荧光发光原理
荧光的发光原理
荧光的发光原理
荧光的发光原理是基于物质被激发后放出能量的特性。
荧光物质中的原子或分子在受到能量激发后，电子跃迁到高能级轨道上，并处于不稳定的激发态。
当电子从高能级返回到低能级时，会释放出余下的能量，并以光的形式发出。
这是由于电子能级间的能量差决定了发射的光的波长，通常在可见光谱范围内。
具体来说，荧光物质中的电子经过短暂的停留时间后，跃迁到较低的能级上，释放出一个光子。
这个过程是非辐射性的，因为荧光物质本身并不会加热或产生热量。
荧光物质的发光原理与其分子结构以及电子能级分布有关。
当激发光源（例如紫外线）照射到荧光物质上时，能量被传递给其中的电子，使得电子能级在激发态上升。
然后，电子在激发态停留一段时间后会返回到基态（最低能量态），并释放出能量，产生可见光。
除了荧光物质本身的特性外，环境因素也会影响荧光的发光效果。
例如，温度和溶液浓度等因素会影响荧光物质的发光强度和发光时长。
此外，不同的荧光物质会在不同的波长范围内发射光，因此可以根据所需的荧光颜色选择不同的荧光物质。
总而言之，荧光的发光原理是荧光物质的电子能级跃迁过程，激发态的电子返回到基态时会释放出能量，这能量以可见光的形式发出。
这种特性使得荧光广泛应用于照明、显示、标记和生物技术等领域。
荧光发光原理
荧光发光原理
荧光发光是一种在特定条件下物体发出的可见光。
其原理是通过吸收一定能量的光或电子激发物质的电子，使其处于激发态。
当这些激发态的电子回到基态时，会释放出能量并发出荧光。
这种能量的转变是由于电子能级的跃迁造成的。
具体来说，荧光发光的过程包括激发、发射和退激发三个阶段。
在激发阶段，外部光或电子的能量被吸收，使物质中的一些电子被激发到较高的能级。
在发射阶段，激发态电子回到基态，发射出与吸收的能量相对应的光子。
这些发射的光子具有特定的波长和能量，因此呈现出特定的颜色。
在退激发阶段，光子能量与物质之间的相互作用使电子重新处于基态。
荧光发光的原理与其他光发射现象（如自发辐射、发光二极管）有所不同。
在荧光发光中，物质在被激发后会辐射出较长波长的光，这导致了荧光物质常常呈现出明亮而活泼的颜色。
这也是为什么荧光物质在黑暗中仍然可见的原因。
荧光发光应用广泛，例如在荧光灯、荧光屏幕和荧光染料中都有应用。
通过控制激发物质和发射物质的化学成分及物理结构，可以调节荧光发光的颜色和强度。
这使得荧光技术成为了现代科学、医学和生物学研究中的重要工具。
荧光的发光原理
荧光的发光原理荧光是一种非常特殊的现象，它可以让物体在黑暗中发出柔和的光芒。
这种现象的产生与荧光分子的特殊性质有关，下面我们来详细了解一下荧光的发光原理。
一、荧光分子的特性荧光分子是一类具有特殊能力的分子，它们可以吸收能量并将其转化为电子的激发态。
当荧光分子处于激发态时，它们会变得非常不稳定，因为这些电子会很快失去激发态并返回基态。
在这个过程中，荧光分子会释放出能量并发出光。
荧光分子的这种特殊性质是由它们的电子结构决定的。
荧光分子通常由一个芳香环和一个或多个侧链组成。
这些侧链可以是任何类型的，例如氨基、羧基、硝基等。
芳香环中的电子可以被侧链吸引，形成共轭体系。
这种共轭体系可以允许电子在分子内自由移动，并吸收和释放能量。
二、荧光的激发和发射荧光的发光过程可以分为两个步骤：激发和发射。
激发是指荧光分子吸收外部能量并进入激发态的过程。
这个过程可以通过光、电子或其他形式的能量来实现。
当荧光分子被激发时，它们会进入一个高能态，这个高能态非常不稳定，并且只能短暂存在。
发射是指荧光分子从激发态返回基态并释放出能量的过程。
在这个过程中，荧光分子会放出一个光子，并且返回到一个低能态。
这个光子的能量通常比激发荧光分子所吸收的能量要低，因此荧光是一种低能光。
三、荧光的颜色和强度荧光的颜色和强度取决于荧光分子的结构和环境。
不同的荧光分子吸收和发射的光的波长不同，因此它们会产生不同的颜色。
强度则取决于荧光分子的浓度和光源的强度。
荧光的颜色可以通过改变荧光分子的结构来调节。
例如，可以通过改变侧链的类型和数量来调节荧光分子的颜色。
荧光分子的环境也可以影响荧光的颜色和强度。
例如，荧光分子在不同的溶剂中会有不同的发光行为。
四、应用荧光的发光原理被广泛应用于生物学、化学、材料科学等领域。
在生物学中，荧光被用于标记生物分子，例如蛋白质、DNA和细胞。
这些标记可以用于研究生物分子的结构和功能，以及疾病的诊断和治疗。
在化学中，荧光被用于检测化学反应的进程和结果。
荧光物质发光原理
荧光物质发光原理
荧光物质是一种能够在受到激发后发出可见光的物质，其发光原理是通过吸收能量后激发内部电子，然后电子返回基态时释放出能量的过程。
荧光物质发光的原理可以分为激发和发射两个过程，下面将详细介绍荧光物质发光的原理。
首先，荧光物质在受到外界能量作用下会发生激发。
这种外界能量可以是光、电、热或化学反应等形式，激发能量的大小决定了电子激发到激发态的程度。
当外界能量作用到荧光物质上时，部分原子或分子的电子会被激发到较高的能级，形成激发态。
这个过程中，外界能量被吸收，电子的能级被提升，荧光物质处于一个不稳定的激发态。
接着，激发态的电子会在短时间内返回到基态，释放出能量。
这个能量以光的形式发射出来，形成可见光。
这个过程称为发射。
荧光物质发光的颜色和强度与其分子结构和能级有关，不同的荧光物质对应着不同的发光颜色。
荧光物质发光的原理可以用能级图来解释。
在能级图中，荧光物质的基态和激发态分别对应着两个水平的能级，外界能量的作用使得电子从基态跃迁到激发态，然后电子在短暂的时间内从激发态跃迁回基态，释放出能量。
这个能级跃迁的过程决定了荧光物质发光的特性。
荧光物质发光原理的应用非常广泛，例如在荧光灯、荧光标记、生物成像等领域都有重要的应用。
荧光物质发光原理的研究也对于理解物质的光学性质和电子结构具有重要意义。
总之，荧光物质发光的原理是通过外界能量的激发，使得荧光物质内部的电子跃迁到激发态，然后再从激发态跃迁回基态，释放出能量的过程。
这种发光原理不仅在科学研究中有重要意义，也在生活和工业中有着广泛的应用前景。
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荧光物质受到吸收特定波长或能量的光线后，能够发出不同波长的光线。
这种现象是由荧光物质分子内部的电子跃迁引起的。
在荧光物质分子内部，存在着一系列能级。
当荧光物质受到外界能量的激发时，分子内的电子从低能级跃迁到高能级，这个过程称为激发过程。
在电子从高能级返回低能级的过程中，会释放出能量，并以光的形式发出。
这个过程称为荧光发射。
荧光物质的发光颜色，取决于荧光物质分子内部的能级结构。
不同能级之间的能量差决定了发出的光的频率和波长。
能级差越大，发出的波长越短，光的颜色就越偏向蓝色或紫色；能级差越小，发出的波长越长，光的颜色就越偏向黄色或红色。
荧光物质的发光原理与磷光物质有所不同。
磷光物质在受到激发后，电子会先跃迁到一个较高的能级上，然后再逐渐跃迁到较低能级上，释放能量并发出光。
相比之下，荧光物质的发光过程更为快速，电子直接从激发态跃迁到基态，能量的损失更小，因此荧光物质的发光更加明亮。
荧光物质的发光原理对实际应用具有很大的意义。
利用荧光物质的发光特性，我们可以制作出各种各样的荧光材料，如荧光标记剂、荧光染料、荧光涂料等。
这些荧光材料广泛应用于化学、生物、材料等领域中，例如生物成像、荧光屏幕、防伪技术等。
荧光发光原理
荧光发光原理荧光发光原理是一种物理现象，指的是某些物质在受到激发后能够发出可见光的现象。
荧光发光原理的研究对于我们理解光的性质、应用光学技术以及发展新型光学材料具有重要意义。
本文将就荧光发光原理进行详细的介绍，希望能够帮助读者更好地理解这一现象。
荧光发光原理的基本过程是，当某些物质受到能量激发后，其内部的电子会跃迁到一个较高的能级。
在电子跃迁的过程中，会释放出部分能量，这部分能量就表现为可见光。
这种发光的过程是一个自发的过程，因此被称为自发辐射。
荧光发光原理的关键在于激发能量的输入和电子跃迁的能级结构。
荧光发光的激发能量可以是光能、热能或电能，而被激发的物质则被称为荧光体。
在荧光体受到激发能量后，其内部的电子会跃迁到一个激发态，这个激发态是一个比基态能级高的能级。
在激发态停留的时间极短，通常只有纳秒量级，之后电子就会跃迁回基态。
在电子跃迁的过程中，释放出的能量就表现为荧光发光。
荧光发光的颜色和强度与荧光体的性质有关，不同的荧光体在受到激发后会发出不同颜色的荧光。
荧光发光原理在实际生活中有着广泛的应用。
荧光灯就是利用荧光发光原理制作的一种照明设备。
荧光灯的荧光粉受到电能激发后会发出可见光，从而实现照明的效果。
此外，荧光发光原理还被应用在荧光标记、荧光显示屏、荧光染料等领域。
荧光发光原理的应用不仅丰富了我们的生活，也推动了光学技术的发展。
总之，荧光发光原理是一种重要的物理现象，其基本过程是某些物质在受到能量激发后，内部的电子跃迁到一个较高的能级，释放出的能量表现为可见光。
荧光发光原理在照明、标记、显示等领域有着广泛的应用，对于推动光学技术的发展具有重要意义。
希望本文能够帮助读者更好地理解荧光发光原理，进一步认识光的性质，以及探索更多的光学应用。
荧光灯发光原理
荧光灯发光原理
荧光灯是目前各种电灯中最常用的一种，它是由电极、真空玻璃管和电路组成的灯具，其发光原理是：首先，当荧光灯通电，电极就会从两个端口产生直流电荷，电荷形成越来越多的带电离子，在真空玻璃管中形成由正负电荷形成的磁场，这磁场引起离子的移动，最终形成强大的电磁线，大量带电离子和电子开始不断碰撞，耗去电子最终转化成释放出的紫外线，然后涂层在灯泡的内壁上的荧光物质开始被紫外线激发，最终形成白光，这也就是荧光灯发光的原理。
荧光灯在实际应用中比普通白炽灯灯使用更加广泛。
首先，荧光灯有更高的能效，在同容积下，荧光灯的发光功率高30-60%，而其灯泡更加耐用，灯泡使用寿命长达6000-10000小时，比普通白炽灯灯长至少8倍；另外，荧光灯灯更加容易调光，照明效果也更为柔和自然等特点，使荧光灯灯在照明行业的应用也变的更加广泛，从居家、办公、工厂、学校等地都可以看到它的身影。
- 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)。
4.1 引言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，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。
这不是本章要介绍的内容。
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搁，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。
4.2基本概念和原理4.2.1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。
***Figure 5.3 Some pathways of relaxation from the excited state.***（P96）上图（Campbell书中图5.3）表示了激发态分子的几种弛豫过程。
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。
这个过程大约为10-12秒。
从第一电子激发态的最低振动能级返回基态的不同振动能级，如果能量以光子形式释放，则放出的光称为荧光。
这个过程通常发生在10-6-10-9秒内。
由于荧光的频率低于入射光的频率，因此测量到的荧光频率与入射光的频率不同。
同时，荧光是从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干扰，可以达到很高的灵敏度，一般比吸收光谱高两个数量级左右。
此外，由于荧光有一定的寿命，且其寿命比紫外吸收的时间过程(10-15秒)要长，因此一些用紫外观测不到的变化过程(如生色团及其环境的变化)，恰好可以用荧光来观测。
在紫外吸收的时间过程(10-15秒)中，生色团及其环境基本上是静止不变的。
而在很多反应中，溶剂的重新排列和分子的运动过程发生的时间与激发态的寿命是同一量级。
4.2.2 磷光如果某种物质在被某种波长的光照射以后能在较长的时间内发出比荧光波长更长的波长的光，则称这种光为磷光。
***Figure 5.3 Some pathways of relaxation from the excited state.***（P96）磷光产生的机制与荧光是不同的，虽然它们都属于发射光谱，但磷光不是处于第一电子激发态的最低振动能级的分子直接释放出光子回到基态的结果，而是从某种能量低于第一电子激发态的最低振动能级的另一种亚稳能级 三重态向基态的各振动能级以辐射方式产生跃迁时发出的光。
所谓三重态或三线态，是指分子中电子自旋量子数S=1，即原来两个配对的自旋方向相反的电子之一自旋方向改变，以至电子自旋之和不为0的情况。
处于第一电子激发态最低振动能级的分子，有可能通过无辐射跃迁(系间交连，intersystem crossing)消耗部分能量，其中一个电子的自旋方向倒转，从而处于三线态。
从三线态的最低振动能级向基态的各振动能级跃迁并释放出光子，则其发光为磷光。
由于三线态的电子自旋和不为零，这种跃迁是一种被禁跃迁，即跃迁几率很小。
这样，在三线态停留的时间即寿命就比较长(从10-3秒到数秒)，强度很弱。
由于三线态能量低于第一电子激发态最低振动能级，因此磷光的波长比荧光长。
4.2.3 激发谱和发射谱(参考书P94)荧光光谱包括激发谱和发射谱两种。
激发谱是荧光物质在不同波长的激发光作用下测得的某一波长处的荧光强度的变化情况，也就是不同波长的激发光的相对效率；发射谱则是某一固定波长的激发光作用下荧光强度在不同波长处的分布情况，也就是荧光中不同波长的光成分的相对强度。
激发谱既然是表示某种荧光物质在不同波长的激发光作用下所测得的同一波长下荧光强度的变化，而荧光的产生又与吸收有关，因此激发谱和吸收谱极为相似，呈正相关。
由于激发态和基态有相似的振动能级分布，而且从基态的最低振动能级跃迁到第一电子激发态各振动能级的几率与由第一电子激发态的最低振动能级跃迁到基态各振动能级的几率也相近，因此吸收谱与发射谱呈镜象对称关系。
Processes leading to fluorescence***Figure 5.2***(p94)在发射谱中最大荧光强度的位置称为λmax ，它是荧光光谱的一个重要参数，对环境的极性和荧光团的运动很敏感。
4.2.4 荧光寿命(fluorescence lifetime) 参考书p95去掉激发光后，分子的荧光强度降到激发时最大荧光强度的1/e 所需要的时间，称为荧光寿命，常用τ表示:I t =I 0e -kt其中I 0是激发时最大荧光强度，I t 是时间t 时的荧光强度，k 是衰减常数。
假定在时τ时测得的I t 为I 0的1/e ，则τ是我们定义的荧光寿命。
01I eI t = τk e I I e-=001 τk e e e--==11 k τ=1τ=1/k即寿命τ是衰减常数k 的倒数。
事实上，在瞬间激发后的某个时间，荧光强度达到最大值，然后荧光强度将按指数规律下降。
从最大荧光强度值后任一强度值下降到其1/e 所需的时间都应等于τ。
如果激发态分子只以发射荧光的方式丢失能量，则荧光寿命与荧光发射的速率常数成反比，速率常数即为单位时间中发射的光子数，因此有τF =1/K F 。
K F 是速率常 数。
τF 表示荧光分子的固有荧光寿命，k F 表示荧光发射过程的衰减常数。
如果除荧光发射外还有其它释放能量的过程(如淬灭和能量转移)，则寿命τ还和这些过程的速率常数有关，结果是荧光寿命降低。
由于吸收几率与发射几率有关， τF 与摩尔消光系数εmax (单位为cm 2mol -1或(mol dm --3) -1cm -1)也就密切相关，从下式可以得到τF 的粗略估计值(单位为秒)。
1/τF ≈104εmax在讨论寿命时，必须注意不要把寿命与跃迁时间混淆起来。
跃迁时间是跃迁频率的倒数，而寿命是指分子在某种特定状态下存在的时间。
通过量测寿命，可以得到有关分子结构和动力学方面的信息。
4.2.5 量子产率 (quantum yield) 参考书P96荧光量子产率是物质荧光特性中最基本的参数之一，它表示物质发射荧光的本领。
荧光量子产率通常用φ来表示，定义为发射量子数和吸收量子数之比，即由荧光发射造成的退激分子在全部退激分子中所占的比例，又称为荧光效率，即发射量子数φ = −−−−−吸收量子数处于激发态的分子，除了通过发射荧光回到基态以外，还会通过一些其它过程回到基态。
其结果是加快了激发态分子回到基态的过程(或称退激过程)。
总的退激过程的速率常数k 可以用各种退激过程的速率常数之和来表示:k =k F +∑k ik i 表示各种非辐射过程的衰减速率常数。
则总的寿命τ为:τ=1/k =1/(k F + ∑k i )因此，量子产率又可以表示为∑+=ii F F F k K K φ 因为 1/k F =τF ， τ=1/(k F +∑k i )所以 φ =τ/τFφ的绝对值是较难用实验的方法测量的，因为必须事先知道仪器的修正因子。
实际测量中大多采用相对法，即用已知量子产率的标准样品与待测样品进行比较。
后面将要证明:对稀溶液来说，荧光强度F 与吸收度A 成正比:F =kI 0A ϕ这里k 是比例常数，I 0是吸收前的光强度， φ 是荧光量子产率。
若两种溶液测量条件完全相同，则:F 1/F 2=A 1φ 1/(A 2φ 2)φ 1/φ 2=F 1A 2/(F 2A 1)已知φ 2就可求出φ 1。
由于各种竞争性过程而使荧光量子产率减小的现象称为淬灭(quenching)，如温度淬灭，杂质淬灭等。
量子产率对于生色团周围的环境以及各种淬灭过程很敏感。
量子产率的改变必然会引起荧光强度的改变。
因此，如果只要研究量子产率的相对值，只要量测荧光强度也就足够了。
4.2.6 荧光强度：参考书P97荧光强度F 取决于激发态的初始分布I A 与量子产率φ的乘积。
这里的F 指的是向各个方向上发射的荧光强度的总和，实际上，谱仪收集的只是其中的一小部分。
因此仪器测到的荧光强度Ｆ=I A φ Z ，这里Z 是仪器因子。
椐据Beer-Lambert 定律I A =I 0-I t =I 0{1-exp[-2.3ε (λA )·C ·l]}式中ε (λA )为激发波长处的消光系数，Ｃ为样品分子的浓度，I 0为入射光强度，I 0为透过样品后的光强度，l 为光程（样品池光径）对于稀溶液，吸收很稀， ε (λA )很小-<<2.3ε (λA)C·l＜＜1因此，1-2.3ε (λA)C·l≈exp(-2.3ε (λA)C·l)I A=I0(1-(1-2.3ε (λA)C·l)) =2.3I0ε (λA)C·lFλ=I AφZ=2.3I0ε (λA)C·l·ϕ·Z如果激发光强保持不变，且ϕ和Z与激发波长无关，则F∝ε (λA)很显然，荧光强度与样品在波度λA处的消光系数有关，而消光系数与激发波长是密切相关的，消光系数随波长的变化即吸收谱，因此荧光强度也随激发波长的变化而变化。
激发谱与吸收谱的正相关关系在此一目了然。
当然，实际上仪器因子Z与波长是有关的，这就使得激发谱与吸收谱并不完全相似。
4.2.7. 荧光偏振（偏振荧光，极化荧光）参考书P98用平面极化光（偏振光）去激发一个荧光系统，可以产生极化荧光。
可以通过对极化荧荧光的分析确定分子的大小，形状和流动性等性质。