荧光基本原理
荧光法原理
荧光法原理一、引言荧光法是一种广泛应用于生命科学、化学和物理学等领域的分析方法，它基于物质在受到激发后发出荧光的原理，通过测量荧光强度来确定样品中所含物质的浓度或性质。
本文将详细介绍荧光法的原理及其应用。
二、荧光现象1. 荧光定义当某些物质受到能量激发后，会发生从低能级到高能级的跃迁，并随即从高能级向低能级跃迁时放出辐射，这种辐射称为荧光。
与磷光不同，荧光是在吸收外部能量后立即放出的辐射。
2. 荧光特性荧光具有以下特性：（1）波长长：通常波长范围在200-700 nm之间；（2）持续时间短：持续时间通常在10-9秒至10-6秒之间；（3）强度低：通常比吸收强度低几个数量级；（4）受环境影响大：如溶剂极性、温度、pH值等。
三、激发和发射1. 激发荧光分析中，样品通常通过吸收紫外线、可见光或其他形式的电磁辐射来激发。
当吸收的能量与物质的电子跃迁到高能级时，就会激发荧光现象。
2. 发射激发后，物质在返回基态时会放出辐射，即荧光。
荧光具有一定的波长范围和强度，可以通过荧光仪来测量。
四、荧光仪测量1. 荧光仪构造荧光仪由以下部分组成：（1）激发源：产生激发波长的灯或激光器；（2）样品室：容纳待测样品；（3）检测器：检测样品放出的荧光；（4）滤波器：挑选特定波长的荧光信号。
2. 测量原理荧光信号经过滤波器后被检测器检测到，并转换为电信号。
然后经过放大和处理后输出到计算机或记录装置上。
根据不同实验要求可以选择不同的滤波器和检测器。
五、应用领域1. 生命科学荧光法在生命科学中应用广泛，如荧光定量PCR、荧光原位杂交、蛋白质分离和检测等。
2. 化学分析荧光法在化学分析中应用较多，如气相色谱、液相色谱、毒素检测等。
3. 材料科学荧光法在材料科学中也有应用，如纳米材料的表征等。
六、总结荧光法是一种灵敏度高、选择性好的分析方法。
它广泛应用于生命科学、化学和物理学等领域。
通过测量样品放出的荧光信号，可以确定样品中所含物质的浓度或性质。
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。
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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。
分子荧光基本原理
分子荧光基本原理分子荧光是一种分子从高能级激发态返回到低能级基态时发出的光。
分子荧光主要是由于分子在受到激发后，电子跃迁至激发态，再回到基态时放出荧光。
这个过程是通过分子的内部结构和电子态之间的相互作用完成的。
分子荧光的基本原理可以通过分子的能级结构来解释。
在分子内部，存在着不同的能级，分别是基态、激发态、离子态等。
当分子受到能量输入（如光或热激发）时，电子可以跃迁到激发态。
在这个过程中，分子吸收能量，电子跃迁至高能级的激发态。
然后在一个相对较短的时间内，电子会从激发态返回到基态。
在这个过程中，分子释放出多余的能量，产生出发光。
这就是分子荧光的基本原理。
分子荧光的发生与能级结构有着密切的关系。
分子内部的能级结构是由分子的内部结构和分子轨道的排列规则来决定的。
在分子中，电子分布在不同的分子轨道上，这些轨道间的跃迁会导致分子的吸收和发射光谱。
当分子受到激发后，电子会占据一个比较高的能级的激发态。
随后，电子会通过辐射的方式返回到基态，释放出比较低能量的光子。
这个过程中，光子的波长和分子的能级结构有直接的关系。
分子的内部结构和键合方式也会影响分子的荧光性质。
比如，共轭结构的分子通常会表现出较强的荧光性质，因为共轭结构可以增加分子的π电子系统，加强分子的电子跃迁和荧光的产生。
此外，分子的溶剂环境也会影响分子的荧光性质。
在极性溶剂中，分子的电子态和能级结构会发生改变，从而改变了分子的光谱性质。
分子荧光的原理也可以应用于分析化学和生物化学领域。
分子荧光是一种非常敏感的检测技术，可以用于分析样品中的分子结构、浓度、和环境条件。
比如，荧光标记法可以用于追踪生物分子在细胞中的位置和运动。
利用分子的荧光性质，可以研究生物分子的相互作用、变化、和代谢过程。
此外，分子荧光也可以应用于环境监测和药物研发等领域。
总之，分子荧光是一种由分子内部结构和能级结构决定的发光现象。
分子在受到激发后，通过电子跃迁回到基态时释放荧光，这一过程受分子的结构、能级结构、溶剂环境等因素的影响。
荧光检测原理
荧光检测原理
荧光检测原理是利用样品中荧光物质的特性来进行检测和分析。
荧光物质在受到激发后会吸收光能量，然后发出具有特定波长的荧光信号。
通过测量荧光信号的强度和波长，可以获取样品中荧光物质的信息和特征。
荧光检测的基本原理包括激发和发射两个过程。
首先，用具有特定波长的激发光源照射样品，激发荧光物质中的电子跃迁至高能级。
这时，荧光物质会吸收光能量并进入激发态。
接下来，荧光物质逐渐回到基态。
在这个过程中，荧光物质会放出具有特定波长的荧光光子，称为发射光。
这个波长通常比激发光的波长长，也称为红移。
波长的变化是由于激发态和基态之间的电子能级差异引起的。
荧光检测通常使用荧光分光光度计或荧光显微镜等仪器来测量样品发射的荧光光子。
这些仪器可以选择性地测量特定波长范围内的荧光信号，并记录下其强度。
荧光检测在生物医学、环境分析、材料科学等领域具有广泛的应用。
通过合理选择荧光探针和荧光检测技术，可以实现快速、准确和高灵敏度的检测和分析。
此外，荧光检测还可以与其他技术（如共聚焦显微镜、流式细胞术等）结合使用，提高检测效果和信息获取。
荧光灯发光原理
荧光灯发光原理
荧光灯发光原理是通过电流经过荧光粉激发放出光线。
荧光灯内部有一个密封的玻璃管，管内充满了气体和少量的汞蒸汽。
当电流通过两端的电极时，电极之间产生的电弧加热了汞蒸汽，使其变成了等离子体。
等离子体中的电子与汞原子碰撞，激发汞原子的电子从低能级跃迁到高能级，吸收能量。
当电子返回原来的低能级时，释放出能量，这些能量会被部分转化为紫外线。
紫外线发出后，会被内壁覆盖着荧光粉的玻璃管吸收。
荧光粉是一种能够吸收紫外线并重新辐射出可见光的物质，不同种类的荧光粉可以辐射出不同颜色的光。
当紫外线照射到荧光粉上时，荧光粉内的电子跃迁并辐射出可见光。
这样，荧光灯就能够通过电流激发汞蒸汽放出紫外线，而荧光粉则将紫外线转化为可见光，从而让荧光灯发出明亮的光线。
与一般的白炽灯相比，荧光灯发光原理更加高效，并且节能。
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。
荧光检测原理
荧光检测原理
荧光检测是一种常用的化学分析方法，其基本原理是荧光分子在受到足够的能量吸收之后，以较低的能量释放出光来。
它具有独特的特性，比如较灵敏、检出范围宽，尤其适合用于无损检测，用来检测复杂混合物中的微量成分。
荧光检测工作原理是采用光谱仪产生一种有特定频率的辐射，称为“激发源”，这种辐射能量传递到被检测的物质，引起它们中的某些物质发出荧光信号，光谱仪可以检测整个荧光信号的频率和强度。
常用的荧光检测装置包括：发射和接收器，根据穿透微量物质的情况，选择合适的激发源和探测器，从而检出混合物中的微量成份。
荧光检测可以实现快速、灵敏、无损地检出混合物中的纳米级分子，用于活体组织细胞染色以及颜色标记物质的检测。
此外，它还可以用来研究细胞中的酶-反应机制以及了解其他生物活动，从而探索生命现象和活动机理。
荧光检测一般由以下步骤组成：设计检测系统（发射和接收器），根据要检测的物质的特性，选择适当的激发源和探测器；在检测过程中注入荧光探针，让物质与荧光分子发生反应，从而检出微量成份；最后，用光谱仪收集信号，最终获得荧光显色剂结果。
荧光检测是检测混合物中微量成分的有效方法，其优势是灵敏度高、无损检测，可以检测到毫微量的物质，且影响小，可以准确测量混合物中的成分。
但是，由于荧光探针受其他非荧光物质的干扰，会影响荧光检测的结果，也会影响检测的灵敏度，需要在反应过程中添
加抑制剂来抑制其他非荧光物质的干扰，以得到更可靠的检测结果。
总之，荧光检测是一种有效、快速、灵敏的技术，使用它能够准确快速地检测混合物中的微量成份，它有助于研究细胞内组分的分布情况和功能，以及调查生物活动的机制。
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:
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经过这套精确考虑溶剂效应的计算之后，你不可能只从一个输 出文件中就能读出你需要的激发或者发射光谱。 而是需要从第一步和第三步读出的能量差值手工计算得到特征 吸收波长（紫外）； 从第六步和第七步读出的能量差值手工计算得到特征发射波长 （荧光）。 如果只从读第二步的结果作为紫外光谱，只读第四步的结果作 为荧光光谱，那么你就还没有领会到为什么要用非平衡溶剂处 理顺势的激发及发射过程。
发射荧光光子数
吸收光子数
nF kF n A k F ki
i
kF荧光过程速率常数， 由物质粒子本身决定
吸收强度越大，被激发到高能级的粒子数越多，则向下跃 迁产生的荧光越强
吸收光谱 强度 强度
荧光光谱
波长
波长
第一步是基态的结构优化和频率，得到一个 1.chk 第二步是垂直激发的TD-DFT计算，用第一步的 1.chk 文件得到一个新的 2.chk 第三步是垂直激发的特定态溶剂化。 第四步激发态几何结构优化计算，用第二步的 2.chk 文件得到一个新的 4.chk 第五步激发态几何结构频率光谱，用第四步的 4.chk 文件得到一个新的 5.chk 第六步
基本原理
某些物质经某波长入射光照射后，分子被激发从Sa到Sb，并在很短 时间内去激发从Sb返回Sa，发出波长长于入射光的荧光。
荧光属于光致发光 ,包括吸收和发射两个过程，荧光光谱属于发射光 谱。 荧光发射：第一电子激发态的最低能级→基态能级
由第一电子激发态的最低能级跃迁至基态，光的形式释放能量，即 荧光
磷光发射：三重态→基态能级
先无辐射跃迁至三重态，逗留较长时间后再跃迁至基态能级，发射 磷光
荧光发光原理
荧光光谱选择性好，能吸收光的物质不一定能发射荧光，一定波长 下不同物质的荧光光谱不同 荧光光谱没有吸收光谱使用广泛，许多物质不产生荧光，并且荧光 对环境因素非常敏感
产生荧光的基本条件
入射光要能被物质粒子吸收，使粒子能够跃迁到激发态，然后经第 一电子激发态的最低能级，降落到基态振动能级 物质粒子要具有高的荧光效率