荧光光谱基础知识
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荧光发光光谱荧光光谱(也称为荧光测定法或荧光分光光度计)是一种分析样品荧光的电磁光谱学。
它涉及使用一束光,通常是紫外线,激发某些化合物分子中的电子并使它们发光;通常但不一定是可见光。
一种补充技术是吸收光谱。
在单分子荧光光谱的特殊情况下,发射光的强度波动是从单个荧光团或荧光团对测量的。
测量荧光的设备称为荧光计。
分子具有称为能级的各种状态。
荧光光谱主要关注电子和振动状态。
通常,被检查的物质具有感兴趣的基电子态(低能态)和较高能的激发电子态。
在这些电子状态中的每一个中,都有各种振动状态。
在荧光中,物质首先通过吸收光子从其基态电子状态激发到处于激发电子状态的各种振动状态之一。
与其他分子的碰撞导致激发分子失去振动能量,直到它从激发电子态达到最低振动状态。
然后分子再次下降到基电子态的各种振动水平之一,在此过程中发射光子。
由于分子可能会下降到基态的几个振动能级中的任何一个,因此发射的光子将具有不同的能量,从而具有不同的频率。
因此,通过分析荧光光谱中发出的不同频率的光,以及它们的相对强度,可以确定不同振动能级的结构。
对于原子种类,过程是相似的;然而,由于原子种类没有振动能级,因此发射的光子通常与入射辐射处于相同的波长。
这种重新发射吸收的光子的过程是共振荧光,虽然它是原子荧光的特征,但也可以在分子荧光中看到。
在典型的荧光(发射)测量中,激发波长是固定的,而检测波长是变化的,而在荧光激发测量中,检测波长是固定的,而激发波长在感兴趣的区域中是变化的。
发射图是通过记录一系列激发波长产生的发射光谱并将它们组合在一起来测量的。
这是一个三维表面数据集:作为激发和发射波长函数的发射强度,通常描绘为等高线图。
荧 光 光 谱(Fluorescence Spectroscopy )韩荣成(10303023)北京大学,03级生物医学工程一、背景知识:1.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。
在很多情况下,分子从激发态回到基态过程中,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。
分子的能量状态在光学分析中涉及的分子能量有:E 0=Ee+Ev+Er ,其中Ee:价电子运动能(electron ); Ev :原子在平衡位置的振动能(vibration );Er :分子绕其重心的转动能(rotation )。
Ee 大约为1eV 数量级;Ev 大约为10-1~10-2 eV ;Er 大约为10-4~10-5eV 数量级,可见⊿Ee>⊿Ev>⊿Er分子吸收能量后,处于激发态的分子通过非辐射过程丢失能量,首先到达S1的最低振动能级,这一过程称为内转换(internal conversion),发生在10-11s内。
从S1的最低振动能级以光子形式放出能量而回到基态的不同振动能级,这一过程称为荧光(fluorescence),发生在10-9s内;如果以非辐射的形式丢失能量则称为淬灭(quenching)。
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。
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。
荧光光谱原理荧光光谱原理荧光光谱是一种常见的分析方法,常用于化学、生物学、药学等领域。
下面,我们将详细介绍荧光光谱的原理及其应用。
一、荧光现象的基本原理荧光现象是指某些物质受到激发后,能够发出比激发光波长长的荧光。
这种现象的实现需要三个条件:激发光源,荧光物质及荧光检测系统。
其中,荧光物质是关键,只有某些物质具有这种特性。
二、荧光光谱图的基本构成荧光光谱图是用荧光物质受到特定波长的激发后,发出荧光的辐射能量与波长之间关系的曲线图。
其基本构成有以下四个参数:激发波长,发射波长,发射强度及荧光寿命。
激发波长:又称刺激波长,是激发荧光物质时所使用的波长。
发射波长:是荧光物质在受到激发后所发出的荧光辐射波长。
发射强度:是荧光物质发射的荧光辐射强度。
荧光寿命:是荧光物质在激发后发射荧光的时间长度。
三、荧光光谱的应用1. 化学分析:荧光光谱可以用于药物、生化试剂的分析,还可以用来探测污染物质和有毒化合物。
如气相色谱-荧光检测法(GC-FLD)检测环境中苯骈克星的浓度。
2. 生物医学:荧光光谱可以用于细胞成像、蛋白质分析、DNA测序、荧光定量PCR等领域。
如荧光定量多聚酶链式反应(qPCR)检测病毒RNA的表达水平。
3. 材料检测:荧光光谱可以用于材料表面缺陷的检测、矿物物质含量的分析等,如纳米粒子的荧光检测。
四、荧光光谱技术的优越性与传统的分析技术相比,荧光光谱技术具有很多优势,如高灵敏度、快速、准确性高、无需预处理、不易受样品污染等。
综上所述,荧光光谱技术在许多领域都有着广泛的应用前景。
相信在未来的发展中,荧光光谱技术将会更加成熟和完善,驱动着科技的进步和实践的发展。
荧 光 光 谱(Fluorescence Spectroscopy )韩荣成(10303023)北京大学,03级生物医学工程一、背景知识:1.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。
在很多情况下,分子从激发态回到基态过程中,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。
分子的能量状态在光学分析中涉及的分子能量有:E 0=Ee+Ev+Er ,其中Ee:价电子运动能(electron ); Ev :原子在平衡位置的振动能(vibration );Er :分子绕其重心的转动能(rotation )。
Ee 大约为1eV 数量级;Ev 大约为10-1~10-2 eV ;Er 大约为10-4~10-5eV 数量级,可见⊿Ee>⊿Ev>⊿Er分子吸收能量后,处于激发态的分子通过非辐射过程丢失能量,首先到达S1的最低振动能级,这一过程称为内转换(internal conversion),发生在10-11s内。
从S1的最低振动能级以光子形式放出能量而回到基态的不同振动能级,这一过程称为荧光(fluorescence),发生在10-9s内;如果以非辐射的形式丢失能量则称为淬灭(quenching)。
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。
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。
荧光光谱
荧光是物质吸收电磁辐射后受到激发,受激发原子或分子在去激发过程中再发射波长与激发辐射波长相同或不同的辐射。
当激发光源停止辐照试样以后,再发射过程立刻停止,这种再发射的光称为荧光。
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。
灵敏度高:荧光分析的最大特点是灵敏度高,通常情况下要比分光光度计的灵敏度高出2-3个数量级。
选择性强:包括激发光谱和发射光谱,在鉴定物质时,通过选择波长可以使分子荧光分析有多种选择。
试样量少和方法简便。
技术参数:
1.功率50W,最大电压50KV,最大电流2mA
2.50W端窗Pd靶X光管
3.硅漂移计数器,分辨率小于170eV
4.3位置次级靶自动转换系统,即3束X激发光源。
5.可选真空、充气、常压系统
主要特点:
1.偏振X光激发样品,具有极低的背景,极佳的灵敏度
2.真正意义的Na-U的全分析,无需滤光片。
3.分析的含量范围ppm级到100%
4.极为丰富的软件系统,提供各种方法及校正模式。
荧光光谱法基本原理
荧光光谱法基本原理是利用物质在受到光激发后,从基态跃迁到激发态,并在相应的跃迁过程中发射荧光光子。
荧光光谱法使用荧光现象进行分析研究,具有高灵敏度、高选择性、无破坏性等优点。
在荧光光谱法中,首先将样品暴露于特定波长的激发光源下,使样品中的分子吸收光子并处于激发态。
然后,激发态分子通过非辐射过程返回基态,并在返回的过程中发射荧光光子。
这些发射的荧光光子具有特定的波长和强度,可以通过光谱仪进行检测和记录。
荧光光谱法的原理基于分子能级的存在。
当分子处于基态时,电子位于较低的能级上,称为基态能级。
当分子受到激发光的照射时,电子会吸收能量并跃迁到较高的能级,称为激发态能级。
在激发态能级上,分子处于不稳定的状态,会通过非辐射过程返回基态。
在非辐射过程中,激发态分子可以通过热振动或能量转移与周围分子相互作用,将能量传递给周围分子而不发生辐射。
这个过程被称为内转换。
此外,在内转换的同时,激发态分子也可能通过辐射过程将能量以光子的形式发射出来。
这个过程被称为外转换,也就是荧光发射。
荧光光谱检测时,通常会记录样品在一定波长范围内的荧光发射强度。
通过观察发射光子的波长和强度,可以得到关于样品的信息,如含量、结构、环境等。
此外,荧光光谱法还可以与
其他技术结合,如色谱、电泳等,实现多种分析应用。
总的来说,荧光光谱法基于物质在受到激发后发射荧光的原理,利用荧光光子的波长和强度来获得样品的信息。
这种方法在生物科学、化学分析、环境监测等领域有着广泛的应用。