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溫度、pH、溶媒、濃度與淬熄

科目:專技 - 藥物分析與生藥學(包括中藥學)|題數:14
溫度、pH、溶媒、濃度與淬熄
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建立於 2026年10月22日

學習重點 掌握螢光的本質:螢光測定的是激發態電子返回基態時「放出」的光。放射波長通常比激發波長長;螢光激發態的壽命比磷光短。 判斷螢光強弱的原則是「剛性與共軛有利,碰撞與非輻射失活不利」。依此推論分子結構、溫度、黏度及溶媒的影響。 螢光強度只在適當的低濃度範圍內與濃度近似成正比。濃度過高會使誤差增加,因此檢品濃度常為吸光度法的 1/10~1/100。 區分重原子、錯合、散射及淬熄的差異,並記住 riboflavin、thiochrome 與 ethinylestradiol 這三個常考實例。 核心觀念 一、螢光是放射光譜,測定的是放光 分子吸收適當波長的光後,電子由基態進入激發態。電子返回基態時,部分能量以光的形式釋出,這就是螢光。吸收光屬於激發過程,放出的光才是螢光測定的對象,因此螢光光譜是發射光譜。分子在放光前通常已經由振動鬆弛等過程失去部分能量,所以螢光光子的能量較低,放射波長通常較激發(入射)波長長,這稱為 Stokes 位移。 一般有機分子的螢光,來自單重激發態返回基態。磷光則來自三重激發態,這種躍遷較不容易發生,因此螢光激發態的持續時間比磷光短。 螢光分光光度計常用氙弧燈作為光源,鎢絲燈並非其典型光源。溶液測定時,偵測器設在與入射光呈直角的方向,以減少透射光直接進入偵測器。不過,直角配置仍無法排除散射干擾。 二、分子結構:共軛、平面與剛性有利螢光 具有芳香環或延伸共軛系統(π 電子系統),且骨架呈平面、剛性的化合物,較容易產生螢光。剛性結構能限制分子的旋轉與振動,減少能量經非輻射途徑消耗,使放光機會增加。在考試中,「具螢光之化合物需為剛性骨架」被視為正確敘述。發色團與助色團會改變電子分布、吸收及放射性質,因此螢光強度與發色團、助色團有關。 要分清發色團與助色團的角色。螢光結構要件的正確說法是「延伸共軛的發色團+平面剛性結構」。若寫成「必需具有延伸性助色團」,就是用詞錯誤:助色團只負責修飾光譜,並不會「延伸」。 許多酚類化合物具有螢光,例如雌激素類。樟腦(camphor)缺乏芳香環及延伸共軛系統,不能直接用螢光法分析。分子中含有羰基,不代表就具有螢光。 三、溫度與溶媒:決定分子如何消耗激發能量 影響因素一般趨勢判斷理由 溫度升高螢光減弱分子運動及碰撞增加,非輻射失活更容易發生。 溫度降低螢光增強碰撞減少,非輻射能量損失也隨之減少。 溶媒黏度增加螢光增強分子運動及碰撞受到限制,非輻射失活降低。 溶媒種類改變強度與波長均可能改變極性、氫鍵及溶質與溶媒間的作用,會影響激發態。 所以溫度、黏度及溶媒種類都會影響螢光測定值。實際定量時,標準液與檢品液必須維持相同的溫度、溶媒組成及測定條件。 四、pH:改變酸鹼型態,也可能改變螢光 pH 會改變分析物的質子化或解離狀態,進而影響共軛及電子分布。不同的酸鹼型態,可能有不同的激發波長、放射波長與螢光強度,因此螢光強度會受 pH 影響,而且不能概括說酸性或鹼性一定有利於螢光。 Ethinylestradiol:結構中的酚性基團與其螢光有關。加入1 M 氫氧化鈉後,酚羥基解離成酚鹽,螢光隨之消失。在鹽酸、磷酸等酸性條件或甲醇中,則不會使螢光消失。 Thiamine 與 thiochrome:thiamine 在鹼性條件下以氧化劑(如鐵氰化鉀)氧化,經氧化閉環生成具強螢光的 thiochrome,這是螢光衍生化分析的典型例子。「閉環」發生在 thiochrome 生成時,是「產生」螢光的步驟。若說「酸化後因閉環而失去螢光」,就是錯誤敘述。 五、濃度與入射光:低濃度才有良好線性 螢光強度受入射光強度、吸收程度及螢光量子產率影響。濃度夠低且其他條件固定時,可近似表示為 F ∝ I₀εbcΦ。因此螢光強度與入射光強度有關,並且在低濃度範圍內與濃度近似成正比。 濃度過高時,激發光在溶液前端就被大量吸收;放出的螢光也可能再被溶液吸收,這稱為內濾效應與再吸收。分子之間也可能發生自我淬熄。這些現象都會使校正曲線偏離直線,檢體濃度越高,誤差越大。所以濃度會影響測定,濃度也不是越高越好,螢光強度並非在所有濃度都與濃度呈直線關係。 螢光法的靈敏度比紫外光吸光度法高,可以使用更低的濃度。螢光測定的檢品濃度,常為吸光度測定的 1/10~1/100。 六、重原子、淬熄、錯合與散射 淬熄是使螢光減弱的過程。動態淬熄來自激發態分子與其他分子碰撞;靜態淬熄則是形成不發光的基態錯合物所致。分析物可能與溶液中的其他分子形成錯合物,進而影響螢光強度。 重原子效應會促進系間跨越,使能量轉向三重態途徑,因此螢光減弱。考試常以溶液中的氯離子、溴離子作為降低螢光的例子。溶液中含重原子或重金屬時,應判斷為使螢光降低,不會增強放射光。 Caffeine 會使 riboflavin 的螢光減弱,這是分子間作用造成淬熄的例子,不可記反成增強。 灰塵、懸浮粒子及其他微粒會散射光線,干擾微弱的螢光訊號,因此螢光法極易受這些微粒影響。散射屬於光學干擾,與分子淬熄不同。即使採用直角偵測,溶液與比色槽仍須保持潔淨。 常考陷阱 「測定激態電子返回基態所吸收之光」:把激發與放射混淆了。螢光測定的是「放出」的光。 「放射光波長較入射光短」:錯誤。螢光的波長較長、能量較低。 「溫度越高,螢光越強」:錯誤。升溫會減弱螢光,低溫則使螢光增大。 「螢光與黏度、溶媒或 pH 無關」:錯誤。黏度高會使螢光增強,溶媒與 pH 也都會影響螢光。 「濃度越高結果越好」「濃度與測定無關」「與濃度均呈直線」:都是錯誤敘述。高濃度會產生內濾效應及自我淬熄,誤差隨之變大。 「檢品濃度與吸光度法相同」或「為其 10~100 倍」:錯誤。正確為 1/10~1/100。 「重原子、重金屬使螢光增強」:錯誤。氯、溴等重原子會使螢光減弱。 「caffeine 使 riboflavin 螢光增強」:錯誤。實際上是減弱。 「不受懸浮粒子影響」:錯誤。微粒散射會干擾測定。 「螢光激發態持續時間比磷光長」:錯誤。螢光的壽命較短。 「光源使用鎢絲燈」:錯誤。螢光分光光度計常用氙弧燈。 「必需具有延伸性助色團」:用詞錯誤。應為延伸共軛的發色團配合平面剛性結構。 「thiochrome 酸化後因閉環而失去螢光」:錯誤。閉環發生在 thiochrome 生成時,是產生螢光的步驟。 Ethinylestradiol:加入強鹼 NaOH 使酚解離,螢光消失。加入酸或甲醇則不會使螢光消失。 可直接以螢光法分析樟腦:錯誤。樟腦缺乏共軛系統。 記憶口訣 「冷、黏、剛,螢光亮;熱、重、濃,螢光暗。」低溫、高黏度及剛性結構有利螢光;升溫、重原子(Cl⁻、Br⁻)及濃度過高,則會使螢光減弱或偏離線性。 「放光波長長,螢光壽命短;濃度百分一,直角仍防塵。」 「咖啡熄核黃;硫胺鹼氧閉環亮;炔雌遇鹼光消失。」

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  1. 23.有關螢光分光光譜法之描述,下列何者最適當?(A)放射光(emission radiation)較入射光(incident radiation)之波長為短 (B)...
  2. 24.有關影響螢光強度因素之敘述,下列何者錯誤? (A)檢品濃度與螢光強度測定無關 (B)黏度較高溶劑會增強螢光強度 (C)溶液中的...
  3. 24.下列有關螢光光度測定法的敘述,何者正確? (A)會受溶液中重原子影響而使螢光增強 (B)樣品濃度愈高,定量分析結果愈佳 (C)...
  4. 24.下列有關螢光光度測定法的敘述,何者正確? (A)會受溶液中重原子影響而使螢光增強 (B)樣品濃度愈高,定量分析結果愈佳 (C)...
  5. 23.有關螢光測定法之敘述,下列何者錯誤? (A)檢品濃度不應太高 (B)溶液含氯離子時,會降低螢光強度 (C)檢測溫度與螢光強度有...
  6. 22.關於螢光度分析法影響因子之敘述,下列何者正確? (A)樣品中含有重金屬,可增加放射光的強度 (B)樣品可使用低於UV測試之濃...
  7. 30.有關螢光強度之敘述,下列何者錯誤? (A)會受溶媒中之重原子(heavy atom)影響 (B)與溶劑黏度無關 (C)與溫度有關 (D)與發...
  8. 4.有關螢光光度測定法中所用檢品溶液濃度之敘述,下列何者正確? (A)常為分光吸光度測定法檢品溶液濃度之1/10〜1/100 (B)與分...