荧光fluorescence.pdf
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1、荧光fluorescence发光 luminescence纳米颗粒nanoparticle稀土离子rare earth ions稀土发光luminescence of rare earth ions激光光谱laser spectroscopy表面增强荧光surface enhanced fluorescence等离激元光子学plasmonicsWikipedia荧光荧光,又作“萤光”,是指一种光致发光的冷发光现象。当某种常温物质经某种波长的入射光(通常是紫外线或X 射线)照射,吸收光能后进入激发态,并且立即退激发并发出比入射光的的波长长的出射光(通常波长在可见光波段);而且一旦停止入射光,发光
2、现象也随之立即消失。具有这种性质的出射光就被称之为荧光。 在日常生活中,人们通常广义地把各种微弱的光亮都称为荧光,而不去仔细追究和区分其发光原理。fluorescence激发态原子中电子跃迁回基态轨道使原子变为自旋多重度相同的基态或低激发态原子时的自发发射现象。 暗处时候发光的颜色。由多重度相同的状态间发生辐射跃迁产生的光,如 S1S0 的跃迁。分子由激发态回到基态时,由于电子跃迁而由被激发分子发射的光。物质经过紫外线照射后发出荧光的现象可分为两种情况, 第一种是自发荧光,如叶绿素、血红素等经紫外线照射后,能发出红色的荧光,称为自发荧光;第二种是诱发荧光,即物体经 荧光染料染色后再通过紫外线照
3、射发出荧光,称为诱发荧光。硒化镉量子点在紫外线的照射下发出荧光参考:原子荧光气态自由原子吸收光源的特征辐射后,原子的外层电子跃迁到较高能级,然后又跃迁返回基态或较低能级, 同时发射出与原激发波长相同或不同的发射即为原子荧光。原子荧光是光致发光,也是二次发光。当激发光源停止照射之后,再发射过程立即停止。原子荧光可分共振荧光、非共振荧光与敏化荧光等三种类型。2原理光照射到某些原子时, 光的能量使原子核周围的一些电子由原来的轨道跃迁到了能量更高的轨道, 即从基态跃迁到第一激发单线态或第二激发单线态等。第一激发单线态或第二激发单线态等是不稳定的,所以会恢复基态,当电子由第一激发单线态恢复到基态时,能量
4、会以光的形式释放,所以产生荧光。荧光是物质吸收光照或者其他电磁辐射后发出的光。大多数情况下,发光波长比吸收波长较长, 能量更低。但是,当吸收强度较大时,可能发生双光子吸收现象,导致辐射波长短于吸收波长的情况发生。当辐射波长与吸收波长相等时,既是共振荧光。 常见的例子是物质吸收紫外光, 发出可见波段荧光, 我们生活中的荧光灯就是这个原理,涂覆在灯管的荧光粉吸收灯管中汞蒸气发射的紫外光,而后由荧光粉发出可见光,实现人眼可见。3相关参数(1)激发光谱:激发光谱是指不同波长的激发引起发射出某一波长荧光的相对效率。(2)发射光谱:又为荧光光谱,是分子吸收辐射后再发射的结果。(3)荧光强度:荧光强度与该种
5、物质的荧光量子产率、消光系数以及含量等因素有关。(4)荧光量子产率 Q:量子产率表示物质将吸收的光能转化为荧光的本领,是荧光物质发出光子数与吸收光子数的比值。(5)斯托克司(stokes)位移:斯托克司位移为最大荧光波长与最大激发波长之差。(6)荧光寿命:当一束光激发荧光物质时,荧光物质的分子吸收能量后从基态跃迁到某一激发态,再以辐射的形式发出荧光回到基态,激发停止时,分子的荧光强度降低到激发时最大强度的1/e 时所需的时间为荧光寿命。1荧光灯常见的荧光灯就是一个例子。 灯管内部被抽成真空再注入少量的水银。灯管电极的放电使水银发出紫外波段的光。这些紫外光是不可见的,并且对人体有害。所以灯管内壁
6、覆盖了一层称作磷(荧)光体的物质,它可以吸收那些紫外光并发出可见光。可以发出白色光的发光二极管(LED)也是基于类似的原理。由 半导体发出的光是蓝色的,这些蓝光可以激发附着在反射极上的磷(荧)光体,使它们发出橙色的荧光,两种颜色的光混合起来就近似地呈现出白光。荧光笔荧光笔有荧光剂,它遇到紫外线(太阳光、日光灯、水银灯比较多)时会产生荧光笔荧光效应,发出白光,从而使颜色看起来有刺眼的荧光感觉。 荧光笔的荧光跟我们手表、荧光棒的荧光原理不相同,荧光棒是内部发生放射性反应,产生的射线激发外周的荧光粉发光,因此它们在夜里没有任何紫外线的情况下都能发光。而荧光笔则一定有紫外线情况下才会发荧光,这一点你只
7、要把荧光笔的笔迹靠近捕蚊灯、验钞机就可以看得非常清楚。生化和医疗荧光在生化和医药领域有着广泛的应用。人们可以通过化学反应把具有荧光性的化学基团粘到生物大分子上,然后通过观察示踪基团发出的荧光来灵敏地探测这些生物大分子。采用荧光标记的链终止剂所得到的DNA 测序图用于对 DNA 进行自动测序的链末端终止法:在原初的方法中,需要对 DNA 的引物端进行荧光标记,以便在测序凝胶板上确定 DNA 色带的位置。在改进的方法中,对作为链终止剂的 4 种双脱氧核苷酸(ddTBP)分别进行荧光标记,电泳结束后不同长度的 DNA 分子彼此分开,经紫外线照射,4 种被标记的双脱氧核苷酸发出不同波长的荧光。通过分析
8、荧光的光谱便可以分辨出 DNA 的序列。DNA 探测:溴化乙啶是一种荧光染料,当它在溶液中自由改变构型时,只能发出很弱的荧光;当它嵌入核酸双链的碱基对之间与 DNA 分子结合后,便可以发出很强的荧光。因此在凝胶电泳中,一般加入溴化乙啶对 DNA 染色。DNA 微阵列(生物芯片) :需要对基因组探针进行荧光标记,最后通过荧光信号确定靶标序列。免疫学中的免疫荧光检查法:对抗体进行荧光标记,从而可以根据荧光的分布和形态确定抗原的部位和性质。 流式细胞仪(又称荧光激活细胞分选器,FACS) :对样本细胞进行荧光标记,再用激光束激发使之产生特定的荧光,然后用光学系统检测并将信号传输到计算机进行分析,从而
9、得到细胞相应的各种特性。荧光技术还被应用于探测和分析 DNA 及蛋白质的分子结构,尤其是比较复杂的生物大分子。水母发光蛋白最早是从海洋生物水母(Aequorea victoria)中分离出来的。当它与 Ca 离子共存时,可以发出绿色的荧光。这一性质已经被应用于实时观察细胞内Ca 离子的流动。水母发光蛋白的发现推动了人们进一步研究海洋水母并发现了绿色荧光蛋白(Green Fluorescent Protein,GFP) 。绿色荧光蛋白的多肽链中含有特殊的生色团结构,无需外加辅助因子或进行任何特殊处理,便可以在紫外线的照射下发出稳定的绿色荧光,作为生物分子或 基因探针具有很大的优越性,所以绿色荧光
10、蛋白及相关蛋白已经成为生物化学和细胞生物学研究的重要工具。萤光显微 成像技术:全内反射荧光显微镜很多生物分子具有内禀的荧光性,不需要外加其他化学基团就可以发出荧光。有时侯这种内禀的荧光性会随着环境的改变而改变,从而可以利用这种对环境变化敏感的荧光性来探测分子的分布和性质。例如 胆红素与血清白蛋白的一个特殊位点结合时,可以发出很强的荧光。又如当 血红细胞中缺少铁或者含有铅时,会产生出锌原卟啉而不是正常的血红素(血红蛋白) ;锌原卟啉具有很强的荧光性,可以用来帮助检测病因。宝石、矿物宝石,矿物,纤维以及其他一些可以作为犯罪取证的材料可以在紫外线或者 X 射线的照射下发出不同性质的荧光。红宝石、翡翠
11、、钻石可以在短波长的紫外线下发出红色的荧光,绿宝石、黄晶(黄玉) 、珍珠也可以在紫外线下发出荧光。钻石还可以在X 射线下发出磷光。概念区分由光照(通常是紫外线或 X 射线)激发所引起的发光称为光致发光,例如荧光和磷光;由化学反应所引起的发光称为冷光, 演唱会上用的荧光棒是通过两种化学液体混合后发生化学反应发光的; 由阴极射线 (高能电子束流)所引起的发光称为阴极射线发光, 电视机显现管的荧光屏发光就是阴极射线发光; 生物体的冷发光现象是生物发光,比如萤火虫发出的光,是“萤光”,“萤”字在古汉语中与“荧”字通假,部分华文地区,“萤”字与昆虫有关。荧光在台湾多称萤光萤光;在中国大陆多称荧光荧光,而
12、“萤光”则通常是指萤火虫发出的光。仪器测荧光一定要有仪器。通常用来检测物质所含荧光量的仪器我们称之为荧光分光光度计。荧光分析仪的基本结构:激发光源、激发单色器、样品室、发射单色器及检测系统。6石油的荧光性石油及其大部分产品,除了轻质油和石蜡外, 无论其本身或溶于有机溶剂中,在紫外线照射下均可发光,称为荧光。石油的发光现象取决于其化学结构。 石油中的多环芳香烃和非烃引起发光, 而饱和烃则完全不发光。 轻质油的荧光为淡蓝色,含胶质较多的石油呈绿和黄色,含沥青质多的石油或沥青质则为褐色荧光。所以,发光颜色,随石油或者沥青物质的性质而改变,不受溶剂性质的影响。而发光程度,则与石油或沥青物质的浓度有关。
13、由于石油的发光现象非常灵敏,只要溶剂中含有十万分之一石油或者沥青物质,即可发光。 因此,在油气勘探工作中,常用荧光分析来鉴定岩样中是否含油,并粗略确定其组分和含量。这个方法简便快速,经济实用。大庆油田就是这么被发现的。发光 luminescence1. 光是一种以电磁波形式存在的物质。电磁波的波长范围很宽,包含了无线电波、 红外线、可见光、紫外线、X 射线、宇宙射线等。其中,波长为 380nm780nm 的电磁波能够引起人眼的视觉反应,因而称为可见光。光是可逆的。处于基态的分子中的电子吸收能量(电、热、化学和光能等)被激发至激发态,这些处于激发态的电子,通常以辐射跃迁方式或无辐射跃迁方式再回到
14、基态。辐射跃迁:荧光、磷光的发射。无辐射跃迁:振动弛豫(VR) 、内转化(IC) 、体系间窜跃(ISC)等。荧光是由激发单重态最低振动能层至基态各振动能层间跃迁产生的; 而磷光是由激发三重态的最低振动能层至基态各振动能层间跃迁产生的。我们所说的就是可见光部分(1)可见光具有以下特性(A)可见光波长范围有限,只占整个电磁波波谱的极小一部分。(B)不同波长的光呈现的颜色各不同,波长从长到短,分别呈现红、橙、黄、绿、青、蓝、紫。(C)单一波长和波谱宽度小于 5nm 的光称为单色光。含有两种或两种以上波长成分的光称为复合光,复合光使人眼产生混合色。由于它不能作为单色光出现在光谱上,所以又称为非谱色光。
15、(2)三基色原理人们通过大量实验发现,用三种不同颜色的单色光按一定比例混合,可得到自然界中绝大多数的彩色。具有这种特性的三个单色光叫三基色光,而这一发现也被总结成三基色定理,其主要内容如下:自然界中绝大多数彩色都可以由三基色按一定比例混合而得;反之,这些彩色也可以分解成三基色;三基色必须是相互独立的,即其中任何一种基色都不能由其它两种基色混合得到;混合色的色调和饱和度由三基色的混合比例决定;混合色的亮度是三基色亮度之和。另外,任何一种颜色都有一个相应的补色。所谓补色,就是它与某一颜色以适当比例混合时,可产生白色。 红、绿、蓝的补色分别是青、紫、黄。(3)材料的发光光谱有三种类型:宽带 半宽度为
16、 100nm, 如 CaWO4;窄带 半宽度为 50nm,如 Sr(PO4)3Cl: Eu3+;线谱 半宽度为 0.1nm, 如 GdVO4: Eu3+.(4)发光效率有 3 种表示方法:量子效率指发光的量子数与激发源输入的量子数的比值;能量效率指发光的能量与激发源输入的能量的比值;光度效率指发光的光度与激发源输入的光度的比值。(5)光的分类a.根据激化能量方式:光致发光材料,阴极射线激化发光材料,电致发光材料,X 射线发光材料,化学发光材料,放射性发光材料 。b.根据发光材料的组成:无机发光材料,有机发光材料和复合发光材料LuminescenceLuminescenceFrom Wikipe
17、dia, the free encyclopediaJump to: navigation, searchLuminol and haemoglobin, an example of chemiluminescenceLuminescenceLuminescence is emission oflight by a substance not resultingfrom heat; it is thusa formof cold body radiation. It can be caused by chemical reactions, electrical energy, subatomi
18、cmotions, or stress on a crystal. This distinguishes luminescence from incandescence, whichis light emitted by a substance as a result of heating. Historically, radioactivity wasthought of as a form of radio-luminescence, although it is today considered to be separatesince it involves more than elec
19、tromagnetic radiation. The term luminescence wasintroduced in 1888 by Eilhard Wiedemann.12The dials, hands, scales and signs of aviation and navigational instruments and markingsare often coated with luminescent materials in a process known as luminising纳米颗粒 NanoparticleNanoparticleFrom Wikipedia, t
20、he free encyclopediaJump to: navigation, searchIn nanotechnology, a particle is defined as a small object that behaves as a whole unit withrespect to its transport and properties. Particles are further classified according todiameter.1 Coarse particles cover a range between 10,000 and 2,500 nanomete
21、rs. Fineparticles are sized between 2,500 and 100 nanometers. Ultrafine particles, or nanoparticlesnanoparticles,are between 1 and 100 nanometers in size. The reason for this double name of the same objectis that, during the 1970-80s, when the first thorough fundamental studies withnanoparticles wer
22、e underway in the USA (by Granqvist and Buhrman)2 and Japan, (withinan ERATO Project)3they were called ultrafine particles (UFP). However, during the 1990sbefore the National Nanotechnology Initiative was launched in the USA, the new name,nanoparticle, had become fashionable(see, for examplethe same
23、 senior authors paper20years later addressing the same issue, lognormal distribution of sizes4). Nanoparticlesmay or may not exhibit size-related properties that differ significantly from those observed56in fine particles or bulk materials. Although the size of mostmolecules would fit intothe above
24、outline, individual molecules are usually not referred to as nanoparticles.Nanoclusters have at least one dimension between 1 and 10 nanometers and a narrow sizedistribution. Nanopowders7 are agglomerates of ultrafine particles, nanoparticles, ornanoclusters. Nanometer-sized single crystals, or sing
25、le-domain ultrafine particles, areoften referred to as nanocrystals.Nanoparticle research is currently an area of intense scientific interest due to a widevariety of potential applications in biomedical, optical and electronic fields.891011TEM (a, b, and c) images of prepared mesoporous silica nanop
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