荧光原理
荧光的原理及应用
荧光光谱的测量 步骤
荧光光谱的应用 领域
荧光光谱在生物医学领域的应用：通过荧光光谱技术对生物分子进行检测和分析， 可用于疾病诊断、药物研发和生物成像等方面。
荧光光谱在环境科学领域的应用：通过荧光光谱技术对水体、土壤等环境样品中 的有机污染物进行检测和分析，可用于环境监测和污染治理等方面。
荧光光谱在化学分析领域的应用：通过荧光光谱技术对化学物质进行定性和定量 分析，可用于化学分析、材料科学和药物化学等领域。
激发态的稳定性：激发态不稳定，电子会释放能量回到基态
荧光发光过程：质吸收能量后，电子从基态跃迁至激发态，再回到基态时释放能量， 发出荧光光子
荧光物质吸收能量 电子从基态跃迁至激发态 电子从激发态返回基态时释放能量 发出荧光
PART FOUR
荧光颜色与物质组成：荧光颜色与物质组成密切相关，不同物质具有不同的荧光颜色。
激发态不稳定：激 发态不稳定，会释 放能量回到基态
释放能量：释放能 量以荧光的形式释 放
荧光物质：荧光物 质需要具有吸收能 量和释放能量的能 力
PART THREE
荧光物质吸收能量
电子从基态跃迁至激发态
激发态不稳定，释放能量 回到基态
释放能量以光的形式表现
激发态的形成：电子吸收能量从基态跃迁至激发态
PART SIX
高灵敏度：荧光技术具有高灵敏度， 能够检测到微量的荧光物质。
快速：荧光技术通常具有快速检测 的优点，可以在短时间内完成大量 样本的检测。
添加标题
添加标题
添加标题
添加标题
特异性：荧光技术具有特异性，能 够针对特定的目标进行检测。
方便：荧光技术通常使用简单的设 备和操作流程，方便用户使用。
荧光颜色与物质结构：物质结构对荧光颜色也有影响，如共轭体系的存在会导致荧光颜色发 生变化。
荧光材料原理
荧光材料原理
荧光材料是一种具有荧光特性的材料，其原理是通过吸收能量后发出可见光。
具体而言，荧光材料的原理可以归纳为以下几个方面：
1. 激发过程：荧光材料能够吸收外部能量，激发其内部的电子或分子从低能级跃迁至高能级。
这些能量可以来自于光照射、电子束、电磁场等。
2. 能级结构：荧光材料的能级结构中包含基态和激发态能级。
基态是材料处于平衡状态时的能级，激发态是材料被外界能量激发后的能级。
3. 荧光发射：当荧光材料处于激发态时，其激发态能级的电子或分子会经过非辐射跃迁返回基态。
在这个过程中，荧光材料会发出能量差与光子能量相等的光子，也就是可见光。
这个过程被称为荧光发射。
4. 能量差：荧光材料激发态能级与基态能级之间的能量差决定了所发出的荧光光子的波长，从而决定了光的颜色。
不同的荧光材料具有不同的能级结构，因而会发射不同波长的光。
5. 光衰减：荧光材料的发光强度会随着时间的推移逐渐衰减，这是因为在荧光发射过程中，有一部分能量会以非辐射的方式转化为热能。
衰减速率取决于材料的性质以及外部环境的条件。
通过对荧光材料的设计和合成，可以控制其能级结构和能量差，
从而实现不同颜色的荧光发射。
荧光材料在荧光显示器、荧光笔、荧光染料等领域有着广泛的应用。
荧光原理技术介绍
样品处理要求高
对于某些荧光物质，需要进行复杂的样品处理和分离，才能进行检测， 这可能会增加检测的复杂性和时间成本。
05 荧光技术的发展趋势
高灵敏度荧光检测技术
总结词
高灵敏度荧光检测技术是荧光技术的重要发展方向，通过提高检测的灵敏度和特异性， 能够更准确地检测生物分子和细胞活性。
详细描述
荧光生物成像在生命科学研究领域应用广泛，如细胞生物学、神经科学、药理学等，可用于研究细胞 结构、细胞功能、基因表达和蛋白质相互作用等。
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
04 荧光技术的优缺点
优点
高灵敏度
选择性
荧光技术具有很高的灵敏度，可以检测到 非常微量的物质，因此在生物医学、环境 监测等领域有广泛应用。
荧光物质可以选择性地与某些物质结合， 从而实现选择性检测，有助于区分不同的 物质。非破坏性Fra bibliotek可视化
荧光检测通常不会对样品造成破坏，可以 用于对样品进行原位检测。
检测。
荧光染料有多种分类方式，如根 据激发波长、发射波长、荧光颜 色等进行分类，以满足不同应用
需求。
荧光蛋白
荧光蛋白是一类具有生物活性的荧光物质，常用于生物标记、示踪和成像等研究领 域。
荧光蛋白具有高亮度、稳定性好、易于基因编码等优点，能够实现活体细胞和组织 的高灵敏度荧光标记。
荧光蛋白有多种类型，如绿色荧光蛋白（GFP）、红色荧光蛋白（RFP）等，可根据 实验需求选择不同波长的荧光蛋白。
总结词
多色荧光成像技术是荧光技术的重要发展方向之一，通过同时检测多种荧光信号，能够实现多参数、多维度的生 物分子和细胞活性分析。
荧光物质发光原理
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。
荧光基本概念和原理
荧光基本概念和原理⼀、简介 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（⼊射光的⼀部分能量被该物质吸收，使得发射出来的光较原来的光能量低、波长长），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。
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迟，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。
⼆、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。
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。
荧光物体的发光原理
荧光物体的发光原理荧光物体的发光原理是通过荧光效应实现的。
荧光效应是指物质在吸收外部能量后，通过发射辐射能量的方式发光。
在荧光物体中，发光的过程可以分为三个主要步骤：吸收能量、激发和发射。
首先，荧光物体会吸收外部能量，通常是光线或电磁波的能量。
这些能量会被物质中的特定分子或原子吸收，使得它们进入激发态。
激发态是分子或原子处于高能量状态，它们的电子轨道处于激发态。
接下来，激发态的分子或原子会经历非辐射跃迁。
这是指分子或原子在短暂的时间内从激发态回到基态，但并不发射光线能量。
在这个过程中，分子或原子中的电子会经历一系列跃迁，从初始激发态经过中间态逐渐回到基态。
最后，分子或原子从基态发射光线能量的过程称为辐射跃迁。
这是指电子从较高能级跃迁到较低能级的过程中释放出能量，并以光的形式发射出来。
这发射出的光线的能量与电子跃迁前后的能级差有关，也就是说发射的光线的颜色是由能级差决定的。
荧光物体之所以可以发出比吸收的光线波长长的光线，是因为在非辐射跃迁的过程中，其中的一部分能量通过振动和转动等方式转化为热能而消耗掉了，只有一部分能量以光的形式发出。
荧光物体的发光原理可以通过能级的观念来解释。
分子或原子的能级是指其电子处于不同能量状态时的状态。
当分子或原子处于基态时，电子处于最低能级。
当外部能量被吸收，分子或原子的电子被激发到更高的能级中，这些能级之间的差异可以表示为能级图。
荧光物体的分子或原子中存在着能级间隔较小的激发态，因此它们可以吸收较低能量的光线，比如紫外线或蓝光。
当吸收的光线能量被转化为激发态的能量后，分子或原子会经历非辐射跃迁，释放出部分能量，然后再通过辐射跃迁释放出光线。
这个跃迁的过程是非常快速的，通常在纳秒级别。
荧光物体和其他发光物体（如发光二极管或LED）的区别在于，荧光物体通过吸收外部光线能量进行发光，而LED则是通过半导体材料的电子跃迁来实现发光。
总结起来，荧光物体的发光原理是通过外部能量的吸收，使分子或原子进入激发态，然后经过非辐射和辐射跃迁，最终以光线的形式发射出能量。
荧光的原理及应用
➢3.发射荧光的激发态多为（π，π*）态，这种激发态较基态 时有更大的极性，因此将在更大程度上为极性溶剂所稳定，使 激发态的能量进一步降低。
反斯托克位移
不过，有时在高温下也可观察到反斯托克位移现象，即荧光光谱移向
吸收光谱的短波方向。这是由于高温使更多的激发态分子处于高振动 能级，荧光主要从激发态的高振动能级发出所致。
既没发生斯托克位移也没发生反斯托克位移的荧光称共振荧光。
镜像规则
荧光发射是光吸收的逆过程。荧光发射光谱与吸收光谱有类似镜影 的关系。但当激发态的构型与基态的构型相差很大时，荧光发射光 谱将明显不同于该化合物的吸收光谱。
分子能级与跃迁
分子能级比原子能级复杂； 在每个电子能级上，都存在振动、转动能级；
激发： 基态(S0)→激发态(S1、S2激发态振动能级)：吸收
特定频率的辐射；量子化；跃迁一次到位；
失活： 激发态 →基态：多种途径和方式(见能级图)；速
度最快、激发态寿命最短的途径占优势；
第一、第二、…电子激发单重态 S1 、S2… ； 第一、第二、…电子激发三重态 T1 、T2 … ；
荧光光谱与磷光光谱
荧光光谱
固定激发光波长物质发射的荧光强度与发 射光波长关系曲线，如右图中曲线II。 荧光本身则是由电子在两能级间不发生自 旋反转的辐射跃迁过程中所产生的光。
磷光光谱
固定激发光波长物质发射的磷光强度与 发射光波长关系曲线，如右图中曲线III。 磷光本身则是由电子在两能级间发生自旋 反转的辐射跃迁过程中所产生的光。
寿命和这些过程的速率常数有关，总的失活过程的速率常数k可以
用各种失活过程的速率常数之和来表示:
荧光点亮黑夜的原理是
荧光点亮黑夜的原理是荧光点亮黑夜是涉及到荧光材料和激发光源的物理过程。
荧光是一种特殊的发光现象，它具有荧光材料在受到外界激发后，吸收能量而发出特定颜色的光的特点。
而黑夜之所以看不见颜色，是因为缺乏适当的光源，使得物体表面无法反射光线，从而使它们变得看不见。
荧光是通过荧光材料来实现的。
荧光材料是一类特殊的物质，它具有能够吸收光能并将其转化为电子能级跃迁的能力。
当荧光材料受到外界激发光源的照射时，其内部的电子会受到能量的激发，跃迁到高能级，处于激发态。
当激发态的电子回到低能级的基态时，会释放出之前吸收的能量。
这部分能量以光子的形式以特定的波长和颜色发射出来，形成荧光现象。
这个过程被称为荧光发射。
具体来说，荧光的发射和吸收过程涉及到电子能级的跃迁。
荧光材料中的原子或分子拥有一系列能级，包括基态和激发态。
荧光发生的基本过程可以分为三个步骤：吸收，激发和发射。
首先，当荧光材料暴露在激发光源下时，某些波长的光会被吸收。
吸收过程涉及到荧光材料中的电子从基态跃迁到激发态。
只有与电子能级之间的能量差能够匹配的光才会被吸收。
其次，当电子从基态跃迁到激发态时，它们会停留在激发态一段时间。
这个时间称为寿命。
在这段时间内，电子会通过与其他原子或分子碰撞来失去能量，最终返回到基态。
最后，当电子从激发态返回到基态时，它会释放出之前吸收的能量。
这部分能量以光子的形式发射出来，形成荧光。
由于电子跃迁的能级差是固定的，所以发射的光子波长也是固定的，即荧光具有特定的颜色。
荧光材料的荧光颜色取决于材料的组成和结构。
不同的荧光材料会对不同波长的光敏感，从而发出不同颜色的荧光。
常见的荧光颜色有绿色、黄色、橙色等。
总之，荧光点亮黑夜的原理是利用荧光材料的吸收、激发和发射过程，将吸收的能量以特定颜色的光子形式发射出来。
这种荧光发射的光可通过黑暗环境中的眼睛接收到，从而实现在夜间产生可见的光。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
06:24:59
2.1.5 激发光谱与发射光谱
本质：吸收光谱 变入射光波长，荧光最强处测 If 本质：荧光发射光谱 固定激发光，测 If～t 关系
用于选择条件，可组成两维光谱
分子发光分析
2.1.1 产生
2.1.1 荧光的产生
2.1 荧光
2.1.2 荧光效率 2.1.4 定量关系 2.1.6 荧光仪器
与荧光物质缔合猝灭法：F S Fe Ag
催化荧光法：Cu Be Fe Os H2O2
有机物：
简单有机物与其他有机试剂作用后产生荧光
芳族通常可直接测定
06:24:59
2.1.7 实验技术与应用
200
④ 荧光干扰峰 倍频峰
150 n=1 100
在激发波长λex的n倍处有荧光发射光谱
4 mg/ 2 mg/L
2.1.3 影响因素
环境因素-- 温度：
影响非常大。磷光影响更大。
辐射跃迁与T几乎无关，非辐射随T显著增大。
荧光素钠在-80℃：φf=100%
每↑10 ℃ → φf↓3%
发光仪配有低温装置
2.1.3 影响因素
环境因素-- pH： ( p140 )
对有机弱酸碱物质影响大，不同型体情况不同
有(书印刷误)
不同多重态间的无辐射跃迁: S1→ T1 10-2-10-6s，自旋反转
06:24:59
2.1.1 产生 去活化
(5) 磷光发射
T1最低振动能级→ S0时产生磷光辐射 10-2-10s，寿命长多了！能量更低！
室 温 无 磷 光
(6) 外部转换 external conversion
激发态分子和溶剂等能量转换 荧光/磷光 消失，称熄灭或猝灭
e
分子发光分析
2.1.1 产生
2.1.1 荧光的产生
2.1 荧光
2.1.2 荧光效率 2.1.4 定量关系 2.1.6 荧光仪器
2.1.3 荧光的影响因素 2.1.5 发射与激发光谱 2.1.7 实验技术与应用
06:24:59 5/12/2014
06:24:59
2.1.2 荧光效率
辐射跃迁概率的大小：
2.1.3 荧光的影响因素 2.1.5 发射与激发光谱 2.1.7 实验技术与应用
06:24:59 5/12/2014
06:24:59
2.1.6 荧光仪
光源
单色器1
放大 与 记录
样品池
06:24:59
单色器2 垂直方向
检测器
2.1.6 荧光仪 与分光光度计的主要差别
① 垂直测量方式, 消除透射光影响 ② 两个单色器，激发和发射，常用光栅
06:24:59
2.1.1 产生 去活化示意图
06:24:59
驰豫 吸收 2.1.1 产生 去活化演示
e e
e
06:24:59
e
内部转换 荧光 2.1.1 产生 去活化演示
e e
e
06:24:59
2.1.1 产生：过程
吸收激发
内振 部动 转驰 换豫
荧光的产生
e e
S1最低
辐荧 射光
e
S0各振动能级
x 1 e
吸收的强度
2!
3!
I f f I a f (I0 I ) f I 0 (110 )
A
入射的
出射的
A=kbc
I f 2.30 f I0 A 2.30 f I0kbc Kc
2.1.4 定量关系
I f Kc
A lg( I 0 I )
φf＝发荧光的分子数/激发态分子总数
f
kf k f ki
提高kf，降低ki 都可增强荧光
分析应用价值φf>0.1；荧光素的φf～1
06:24:59
分子发光分析
2.1.1 产生
2.1.1 荧光的产生
2.1 荧光
2.1.2 荧光效率 2.1.4 定量关系 2.1.6 荧光仪器
2.1.3 荧光的影响因素 2.1.5 发射与激发光谱 2.1.7 实验技术与应用
内量子数J有2S+1个取值
(L+S),(L+S-1),…,(|L-S|)
好 单线态与三线态 Mg的S0/ S1/ T1态 S= 1 2 1 2 0 多 1 2 自旋量子数 3 p ， 状态state 1 的代数和 意 2 义 3s st激发态 基态 都 1 2S+1=1 2S+1=3 2S+1=1 不 角量子数L=0 同 s轨道 J有2S+1个取值:(L+S),(L+S-1),…,(|L-S|)
通常自旋不变 激发态S1/ S2
自旋改变 激发态T1/T2
Hund 规 则
M=2S+1 3 平行自旋 能量更低 三重态triplet state
06:24:59
单线态与三线态
Mg的基态与第一激发态
3p 3s
1 2
1 2
1 2
1 2
1 2
1 2
基态
1st激发态
2S+1=1
2S+1=1
2S+1=3
无
无
有
环境因素-- 其他：
表面活性剂：φf ↑
溶解氧(增大系间跨跃)：φf ↓
2.1.3 影响因素
猝灭效应 (1)碰撞猝灭及能量转移：
主要是外部转换热效应
A lg( I 0 I )
溶剂或溶质分子间发生物理或化学作用导致荧光强度下降。
与熄灭剂碰撞：M* +Q →M+Q+热
激发熄灭剂： M* +Q →M+Q* 粘度大 ↓效应，利于荧光 度高 ↑效应，不利荧光 温
红色荧光 联二苯 φf＝0.2
滂铬 BBR
2.1.3 影响因素
分子结构
给/吸电子基增/减荧光
典型给电子基团： -NH2、 -OH
n-π共轭, 但成盐荧光大减
苯：
10
苯酚： 18
苯甲酸
相对荧光强度 3
酚离子：10
苯胺： 20
苯胺离子：0
硝基苯
0
典型吸电子基团： >C=O 、-NO2
增系间窜跃，磷光会增强
2 分子发光分析
2.1 荧光Fluorescence
F
2.2 磷光Phosphorescence
P
2.3 化学发光Chemiluminescence
C
分子发光分析
2.1.1 产生
2.1.1 荧光的产生
2.1 荧光
2.1.2 荧光效率 2.1.4 定量关系 单线态与三线态 2.1.6 荧光仪器 去活化6方式
Δλ<15nm, 仅显示酪氨酸光谱
Δλ >60nm, 则显示色氨酸光谱 激发
发射
k /(103 mg-1 L)
5 4 3 2 1 0 260 310 360 λ /nm 410 460 phe tyr try
06:24:59
2.1.7 实验技术与应用
③ 应用
无机物：已有～70种元素可分析。 鳌合物法：Be Al B Ga Se Mg
光源：高发射强度。常用氙灯。
高灵敏度原因：测量I非A， 确定量子效率
提高激发光强度，现代技术测弱光信号
06:24:59
2.1.6 荧光仪 试样室：
四面光石英池 固体试样架
四 面 光 比 色 皿
色散系统：光栅
第一单色器选激发光波长 第二单色器选荧光波长
06:24:59
2.1.7 实验技术与应用 Th 0.01μg
2.1.3 荧光的影响因素 多重度M 2.1.5 发射与激发光谱 Mg的光谱项 2.1.7 实验技术与应用
06:24:59 5/12/2014
06:24:59
2.1 荧光Fluorescence
2.1.1 产生
激发态
分子的电子能态：基态→激发态 则: 能量增加/分子的多重性可能改变
多重度M=2S+1
2.1.3 荧光的影响因素 2.1.5 发射与激发光谱 2.1.7 实验技术与应用
06:24:59 5/12/2014
06:24:59
2.1.4 定量关系
A lg( I 0 I )
A lg( I 0 I )
即
I I 0 10
2 3
A
泰勒级数展开 x e x 1 x x x ... 1 x
① 时间分辨技术, 各发光体的发光衰减速率不同
光谱重叠，发光寿命不同的组分可分辨与测定。 对门控时间扫描，测If～t，测定荧光寿命。 根据不同发光体形成速率，消除干扰。
06:24:59
2.1.7 实验技术与应用
② 同步扫描技术
本质： 不同轨道的能量差
固定波长差，简化荧光光谱，提高选择性。 酪氨酸和色氨酸：荧光光谱严重重叠 丁省－普通荧光 丁省－同步荧光
2.1.3 影响因素
猝灭效应
(1)氧熄灭
顺磁性氧分子，促系间跨跃成三重态
A lg( I 0 I )
(3) 自熄灭/自吸收
自熄：浓度高时，激发态之间相互碰撞 自吸：荧光与吸收曲线重叠，又被基态分子吸收
这点也要求荧光测量：
低浓度！
分子发光分析
2.1.1 产生
2.1.1 荧光的产生
2.1 荧光
2.1.2 荧光效率 2.1.4 定量关系 2.1.6 荧光仪器
1 2 1 2 1 2 1 2
S
L= J=
0 (用S表示) 0
1(用P表示) 1
1 2, 1, 0