1。
由于各种竞争性过程而使荧光量子产率减小的现象称为淬灭(quenching)，如温度淬灭，杂质淬灭等。
量子产率对于生色团周围的环境以及各种淬灭过程很敏感。
量子产率的改变必然会引起荧光强度的改变。
因此，如果只要研究量子产率的相对值，只要量测荧光强度也就足够了。
4.2.6 荧光强度：参考书P97荧光强度F 取决于激发态的初始分布I A 与量子产率φ的乘积。
这里的F 指的是向各个方向上发射的荧光强度的总和，实际上，谱仪收集的只是其中的一小部分。
因此仪器测到的荧光强度Ｆ=I A φ Z ，这里Z 是仪器因子。
椐据Beer-Lambert 定律I A =I 0-I t =I 0{1-exp[-2.3ε (λA )·C ·l]}式中ε (λA )为激发波长处的消光系数，Ｃ为样品分子的浓度，I 0为入射光强度，I 0为透过样品后的光强度，l 为光程（样品池光径）对于稀溶液，吸收很稀， ε (λA )很小-<<2.3ε (λA )C ·l ＜＜1因此，1-2.3ε (λA)C·l≈exp(-2.3ε (λA)C·l)I A=I0(1-(1-2.3ε (λA)C·l)) =2.3I0ε (λA)C·lFλ=I AφZ=2.3I0ε (λA)C·l·ϕ·Z如果激发光强保持不变，且ϕ和Z与激发波长无关，则F∝ε (λA)很显然，荧光强度与样品在波度λA处的消光系数有关，而消光系数与激发波长是密切相关的，消光系数随波长的变化即吸收谱，因此荧光强度也随激发波长的变化而变化。
激发谱与吸收谱的正相关关系在此一目了然。
当然，实际上仪器因子Z与波长是有关的，这就使得激发谱与吸收谱并不完全相似。
4.2.7. 荧光偏振（偏振荧光，极化荧光）参考书P98用平面极化光（偏振光）去激发一个荧光系统，可以产生极化荧光。
可以通过对极化荧荧光的分析确定分子的大小，形状和流动性等性质。
