荧光和磷光的产生过程
分子荧光和磷光光谱分析法讲解
2、荧光、磷光的寿命和量子产率
荧光寿命τf ：荧光分子处于S1激发态的平均寿命
f
1 (kf
K)
k f ：荧光发射过程的速率常数
K ：各种分子的非辐射衰变过程的速率常
数的总和。
典型分子的荧光和磷i 在光 10-8~ 10-10s
光谱分析法讲解
➢ 磷光寿命τp ：磷光分子处于T1激发态的平均寿命。
f kf (kf K)
➢ 荧光量子产率的大小取决于荧光发射与非辐射 跃迁过程的竞争结果。
K << k f
f 1
分子荧光和磷光 光谱分析法讲解
➢ 磷光量子产率（p）
p
S
TKp
Kp
Kj
K p ：磷光发射的速率常数
ST ：S1 T1系间窜越的量子产率
Kj ：与磷光发射过程相竞争的从T1态发生 的所有非辐射跃迁过程的速率常数的
分子荧光和磷光 光谱分析法讲解
二、荧光、磷光与分子结构的关系
➢ 分子中的电子是依序排列在能量由低到高的 分子轨道上。
σ* π*
反键轨道
n 电子
π
键合轨道
σ
图8-2.有机分子吸光所涉及的能层
分子荧光和磷光 光谱分析法讲解
➢ 虽然很多物质能够吸收紫外和可见光，然而只 有一部分物质能发荧光或磷光，分子能否发荧光 或磷光，在很大程度上决定于它们的分子结构。
振动弛豫：分子将多余的振动能量传递给介质而 衰变到同一电子能级的最低振动能级 的过程。
内转化：相同多重态的两个电子态间的非辐射跃 迁过程。
例如： S1 S0
T2 T1
系间窜越：不同多重态的两个电子态间的非辐射 跃迁过程。
荧光与磷光的基本原理
荧光与磷光的基本原理荧光和磷光是物质光致发光过程中常见的两种现象。
它们可以被用来检测材料的性质、追踪物质在生物体内的分布，以及在科学研究和工业中扮演着至关重要的角色。
本文将讨论荧光和磷光的基本原理，以及它们的应用。
一、荧光的基本原理荧光是一种光致发光现象。
当某些物质被激发时，它们会吸收能量，并在吸收后发射光子。
这个过程可以被描述为：M +hυ(excited state) → M* → M + hυ(emission) 。
其中M为物质，hυ为光子，excited state和emission分别表示激发态和发射态。
荧光在荧光检测和生物学研究中被广泛使用。
它可以用于探测药物、发现病毒、细菌和细胞，以及跟踪DNA和RNA等生物大分子。
荧光还有广泛的应用，如流式细胞仪、荧光显微镜等。
二、磷光的基本原理磷光是一种光致发光现象，与荧光相似。
它的过程可以被描述为：M + hυ(excited state) → M* → M + hυ(emission) 。
在此过程中，“excited state”可以分为单重态和三重态。
单重态和三重态分别对应于分子的不同电子的自旋状态。
在很多情况下，荧光和磷光都可以同时存在。
磷光通常比荧光持久，因为在它的发生过程中，光子被释放的能量不是来自分子的振动能，而是来自分子的旋转能。
在这种情况下，分子释放出的能量被分散到周围的基体中，而不是以光子的形式释放。
因此，磷光可以从几纳秒持续到数百微秒。
三、荧光和磷光的应用荧光和磷光的应用非常广泛，从材料科学到医学和环境科学。
在材料科学中，荧光和磷光被广泛用于表面分析、光辐射测量和固体物性等方面。
在医学中，荧光和磷光能够帮助识别肿瘤和病原体，优化药物筛选和治疗方法。
在环境科学中，荧光和磷光可以用于监测水体和土壤中的有机物和无机物质的分布和迁移。
值得注意的是，荧光和磷光的应用通常需要结合化学、光学、电子学和计算机学等多个领域的知识。
例如，荧光和磷光分析需要分析样品中的存在物种和激发条件，并根据荧光和磷光的特性来选择合适的检测设备和荧光染料。
荧光和磷光
荧光和磷光荧光和磷光是一对相辅相成的光学现象。
这对现象都是由光子和原子因素造成的，荧光源可以是天然现象，也可以是人造的，而磷光则主要是人工合成的。
两种光学现象有着不同的来源和用途，但在某些方面也存在类似之处。
荧光是紫外线照射物体表面后释放的可见光，是一种自发辐射现象，可以使物体显得特别耀眼。
它的主要原理是激发态经过一段时间，从激发态向某一较低能态转变，释放出可见光。
像耀斑、流星、火星、月牙等天然现象都能够产生荧光效果，同时也可以通过有机荧光染料等进行人工合成。
此外，荧光还广泛用于衣服上的发光图案，常用的物质有荧光染料和发光粉，可以使衣服发出荧光，从而增添色彩和魅力。
磷光则是微小的化学物质由于能够激发而发出的放射性光，主要由磷原子放射出来。
它是一种计划激发态，只有在做精确控制的情况下，原子才能被激发，并发出有节律的可见光。
磷光主要用于生物学检测，如蛋白质、抗原、抗体等检测，还可以用于全息成像、光照明和能量转换等领域。
荧光和磷光的共性有：首先，它们都需要能够激发原子，以及原子经历一段时间后才能释放出特定的可见光。
其次，它们均可以适用于光学仪器和设备，提升其精度和灵敏度，帮助科学家更好地研究宇宙构成。
最后，它们都能够给人视觉上的享受，使人们觉得惊叹不已。
在总结荧光和磷光的特点之后，不难看出，它们的独特性质给科学家和大众带来令人难以置信的视觉感受，而它们的相似之处在于都是一种使得物体发出可见光的光学现象。
此外，它们也为研究宇宙的构成提供了重要的帮助，在光子学行业中发挥着重要作用。
但无论是荧光还是磷光，它们共同拥有一个重要特征，即扩大我们对宇宙的认识，引领我们进入一个更大的宇宙，探索一个新的世界。
荧光和磷光的产生过程
荧光和磷光的产生过程 Document serial number【UU89WT-UU98YT-UU8CB-UUUT-UUT108】1．荧光和磷光的产生过程荧光：处于基态的分子吸收光子能量，跃迁至电子激发态，然后通过内转换和振动弛豫回到第一激发单重态的最低振动能级，最后跃迁回基态时发射的光激发态振动弛豫内转换振动弛豫发射荧光S磷光：处于基态的分子吸收光子能量，跃迁至电子激发态，然后通过内转换和振动弛豫和系间窜越到了第一激发三重态，最后回到基态时发射的光激发态振动弛豫内转换系间跨越振动弛豫S发射荧光2.激发光谱和发射光谱概念，有何异同（1）激发光谱：固定发射光的波长，测量激发光的波长与发射光强度之间的关系（选择最佳激发波长）（2）发射光谱：固定激发波的波长，测定发射光强度与发射光波长的关系（选择最佳发射波长）同：都是给样品能量使之发光测量发光强度异：控制的变量不同。
3.化合物荧光与结构的关系a．具有一定的荧光量子产率b．具有合适的结构如：大的共轭π键、刚性平面结构、最低的单重电子激发态为S1 为π * π型、取代基为给电子基团4.荧光量子产率、荧光猝灭、系间跨越、振动弛豫A．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。
B．荧光猝灭：指荧光物质与溶剂分子之间相互作用，导致荧光强度下降的现象，荧光猝灭分为静态猝灭、动态猝灭等。
C．系间跨越：处于激发态分子的电子发生自旋反转而使分子的多重性发生变化的过程；分子由激发单重态跨越到激发三重态。
D．振动弛豫：同一电子能级内异热交换形式由高振动能级至地振动能级间的跃迁。
时间为10-12s5.实时定量PCR与普通PCR的区别所谓实时荧光定量PCR技术[1]，是指在PCR反应体系中加入荧光基团，利用荧光信号积累实时监测整个PCR进程，最后通过标准曲线对未知模板进行定量分析的方法。
实时荧光定量PCR技术是起点检测，实现了每一轮循环均检测一次荧光信号的强度，并记录在之中，通过对每个Ct值的计算，根据获得定量结果。
荧光和磷光解析
一、基本原理
（1）螯合物中配位体的发光
不少有机化合物虽然具有共轭双键，但由于不是刚性结构， 分子处于非同一平面，因而不发生荧光。若这些化合物和金 属离子形成螯合物，随着分子的刚性增强，平面结构的增大， 常会发生荧光。
如8-羟基喹啉本身有很弱的荧光，但 其金属螯合物具有很强的荧光
一、基本原理
（2）螯合物中金属离子的特征荧光 这类发光过程通常是螯合物首先通过配位体的跃迁激发， 接着配位体把能量转给金属离子，导致dd 跃迁和ff 跃迁， 最终发射的是d*d跃迁和f *f 跃迁光谱。
一、基本原理
单重态分子具有抗磁性，其激发态的平均寿命大约为10-8s， 而三重态分子具有顺磁性，其激发态的平均寿命为10-4 ~ 1s 以上（通常用S和T分别表示单重态和三重态）。
一、基本原理
1.2 激发态分子退激 辐射跃迁方式 无辐射跃迁方式
辐射跃迁主要涉及到荧光、延迟荧光或磷光的发射
无辐射跃迁则是指以热的形式辐射其多余的能量，包括振动弛 豫（VR）、内部转移（IR）、系间窜跃（IX）及外部转移 （EC）等
一、基本原理
（3）镜像规则
通常荧光发射光谱和它的吸收光谱呈镜像对称关系。
S2
S1 T1
S0
吸光1
吸光2
荧光3
一、基本原理
（3）镜像规则 通常荧光发射光谱和它的吸收光谱呈镜像对称关系。 吸收光谱是物质分子由基态激发至第一电子激发态的各振动能 级形成的。其形状决定于第一电子激发态中各 振动能级的分布 情况。
激发波长的选择与发射波长的判断
一、基本原理
2.3 荧光发射光谱的普遍特性： （1）Stokes位移 在溶液中，分子荧光的发射相对于吸收位移到较长的波长， 称为Stokes位移。这是由于受激分子通过振动弛豫而失去能 量，也由于溶液中溶剂分子与受激分子的碰撞，也会有能量 的损失。因此，在激发和发射之间产生了能量损失。
第七章 分子发光-荧光与磷光解读
激发光谱
发射光谱
l
荧光激发光谱
荧光发射光谱
200
250
300
350
400
450
蒽的激发光谱和荧光光谱
500 nm
三、荧光光谱的特征—激发光谱与发射光谱的关系
1、Stokes位移 在溶液中，分子的荧光发射波长总是比其相应的吸收(或激 发)光谱的波长长，荧光发射这种波长位移的现象称为Stokes 位移。 处于激发态的分子一方面由于振动弛豫等损失了部分能量，
T1
紫 外 可 见 吸 收 光 谱
紫 外 可 见 共 振 荧 光 S0 光 谱
S1
迟 滞 荧 光
振动弛豫: Vr 10-12sec 外 转 移:无辐射跃迁 回到基态 内 转 移:S2~S1能级 之间有重叠 系间窜跃: S2~T1能级 之间有重叠 反系间窜跃:由外部获 取能量后 T1 ~ S2
磷 光
外转移
蒽的发射光谱
蒽的三维等高线光谱图
蒽的三维等荧光强度光谱
VB1和VB2的三维荧光光谱
3.三维共振光散射光谱
ADS ATS ADS ATS RLS DS TS
RLS
DS
TS 散射片三维共振光散射光谱
固定lex=270nm
共振光散射 瑞利散射 拉曼光 二级共振光散射 三级共振光散射
500 550 600 650 700 750 800 850 900
2.电子激发态的多重度
电子激发态的多重度：M=2S+1 S为电子自旋量子数的代数和(0或1)； 平行自旋比成对自旋稳定(洪特规则)，三重态能级比相应单 重态能级低；
大多数有机分子的基态处于单重态；
S0→T1 禁阻跃迁；
通过其他途径进入
经典：荧光和磷光
激发波长的选择与发射波长的判断
一、基本原理
2.3 荧光发射光谱的普遍特性：
（1）Stokes位移
在溶液中，分子荧光的发射相对于吸收位移到较长的波长， 称为Stokes位移。这是由于受激分子通过振动弛豫而失去能 量，也由于溶液中溶剂分子与受激分子的碰撞，也会有能量 的损失。因此，在激发和发射之间产生了能量损失。
应该指出，激发光谱曲线与其吸收曲线可能相同，但激发光 谱曲线是荧光强度与波长的关系曲线，吸收曲线则是吸光 度与波长的关系曲线，两者在性质上是不同的。
一、基本原理
2.2 荧光或磷光光谱曲线
如果 固定激发光波长为其最大激发波长，然后测定不同波长 时所发射的荧光或磷光强度，即可绘制荧光或磷光光谱曲线。
一、基本原理
单重态分子具有抗磁性，其激发态的平均寿命大约为10-8s， 而三重态分子具有顺磁性，其激发态的平均寿命为10-4 ~ 1s 以上（通常用S和T分别表示单重态和三重态）。
一、基本原理
1.2 激发态分子退激
辐射跃迁方式
无辐射跃迁方式
辐射跃迁主要涉及到荧光、延迟荧光或磷光的发射
无辐射跃迁则是指以热的形式辐射其多余的能量，包括振动弛 豫（VR）、内部转移（IR）、系间窜跃（IX）及外部转移 （EC）等
一、基本原理
（三）荧光和分子结构的关系
分子产生荧光必须具备两个条件：
① 分子必须具有与所照射的辐射频率相适应的结构，才 能吸收激发光；
② 吸收了与其本身特征频率相同的能量之后，必须具有 一定的荧光量子产率。
一、基本原理
chapter5分子磷光和荧光
电子衍射：电子衍射是透射电子显微镜的
一、荧光与磷光的产生过程
luminescence process of molecular fluorescence phosphorescence
1. 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； 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；
2.电子激发态的多重度 电子激发态的多重度：M=2S+1 S为电子自旋量子数的代数和(0或1)； 分子中一对电子为自旋反平行，S=0，M=1，这 种态被称为单重态或单线态，大多数有机分子 的基态处于单重态。 处于S0态的一对电子吸收光子受激后，产生了在 两平个行轨自道旋中比自成旋 方 向 平 行 的 电 子 ， 这 时 S=1 ， M对=自3，旋这稳种定状(态洪称为三重态或三线态。 特规则)，三重 态能级比相应
11. 顺磁共振波谱分析法 在外磁场的作用下，电子的自旋磁矩
与磁场相互作用而裂分为磁量子数不同的 磁能级，吸收微波辐射后产生能级跃迁， 1根2. 据旋吸光收法光谱可进行结构分析。
溶液的旋光性与分子的非对称结构有 密切关系，可利用旋光法研究某些天然产 物及配合物的立体化学问题，旋光计测定 1糖3. 的衍含射量法。 X射线衍射：研究晶体结构，不同晶体具
二、激发光谱与荧光光谱
excitation spectrum and fluore-scence spectrum
三、荧光的产生与分子结构关系
relation between fluorescence and molecular structure
四、影响荧光强度的因素
factor influenced fluorescence
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1．荧光和磷光的产生过程？
荧光：处于基态的分子吸收光子能量，跃迁至电子激发态，然后通过内转换和振动弛豫回到第一激发单重态的最低振动能级，最后跃迁回基态时发射的光
S0 激发态振动弛豫内转换振动弛豫发射荧光
磷光：处于基态的分子吸收光子能量，跃迁至电子激发态，然后通过内转换和振动弛豫和系间窜越到了第一激发三重态，最后回到基态时发射的光
S0 激发态振动弛豫内转换系间跨越振动弛豫发射荧光
2.激发光谱和发射光谱概念，有何异同？
（1）激发光谱：固定发射光的波长，测量激发光的波长与发射光强度之间的关系（选择最佳激发波长）
（2）发射光谱：固定激发波的波长，测定发射光强度与发射光波长的关系（选择最佳发射波长）
同：都是给样品能量使之发光测量发光强度
异：控制的变量不同。
3.化合物荧光与结构的关系？
a．具有一定的荧光量子产率
b．具有合适的结构
如：大的共轭π键、刚性平面结构、最低的单重电子激发态为S1 为π* π型、取代基为给电子基团
4.荧光量子产率、荧光猝灭、系间跨越、振动弛豫？
A．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。
B．荧光猝灭：指荧光物质分子与溶剂分子之间相互作用，导致荧光强度下降的现象，荧光猝灭分为静态猝灭、动态猝灭等。
C．系间跨越：处于激发态分子的电子发生自旋反转而使分子的多重性发生变化的过程；分子由激发单重态跨越到激发三重态。
D．振动弛豫：同一电子能级内异热交换形式由高振动能级至地振动能级间的跃迁。
时间为10-12s
5.实时定量PCR与普通PCR的区别？
所谓实时荧光定量PCR技术[1]，是指在PCR反应体系中加入荧光基团，利用荧光信号积累实时监测整个PCR进程，最后通过标准曲线对未知模板进行定量分析的方法。
实时荧光定量PCR技术是起点检测，实现了每一轮循环均检测一次荧光信号的强度，并记录在电脑软件之中，通过对每个样品Ct值的计算，根据标准曲线获得定量结果。
具有重现性，误差小的特点。
传统PCR技术是终点检测，即PCR到达平台期后进行检测，而PCR经过对数期扩增到达平台期时，检测重现性极差。
同一个模板在96孔PCR仪上做96次重复实验，所得结果有很大差异，因此无法直接从终点产物量推算出起始模板量。
加入内标后，可部分消除终产物定量所造成的不准确性。
但即使如此，传统的定量方法也都只能算作半定量、粗略定量的
方法。
6.简述影响荧光效率的主要因素？
1.。