荧光和磷光的产生过程资料
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。
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
荧光磷光产生的原理
荧光产生的必要条件
（1）物质的分子必须具有能吸收激发光的结构，通常是共轭双键结构。
（2）分子必须具有一定程度的荧光效率。所谓荧光效率是荧光物质吸光后所发射的荧光 量子数与吸收的激发光的量子数的比值。
荧光的应用
荧光分析法： 利用某些物质被紫外光照射后所发生的能反映出该物质特性的荧光，对物 质进行定性和定量分析。例如轻油、重油、原油等石油产品的硫含量测量等。
⑵磷光的产生 受激分子经激发单重态到三重态体系间跨越后，很快发生振动弛豫，到达 激发三重态的最低振动能级，分子在三重态的寿命较长（10-4~10S），所以可延迟一段时 间，然后以辐射跃迁返回基态的各个振动能级。
磷光的产生原理
磷光：S1* 体系间跨越 T1*(V=1,2,3……) 振动弛豫 T1*(V=0) 辐射 S0(V=1,2,3……)
荧光检测：是一种自然发光反应，通过荧光素酶与 ATP进行反应，可检测人体细胞、细菌、 霉菌、食物残渣，在15秒钟内得到反应结果。光照度通过专用设备进行测量，并以数字形 式予以表示，在1975年首先被应用到食品工业中，在1985年在化妆品制造业中得到应用。
磷光的产生原理
⑴体系间跨越 处于激发单重态较低振动能级的分子有可能发生电子自旋反转而使分子的 多重性发生变化，经过一个无辐射跃迁转移至激发三重态的较高振动能级上。
⑶外部能量转换 溶液中激发分子通过碰撞将能量转移给溶剂分子或其它溶质分子（常以 热能的形式放出），而直接回到基态的过程。这有可能使荧光和磷光的强度减弱甚至消失， 这一现象称为“熄灭”或“猝灭”。
磷光的应用
磷光分析广泛用于药物分析，生物液中痕量药品的分析和吲哚衍生物、多环芳烃的 分析；结合气相色谱法，还可用于石油馏分中含氮和含硫的芳香族化合物的分析。采用 时间分辨磷光法，可在多环芳烃存在下检测杂环化合物。70年代以来，陆续提出一些室 温磷光技术，如吸附在滤纸、纤维素或硅胶上以及利用胶束溶液等，进一步扩大磷光分 析的应用范围。
荧光磷光基本原理
Hale Waihona Puke 荧光延迟荧光磷光系间跨越 内转移
外转移
振动弛预
激发态停留时间短、返回速度快的途径，发生的几率大， 发光强度相对大； 荧光：10-7～10 -9 s,第一激发单重态 单重态的最低振动能级→基态； 荧光 单重态 磷光：10-4～10s；第一激发三重态 三重态的最低振动能级→基态； 磷光 三重态
二、激发光谱与荧光(磷光)光谱 激发光谱与荧光(磷光)
excitation spectrum and fluore-scence spectrum
荧光(磷光)：光致发光，照射光波长如何选择？
1.荧光(磷光)的激发光谱曲线 荧光(磷光)
固定测量波长(选最大发射波长),化合物发射的荧光(磷 光)强度与照射光波长的关系曲线 （图中曲线I ） 。 激发光谱曲线的最高处，处于激发态的分子最多，荧光 强度最大；
2.荧光光谱(或磷光光谱) 2.荧光光谱(或磷光光谱) 荧光光谱
固定激发光波长(选 最大激发波长), 化合物 发射的荧光(或磷光强度) 与发射光波长关系曲线( 图中曲线II或III)。
荧光发射光谱 荧光激发光谱
磷光光谱
200
260 320 380 440 500 560 室温下菲的乙醇溶液荧（ 室温下菲的乙醇溶液荧（磷）光光谱
内转换 S2 S1 能 量 吸 收
内转换 振动弛豫 系间跨越
T1 发 射 荧 光
T2
外转换
发 射 磷 振动弛豫 光
仪器分析概论 11 荧光与磷光
芯片技术
• 生物芯片 • 微全分析系统
15
生物芯片
点阵固定 光刻合成微 量点样喷墨
光化学检测 电化学检测
洗涤 检测扫描
试样处理 纯化、标记
16
芯片的反应与杂交
依据双螺旋原理发展的核酸链间分子杂交技术，在靶标 样品与探针之间进行选择性反应，将反应一方(探针)固定在芯 片上，另一方(荧光标记)通过流路或加至芯片上；
电子跃迁到不同激发态能级，吸收不同波长的能量(如能级图
2 , 1)，产生不同吸收带，但均回到第一激发单重态的最低振
动能级再跃迁回到基态，产生波长一定的荧光(如
‘ 2
)。
c. 镜像规则
通常荧光发射光谱与它的吸收光谱（与激发光谱形状一样）
成镜像对称关系。
10
荧光分析法在生物上的应用
11
荧光共振能量转移（FRET）
外转换使荧光或磷光减弱或“猝灭”。 系间跨越：不同多重态,有重叠的转动能级间的非辐射跃迁。 改变电子自旋，禁阻跃迁，通过自旋—轨道耦合进行。
5
辐射能量传递过程
荧光发射：电子由第一激发单重态的最低振动能级→基态 （ 多为 S1→ S0跃迁），发射波长为 ‘2的荧光；
由图可见，发射荧光的能量比分子吸收的能量小，波长长 ； ‘2 > 2 > 1 ；
3
内转换
振动弛豫 内转换
S2
系间跨越
S1
能
T1 T2
量
吸 收
发
射
外转换
荧
光
发 射 磷 振动弛豫 光
S0
3
1
2 2
4
非辐射能量传递过程
振动弛豫：同一电子能级内以热能量交换形式由高振动能级 至低相邻振动能级间的跃迁。发生振动弛豫的时间10 -12 s。
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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.。