1.1 荧光的产生
某些物质被入射光（通常是紫外光）照射后，吸收了入射光的能量，从而发射出比入射光光波长的光，这种光线称之为荧光。能够发射荧光的物质称为荧光物质。
荧光的产生是由于物质的基态分子在光线照射下，吸收能量跃迁至较高能级的激发分子，在很短暂的时间内（约 s），他们首先因分子碰撞以热的形式损失一部分能量，从所处的激发能级跃迁至第一激发态的最低振动能级（在这一过程中不发光）；然后再由最低振动能级跃迁至基态的振动能级，在这一过程中，激发分子以光的形式发出它所吸收的能量，这时所发出的光称为分子荧光。按荧光产生时荧光物质能级的跃迁情况分：分子荧光、原子荧光和X-荧光等。荧（磷）光属于分子的光致发光现象，其光物理过程可用杰布朗斯基图解说明。
基态分子吸收光能受激后，处于态的分子通过震动弛豫（VR）和内转换（IC）过程衰变到态的最低振动能层，若再伴随着光子的发射返回到的各振动能层，即→跃迁过程则得到荧光，此过程发射光子的能量，即荧光发射波长，对应态最低振动能层与基态各振动能层之间的能量差。荧光过程的单线态一单线态跃迁中，受激电子的自旋状态不发生变化。若处于的分子基于自旋-轨道耦合作用，通过系间跨越（ISC）过程，由单线态的态转入三线态的态，继而通过VR过程弛豫到态的最低振动能层，再通过光辐射过程回到的各振动能层，则得到磷光。由于→跃迁涉及电子自旋状态的改变，属禁阻跃迁，其寿命较长。在一定光源强度下，若保持激发波长不变，记录到的荧光强度对发射波长的关系曲线，称为荧光发射光谱；反之若保持不变，记录到的荧光强度对的关系曲线，则称为荧光激发光谱。
1.2 荧光强度与荧光物质浓度间的关系（荧光分析的定性与定量依据）
某一物质所放出的荧光的波长与强度和它的化学结构有关。所发出荧光的波长和强度，可作为物质的定性的依据。荧光强度，在一定条件下，与该物质浓度成正比。测量在入射光照射下物质所产生的荧光的强度，以测定该物质浓度的方法称为荧光分析法。
荧光强度和物质浓度之间的关系可用下式表示。
式中：
——荧光强度；
——荧光效率；
——入射光强度，；
——荧光物质的摩尔吸光系数；
——荧光物质的浓度；
——液槽厚度。
由上式可知，对于某一荧光物质的稀溶液，在一定频率和一定强度入射光的照射下，液槽厚度不变，被吸收的分数不太大，且溶液的浓度很小时，则它所发射的荧光强度和该溶液的浓度成正比，这就是荧光定量分析的理论依据。
1.3 荧光强度的影响因素
1.3.1 入射光的强度
荧光强度随发光源的强度增加而增加，但若入射光强度过大，会引起荧光物质温度上升，导致荧光物质的分解，荧光强度下降。
1.3.2 荧光物质的摩尔吸收系数
荧光物质的摩尔吸光系数主要取决于荧光物质的分子结构，它与光的波长密切相关。把荧光物质的摩尔吸收系数与激发光的波长的关系曲线称之为激发光谱（或吸收曲线）。通常把激发光谱的极大值波长，作为激发荧光的波长。荧光强度与荧光波长的关系曲线称之为荧光光谱（或荧光曲线），测量时通常取荧光光谱中最大值。
1.3.3 荧光效率
荧光效率是表示物质发出荧光的量子数和所吸收激发光的量子数之比。
荧光物质的荧光效率，一方面与物质的分子结构有关，另一方面受荧光物质所处的环境严重影响。通常，温度升高，荧光强度下降。荧光强度还受溶剂的极性、粘度、介电常数、pH值及共存的其它物质等影响。
1.3.4 荧光物质的浓度与液槽的厚度
荧光强度通常随荧光物质的浓度与荧光液槽的厚度增加而增加。但若≥0.05时，即荧光物质的浓度过浓或液槽厚度过厚，荧光的自吸增加，将导致荧光强度的下降。总之，凡对荧光物质的浓度产生影响的因素均将影响荧光强度。
1.3.5 荧光的猝灭作用
荧光猝灭又称荧光熄灭，是指任何可使荧光物质的荧光强度下降的作用，任何可使荧光强度不与荧光物质的浓度呈线性关系的作用，或任何可使荧光量子产率降低的作用。与荧光物质分子发生相互作用而引起荧光强度下降的物质称为荧光猝灭剂。
分子氧是一种常见的猝灭剂，它能引起几乎所有的荧光物质产生不同程度的荧光猝灭现象。除氧之外，卤素化合物、重金属离子及硝基化合物等也是常见的荧光猝灭剂。如卤素离子对奎宁的荧光有显著的猝灭作用，胺类是大多数未取代的芳烃的有效猝灭剂。
猝灭剂的存在，可能使待测物质的荧光强度显著降低甚至完全猝灭，这对荧光分析有严重的影响，因而在荧光测定之前必须考虑猝灭剂的消除和分离为题。
1.4 荧光定量分析
荧光定量分析最简单的方法是标准曲线法。即将荧光标准物质配成不同含量的标准系列，让试样溶液与标准系列置于同一紫外光下，比较其荧光强度，求出其近似含量。
荧光分析法最常采用的方法是标准曲线法（即工作曲线法）。先将一系列浓度的荧光标准物质的标准溶液，置于荧光剂中测量其荧光强度，荧光强度读数对标准溶液的浓度做标准曲线。然后由测得试样的荧光强度和标准曲线，求出试样的浓度。
发射荧光的物质，可直接进行荧光定量分析。对本身不发荧光或荧光很弱的物质，就需要加入适量的荧光试剂，形成发荧光的化合物，再进行荧光定量分析。
1.5 荧光分光光度计的结构
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图1 荧光分析法仪器结构示意图
1.5.1 光源
因为荧光体的荧光强度与激发光的强度成正比，因此要求激发光源应在紫外可见光区内有高强度、稳定性好的连续光源。通常采用氙灯作为光源。
1.5.2 单色器
荧光分光计中大多采用光栅单色器。荧光分光计通常具有两个单色器：激发光单色器和发射光单色器。激发光单色器所分出的单色光用于激发荧光体产生荧光，用以选择激发光的波长；发射光单色器用以选择投射到检测器上的荧光波长，滤去各种杂散光。因此双单色器系统可测出荧光物质的激发光谱和荧光光谱。
对于荧光测量来说，单色器的杂散光指标是一个极关键的参数。杂散光就是除所需的波长的光线以外，通过单色器的所有其他光线的强度。杂散光可使背景信号增强，降低信噪比。在课间区域的杂散光可用合适滤光片除去，在紫外区的杂散光对测定的干扰较大。
1.5.3 样品池（液槽）
荧光分光光度计是一种高灵敏度的仪器，其荧光样品池应选用不发荧光和透紫外光的石英材料制成样品池内外币要求洁净，若有一点点污垢，可能给测量带来不利的影响。另外，切忌把装有试样的样品池长时间的放置。
1.5.4 检测器
荧光的强度通常很弱，因此要用高灵敏度的光电倍增管进行检测。选择光电倍增管应注意波长响应、灵敏度和噪声水平三个重要指标。
1.5.5 记录器
荧光仪器的记录装置有数字电压表、记录仪和阴极示波器或图像显示器等几种。
1.6 紫外荧光法测定硫含量
试样直接进入裂解管，由进样器将试样送至高温燃烧管，在富氧条件中，硫被氧化成二氧化硫（）；试样燃烧生成的气体在出去水后被紫外光照射，二氧化硫吸收紫外光的能量转变为激发态的二氧化硫（），当激发态的二氧化硫返回到稳定的二氧化硫时发射荧光，并由光电倍增管按特定波长检测接受，发射的荧光对于硫来讲完全是特定的，并且与原样品中的硫含量成正比。再经微电流放大器放大，计算和数据处理，即可转换为与光强度成正比的电信号。通过计算得出硫含量。反应式如下：
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图2 紫外荧光法测定硫含量仪器示意图
2 实验部分
2.1 仪器与试剂
1、ZDS-2000荧光硫测定仪（姜堰市高科分析仪器有限公司）。
2、硫含量标准样品：0.5 mg/L、1.0 mg/L、5.0 mg/L、10.0 mg/L、20.0 mg/L、30.0 mg/L、50.0 mg/L、100.0 mg/L、200.0 mg/L、500.0mg/L（中国石油化工股份有限公司石油化工科学研究院）
3、样品：92号车用汽油（Ⅴ）、93号车用汽油（Ⅳ）、0号车用柴油（Ⅴ）、0号车用柴油（Ⅳ）、97号车用汽油（IV）、95号车用汽油（V）
4、氧气：高纯，纯度99.99%.
5、氩气：高纯，纯度99.99%.
6、微量进样器：50 μL.
2.2 试验条件
1、进样速度：
2、炉温：1050 ℃.
3、裂解氧气流量：480 mL/min
4、进口氧气流量：60 mL/min
5、载气氩气流量：100 mL/min
6、放大量程：25
7、高压设定：93号车用汽油（Ⅳ）、97号车用汽油（IV）、0号车用柴油（Ⅳ）为400 V.
92号车用汽油（Ⅴ）、95号车用汽油（V）、0号车用柴油（Ⅴ）为600 V.
2.3 实验步骤
2.3.1 标准曲线法
1、标准曲线的制作
打开气阀、温控开关、风扇开关、放大开关，按上述条件设置各参数，点击【标样测量】，根据实际样品浓度高低选择一系列标准样品进行标准曲线的制作（由于国Ⅳ油品质量限值为50 mg/kg、国Ⅴ油品质量限值为10 mg/kg，所以国Ⅳ标准曲线组选10.0 mg/L-30.0 mg/L-50.0 mg/L组，国Ⅴ标准曲线选择1.0 mg/L-5.0 mg/L-10.0 mg/L组）。选择【标样测量】后输入标样浓度、进样量（20 μL.），把进样针放在液体进样器上，点击【平衡】，出现“走基线”后，点击【确定】，进样器自动进样，经计算处理后，显示标样的浓度和积分值，每一个标样重复分析数次，再分析另一浓度的标样。分析好三个标样后，必须保存数据。在标样测量结束后，最后一组标样的峰形保存在当前画面上的情况下，点击【保存标样文件】，显示测量标样的浓度、积分值和进样量等，选择重复性好的同一浓度标样的积分值，且平均后在保存，按“清除”，以此类推其他浓度的标样的积分值，使用几个表扬就做几次求平均和保存数据，按“退出”，系统自动生成标准曲线。通过“打开标样文件”可以查看刚制作的曲线，相关系数达到99.99%即可使用。
2、样品测定
打开气阀、温控开关、风扇开关、放大开关，按上述条件设置各参数，打开软件。打开标样文件，根据被测样品硫含量的大小调用相应测量范围的标样文件，点击【打开】出现“标样数据和曲线”窗口，点击【退出】。在主窗口选择【样品测量】。先用标准样品反标，检验所调用标准曲线的准确度。当反标结果符合标准要求的重复性和再现性时方可使用。吸取20μL样品，将注射器小心的插入燃烧管的入口处，并位于进样器上，待电平指示值降低的一瞬间，点击“平衡”图标，主窗口左下角出现“走基线”后，点击【样品测量】，出现“样品试验参数输入”窗口，输入实际进样量，按【确定】键，进样器自动进样，并显示样品峰形，经计算处理后，在曲线下方显示样品积分值和含量。同一个样品多次测量后，重复性满足标准要求时，点击【保存样品文件】进行保存。进入样品数据编辑串口，选择重复性好的数据，点击【求平均】，计算出平均值，再点击【确定】，主窗口显示样品的测量数据及峰形，下方有积分值和含量的平均值。进入“样品信息栏”输入样品相关信息，经计算后得出样品硫含量。
2.3.2 单点比较法
根据油品品种牌号预估样品硫含量，选择与样品硫含量相近的标准样品，按测定样品的方法测得标准样品和待测样品的积分值。由于标准样品浓度已知，根据标准样品的积分值和待测样品的积分值计算出待测样品的硫含量。计算公式如（1）。
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式中：
——待测样品硫含量，mg/kg；
——标样的硫含量，mg/L；
——待测样品的积分值
——样品的积分值
——待测样品视密度，
——标样的硫含量，mg/kg；
3 数据分析
3.1 检测数据
3.1.1 第一组数据为独立屯、大庆东、哈东、龙潭山东辽阳五个发货站93号车用汽油（IV）硫含量的两种方法的检测数据.png)
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3.1.2 第二组数据为独立屯、大庆东、哈东、龙潭山东辽阳五个发货站97号车用汽油（IV）硫含量的两种方法的检测数据
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3.1.3 第三组数据为独立屯、大庆东、哈东、龙潭山东辽阳五个发货站0号车用柴油（IV）硫含量的两种方法的检测数据
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3.1.4 第四组数据为独立屯、大庆东、哈东、龙潭山东辽阳五个发货站92号车用汽油（V）硫含量的两种方法的.png)
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3.1.5 第五组数据为独立屯、大庆东、哈东、龙潭山东辽阳五个发货站95号车用汽油（V）硫含量的两种方法的检测数据.png)
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3.1.6 第六组数据为独立屯、大庆东、哈东、龙潭山东辽阳五个发货站0号车用柴油（V）硫含量的两种方法的检.png)
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3.2 数据分析
3.2.1 数据图表比较
3.2.1.1 第一组数据图表比较.png)
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第一组试样五个发站的93号车用汽油（IV）其硫含量应用标准曲线法测定的硫含量在17 mg/kg~39 mg/kg之间。应用单点比较法时，当所用标样为5 mg/kg~100 mg/kg时其检测结果在SH/T 0689方法重复性范围内。
3.2.1.2 第二组数据图表比较.png)
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第二组试样五个发站的97号车用汽油（IV）其硫含量应用标准曲线法测定的硫含量在16 mg/kg~41 mg/kg之间。应用单点比较法时，当所用标样为5 mg/kg~100 mg/kg时其检测结果在SH/T 0689方法重复性范围内。
3.2.1.3 第三组数据图表比较.png)
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第三组试样五个发站的0号车用柴油（IV）其硫含量应用标准曲线法测定的硫含量在17 mg/kg~39 mg/kg之间。应用单点比较法时，当所用标样为5 mg/kg~100 mg/kg时其检测结果在SH/T 0689方法重复性范围内。
3.2.1.4 第四组数据图表比较.png)
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第四组试样五个发站的92号车用汽油（V）其硫含量应用标准曲线法测定的硫含量在4 mg/kg~7 mg/kg之间。应用单点比较法时，当所用标样为5 mg/kg~30 mg/kg时其检测结果在SH/T 0689方法重复性范围内。
3.2.1.5 第五组数据图表比较.png)
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第五组试样五个发站的95号车用汽油（V）其硫含量应用标准曲线法测定的硫含量在4 mg/kg~8 mg/kg之间。应用单点比较法时，当所用标样为5 mg/kg~30mkg/kg时其检测结果在SH/T 0689方法重复性范围内。
3.2.1.6 第六组数据图表比较
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第六组试样五个发站的0号车用柴油（V）其硫含量应用标准曲线法测定的硫含量在4 mg/kg~7 mg/kg之间。应用单点比较法时，当所用标样为5 mg/kg~30 mg/kg时其检测结果在SH/T 0689方法重复性范围内。
4 结论
4.1 硫含量-积分值曲线不是一条直线，只有在一定区间内才可以近似的看成是一条直线。也就是说未知浓度样品的硫含量必须采用标准曲线法测定。
4.2 在标样浓度与样品硫含量浓度比较接近时可以采用单点比较法进行测定。在销售企业一般情况是进行油品质量的核对，即已知油品品种和牌号，这样就可以预估油品硫含量采用单点比较法进行测定。只要保证预估硫含量与实测硫含量在三倍以内即可满足SH/T 0689方法的精密度要求。相较标准曲线法可以省去标准曲线的制作及验证，而且不用考虑标准曲线制作时的条件是否与样品测定时的条件是否一致。只要保证标样的积分值与样品的积分值测定条件一致即可。
参考文献
1．夏玉宇主编，化验员实用手册（第二版）.北京：化学工业出版社，2005
2．廖克俭、戴跃玲、丛玉凤编，石油化工分析.北京：化学工业出版社，2005
3．吴性良主编，分析化学原理.北京：化学工业出版社，2010
4．国家石油和化学工业局.SH/T 0689-2000 轻质烃及发动机燃料和其他油品的总硫含量测定法（紫外荧光法）
论文作者: 陈雷
论文发表刊物:《科学与技术》2019年第22期
论文发表时间:2020/4/29
标签：荧光论文; 样品论文; 含量论文; 强度论文; 物质论文; 曲线论文; 标准论文; 《科学与技术》2019年第22期论文;