荧光光谱术是一种根据样品的荧光特性来研究其特性的方法。这种技术测量样品中某些化学产物的数量。荧光是一种物质吸收特定波长的光，然后发射较长波长的光的过程。这种方法采用了一个光源来激发分子，导致发射一个较高波长的光。这种发射的光被对准一个过滤器，然后由一个传感器检测，以分析和识别分子或它所经历的任何变化。通过分析，可以提供关于任何分子的属性和行为的宝贵信息。

这种技术被用来研究共轭系统、芳香族分子和不灵活的平面化合物由于温度、pH值、离子强度、溶剂和配体的波动而发生的结构转变。荧光光谱是高度敏感的，因为单一的荧光体可以产生许多可检测的光子，可以被反复激发和检测。它是一个强大的分析工具，用于各种领域，包括化学、生物学、物理学和材料科学。

荧光光谱术的工作原理

荧光光谱术涉及到用单色光照射样品，通常是在紫外线或可见光范围内，该光被样品中的化合物吸收。这种吸收导致分子从其基态被激发到一个激发的电子状态。然后分子返回到激发态的最低振动能级，然后通过释放光子形式的能量返回到基态，从而产生荧光。这个过程在图1中被描述出来。这些发射的光子的频率和强度被分析以确定分子的振动能级结构。通过研究这些信息，可以深入了解分子的身份、数量、它可能经历的任何变化、它与同一样品中其他分子的相互作用，以及更多。

荧光光谱

进行荧光光谱分析后得到的光谱被称为荧光光谱。当分子被一个恒定的光源激发时，会得到一个稳态的荧光光谱，并检测出发射的光子或强度与波长的关系。

荧光光谱有不同的类型：荧光发射光谱、荧光激发光谱和荧光吸收光谱。

荧光发射光谱是通过扫描发射波长而保持激发波长不变来获得强度与发射波长的关系图。在激发光谱的情况下，它们对单一的发射物种或波长具有高度特异性。

通过固定发射波长和扫描激发单色器的波长，可以得到荧光激发光谱。这种技术提供了样品在特定发射波长下吸收和发射光的波长的细节。

所有存在于样品中的吸收性物种都可以通过吸收光谱来测量。

荧光体的发射和激发光谱是彼此的镜像，发射光谱通常发生在比激发或吸收光谱更高的波长（低能量）。与吸收光谱相比，荧光光谱在检测极限和分子特异性方面是一种敏感技术。

表现出荧光的分子和材料

荧光化合物以各种尺寸和形状存在。某些化合物，如叶绿素和某些氨基酸残基（色氨酸、苯丙氨酸和酪氨酸），表现出内在的荧光。另一方面，一些分子被人工合成为稳定的有机染料或标签，以纳入非荧光系统中。有机荧光染料一般含有芳香环和π-共轭电子，其发射波长从紫外到近红外，取决于其大小和结构。

一些荧光分子和材料是：

氨基酸（Trp, Phe, Tyr）。
碱基对衍生物（2-AP、3-MI、6-MI、6-MAP、吡咯-C、tC)
量子点
叶绿素
荧光蛋白（FPs）
稀土元素（镧系元素）
半导体
单壁碳纳米管(SWCNTs)
太阳能电池
有机染料（荧光素、罗丹明、N-氨基香豆素和这些的衍生物）
荧光剂
颜料、增白剂
其他
其他一些常用的荧光样品包括荧光蛋白、荧光粉、半导体和稀土元素。带有共轭芳烃或二烯的聚合物也经常具有荧光特性。

荧光光谱术的应用

荧光光谱术被用来研究蛋白质的结构和动态。研究人员可以通过用荧光探针标记蛋白质中的特定氨基酸来监测蛋白质的构象和折叠的变化。这项技术也可用于研究蛋白质与蛋白质的相互作用和蛋白质与配体的结合。

它被用于医学诊断，以检测和监测疾病，如癌症和糖尿病。例如，荧光探针可用于检测组织样本中的癌细胞或监测糖尿病患者的葡萄糖水平。

荧光光谱术是药物发现的一个有价值的工具，特别是在小分子抑制剂的鉴定和表征方面。它也被用于材料科学，研究聚合物、纳米颗粒和其他材料的特性。

它被用来监测环境污染物，如多环芳烃（PAHs）和重金属。荧光光谱也被用于法医科学，以检测和分析微量的证据，如纤维和生物液体。