【视觉知识】荧光技术

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  • 发布时间:2023-12-17 01:20:40

荧光技术



什么是荧光?


荧光,是指一种光致发光的冷发光现象。当某种常温物质经某种波长的入射光(通常是紫外线或X射线)照射,吸收光能后进入激发态,并且立即退激发并发出比入射光的波长长的出射光(通常波长在可见光波段,且一旦停止入射光,发光现象也随之立即消失)。具有这种性质的出射光就被称之为荧光



荧光


 


荧光产生的原理


光照射到某些原子时,光的能量使原子核周围的一些电子由原来的轨道跃迁到了能量更高的轨道,即从基态跃迁到第一激发单线态或第二激发单线态等。第一激发单线态或第二激发单线态等是不稳定的,所以会恢复基态,当电子由第一激发单线态恢复到基态时,能量会以光的形式释放,所以产生荧光


另外有一些物质在入射光撤去后仍能较长时间发光,这种现象称为余辉。在日常生活中,人们通常广义地把各种微弱的光亮都称为荧光,而不去仔细追究和区分其发光原理。


荧光是物质吸收光照或者其他电磁辐射后发出的光。大多数情况下,发光波长比吸收波长较长,能量更低。但是,当吸收强度较大时,可能发生双光子吸收现象,导致辐射波长短于吸收波长的情况发生。当辐射波长与吸收波长相等时,即是共振荧光。常见的例子是物质吸收紫外光,发出可见波段荧光,我们生活中的荧光灯就是这个原理,涂覆在灯管的荧光粉吸收灯管中汞蒸气发射的紫外光,而后由荧光粉发出可见光,实现人眼可见。


与荧光有关的参数


(1)激发光谱:发光材料在不同波长光的激发下,该材料的某一发光谱线与谱带的强度或发光效率与激发光波长的关系。


(2)发射光谱:发光材料在某一激发光的激发下,其不同波长的发光强度的强弱变化。


(3)荧光强度:荧光强度与该种物质的荧光量子产率、消光系数以及含量等因素有关。


(4)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。


(5)斯托克司(Stokes)位移:斯托克司位移为最大荧光发射波长与最大吸收波长之差。


(6)荧光寿命:当一束光激发荧光物质时,荧光物质的分子吸收能量后从基态跃迁到某一激发态,再以辐射的形式发出荧光回到基态,激发停止时,分子的荧光强度降低到激发时最大强度的1/e时所需的时间为荧光寿命。


 


荧光


荧光技术


光照射物质时,光子打到分子上,大约在10-15秒内被吸收,原来处于基态的电子被激发到较高的能级,从而使分子处在激发态。此后,激发态分子通过内转换过程把部分能量转移给周围分子,使较高激发态的电子很快回到最低激发态的最低振动能级(亦称第一单线态)。处在第一单线态的分子的平均寿命是10^-8秒左右。如果这种分子通过发射出相应的光子而回到基态的各个不同的振动能级,即可产生荧光,根据回到的振动能级的不同,荧光的波长就不同,从而形成荧光发射带光谱。由于发射荧光前已有一部分能量被消耗,所以发射荧光所相应的能量要比物质吸收的光能量小,故而荧光的发射特征波长总比激发特征波长长。


物质能否产生荧光,主要和物质本身的结构及周围介质环境(如溶剂极性、pH值、温度等)有关。


 


荧光


荧光应用的领域


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【来源:光虎光学内部培训资料】

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