发光材料激发光谱和发射光谱

原子发射光谱、荧光光谱和化学发光光谱是分析化学中常见的光谱技术，它们在原子结构分析和元素检测等方面具有重要的应用价值。

然而，这三种光谱具有不同的原理和特点。

下面将分别介绍原子发射光谱、荧光光谱和化学发光光谱的区别。

一、原子发射光谱1. 原理：原子发射光谱是利用原子在能级跃迁时所发射的特征光谱线进行分析的一种技术。

当原子受到激发能量后，原子的电子会跃迁至较高的能级，而后再跃迁至较低的能级时会发射出特征波长的光谱线。

通过测量这些特征光谱线的强度和波长，可以确定样品中各种元素的含量和种类。

2. 应用：原子发射光谱广泛应用于金属材料分析、环境污染物检测、地质勘探等领域，尤其在工业生产中具有重要的应用价值。

3. 优势：原子发射光谱的灵敏度高、测定范围广，能够同时检测多种元素，具有较高的分析精度和准确度。

二、荧光光谱1. 原理：荧光光谱是利用物质在受到紫外光激发后，发射出荧光光谱进行分析的一种技术。

当样品受到紫外光激发后，部分分子会吸收能量并跃迁至激发态，随后分子会再跃迁至基态并发射出荧光光谱，通过测量荧光光谱的强度和波长，可以得到样品的成分和结构信息。

2. 应用：荧光光谱在生物医学、材料科学、环境监测等领域具有广泛的应用，尤其在生物分析和药物检测中得到广泛应用。

3. 优势：荧光光谱对于生物分子具有较高的灵敏度和选择性，能够实现实时、非破坏性的分析。

三、化学发光光谱1. 原理：化学发光光谱是利用化学反应产生的发光进行分析的一种技术。

当两种或多种试剂混合后，在化学反应的作用下产生的化学发光可以被测定，通过测量化学发光的强度和时间，可以获得样品的化学成分和反应动力学信息。

2. 应用：化学发光光谱广泛应用于医学诊断、食品安全检测、环境监测等领域，尤其在微量分析和实时检测方面具有重要意义。

3. 优势：化学发光光谱对于微量物质具有较高的检测灵敏度和快速响应性，适用于多种复杂样品的分析。

原子发射光谱、荧光光谱和化学发光光谱分别具有不同的原理和应用特点，它们在元素分析和化学反应动力学研究中发挥着重要的作用。

本技术提供一种发光材料的检测方法，包括：(1)取待测的发光材料，进行研磨；(2)对发光材料进行XRD检测：将研磨后的发光材料置于XRD检测仪中进行检测，得到发光材料的XRD图谱，将XRD图谱与标准卡片进行比对，确定发光材料的基质成分；(3)对发光材料进行激发光谱检测：将研磨后的发光材料置于荧光光谱仪中进行激发光谱检测，得到发光材料的激发光谱；(4)对发光材料进行发射光谱检测：将研磨后的发光材料置于荧光光谱仪中进行发射光谱检测，得到发光材料的发射光谱；(5)对发光材料的激发光谱和发射光谱进行分析，确定发光材料的掺杂成分以及发光性质。

本技术方法能够减小发光材料检测误差、提高实验效率。

权利要求书1.一种发光材料的检测方法，其特征在于，包括：(1)取待测的发光材料，进行研磨；(2)对发光材料进行XRD检测：将研磨后的发光材料置于XRD检测仪中进行检测，得到发光材料的XRD图谱，将XRD图谱与标准卡片进行比对，确定发光材料的基质成分；(3)对发光材料进行激发光谱检测：将研磨后的发光材料置于荧光光谱仪中进行激发光谱检测，得到发光材料的激发光谱；(4)对发光材料进行发射光谱检测：将研磨后的发光材料置于荧光光谱仪中进行发射光谱检测，得到发光材料的发射光谱；(5)对发光材料的激发光谱和发射光谱进行分析，确定发光材料的掺杂成分以及发光性质。

2.根据权利要求1所述的发光材料的检测方法，其特征在于，所述XRD检测仪的工作参数为：使用金属Cu靶(辐射源为K线，λ＝0.15406nm)作为阳极，仪器阳极加速电压设置为40KV，工作电流为30mA，扫描速度为2°/min，选用的2θ角扫描步长为0.02°，测量的2θ角度范围为20°～60°。

3.根据权利要求1所述的发光材料的检测方法，其特征在于，所述荧光光谱仪的工作参数为：用150W的氙灯作为激发光源，R928光电倍增管作为检测器，分辨率为1.0nm，扫描速度为2400nm/min。

电子科技大学光电信息学院本科教学实验指导书（实验）课程名称：发光原理基础电子科技大学教务处制表实验一、材料的光致发光研究一、 实验目的：1、 了解发光材料的激发和发射过程2、 掌握用荧光分光光度计测量发光材料激发光谱和发射光谱的测量方法 二、 实验原理：发光材料在人们的日常生活和生产实践中得到了越来越广泛的应用，适当的材料吸收高能辐射后，接着就发出光，其发射出的光子能量比激发辐射的能量低。

具有这种发光行为的物质就称为发光物质。

发光物质在将某种形式的能量转化为电磁辐射时，仅伴随极少量的热辐射，因此与热辐射发光具有本质的区别。

发光材料由基质和激活剂（发光中心）组成，例如典型的发光物质Al 2O 3：Cr 3+和Y 2O 3：Eu 3+，它们的基质分别为Al 2O 3和Y 2O 3，激活剂分别为Cr 3+和Eu 3+。

发光物质可以被多种形式的能量激发，紫外或可见光激发荧光粉发光的光致发光，激发光的波长可以改变，很容易的知道辐射能在激发什么和激发哪里。

正因为如此，研究材料的激发光谱、发射光谱成为发光材料研究的重要手段。

发光物质的发光过程中的光吸收、辐射跃钱、无辐射跃迁、能量传输等主要过程可以用位形坐标模型来进行解释。

图1为孤立发光中心的位形坐标模型，下部那条抛物线g 表示系统处于最低能态即基态时的能量与位形的关系。

抛物线的最低点表示离子处于平衡位置时的能量。

若将金属离子与配位体当作一个谐振子，其振动总能量为ν )21v (Ev +=，其中，v 是谐振量子数，v=0，1，2，…正整数；ν是谐振子的振动频率。

在绝对零度时，在最低振动能级0v 时系统最有可能处在R 0点。

发光中心占据基态最低振动能级，中心离子周围的配位体在距中心大约为R 0的位置上作平衡振动。

在较高温度下，也可占据较高的振动能级。

上述关于基态的论述同样适用于激发态，只是具有不同的平衡位置和键力常数。

在图1中上部那条抛物线e 就表示系统处于激发态时的情况，它的抛物线位移了ΔR 。

第一章发光学与发光材料1、发光:当某种物质受到激发（射线、高能粒子、电子束、外电场等）后，物质将处于激发态，激发态的能量会通过光或热的形式释放出来。

如果这部分的能量是位于可见、紫外或是近红外的电磁辐射，此过程称之为发光过程。

2、单重态：一个分子中所有电子自旋都配对的电子状态三重态：有两个电子的自旋不配对而平行的状态3.振动弛豫：由于分子间的碰撞，激发态分子由同一电子能级中的较高振动能级转至较低振动能级的过程，其效率较高。

4.内转换：相同多重态的两个电子能级间，电子由高能级回到低能级的分子内过程。

5.系间窜越：激发态分子的电子自旋发生倒转而使分子的多重态发生变化的过程。

6.外转换：激发态分子与溶剂或其他溶质相互作用和能量转换而使荧光（或磷光）减弱甚至消失的过程。

7.荧光：受光激发的分子经振动驰豫、内转换、振动驰豫到达第一电子激发单重态的最低振动能级，以辐射的形式回到基态，发出荧光。

8.磷光：若第一激发单重态的分子通过系间窜跃到达第一激发三重态，再通过振动驰豫转至该激发的最低振动能级，然后以辐射的形式回到基态，发出的光线称为磷光。

9.光致发光：用光激发产生的发光叫做光致发光。

10.电致发光：用电场或电流激发产生的发光。

11.阴极射线发光：发光物质在电子束的激发下产生的发光。

荧光灯：是一种充有氩气的低气压汞蒸气的气体放电灯，在低压汞蒸气放电过程中会产生大量的波长为253.7mm的紫外线，以及少量波长为185nm的紫外线和可见光。

在灯管表面涂有荧光粉，可以将波长为253.7nm的紫外线转化为可见光。

11.激光器的基本结构包括三部分,即工作物质、激励能源和光学谐振腔。

12.等离子体：是指正负电荷共存，处于电中性的放电气体的状态。

14.晶体：有许多质点包括原子、离子、分子或原子群，在三维空间作有规则排列而成的固体物质。

单晶：整个晶格是连续的。

多晶：有大量小单晶颗粒组成的集体。

非晶：组成物质的原子或离子的排列不具有周期性。

碳点荧光激发发射光谱
碳点是一种新型的荧光材料，具有优异的发光性质。

其发射光谱主要由两部分组成，即激发光谱和发射光谱。

激发光谱是指在碳点受到外界能量激发后所发出的光的波长分布。

碳点能够吸收可见光及紫外光区域的能量，并将其转化为荧光发射。

因此，碳点的激发光谱一般包括紫外光和可见光区域的波长范围。

发射光谱是指碳点在受到激发后所发出的荧光光的波长分布。

不同种类的碳点具有不同的发射光谱特征，其发射峰位可以在可见光区域（400-700 nm）或近红外区域（700-1000 nm）。

碳点荧光激发发射光谱的特点包括：
1. 单峰或多峰结构：发射光谱在特定的波长范围内呈现出单个或多个峰值，对应不同的激发能量。

2. 窄带宽：发射光谱的带宽通常较窄，表明碳点能够产生纯净的荧光光。

3. 较长的发射寿命：碳点的发射寿命较长，可达到微秒级别，表明其具有较低的光强衰减率和较高的光稳定性。

4. 可调节性：碳点的发射光谱可以通过调节碳点的形貌、尺寸以及表面官能团的类型和密度来调节，实现发光颜色的变化。

碳点荧光激发发射光谱的研究对于了解其发光机制、优化其光学性质以及在生物传感、显示器件等领域的应用具有重要意义。

实验2 荧光分光光度计实验一、实验目的1、了解发光材料的激发和发射过程；2、掌握用荧光分光光度计测量发光材料激发光谱和发射光谱的测量方法。

二、仪器用具F-4600荧光分光光度计，发光材料三、实验原理光吸收和辐射与发光材料中的能级结构密切相关。

紫外光激发荧光粉发光是研究发光材料发生性能和发光中心在基质晶格中能级结构的重要手段。

本实验采用F-4600荧光分光光度计来研究发光材料的激发光谱和发射光谱。

F-4600荧光分光光度计的光学系统从功能上划分为两大部分，即激光光路和发射检测光路。

激发光路将光源发出的光分解为单色光输出，照射到发光材料上激发荧光粉发光。

发光材料发出的光进入发射光检测光路，被分解为单色光照射到光电倍增管上，光电倍增管输出信号的强度与照射到其上面的光强度呈正比。

由氙弧灯发出的光变色单色光后，即为荧光物质的激发光。

被测的荧光物质在激发光照射下所发出的荧光，经过单色器变成单色荧光粉后照射于测样品用的光电倍增管上，由其所发生的光电流经过放大器放大输到记录仪，将激发光单色器的光栅，固定在最适当的激发光波长处，而让荧光单色器凸轮转动，将各波长的荧光强度讯号输出至记录仪上，所记录的光谱即发射光谱，简称荧光光谱。

当测绘荧光激发光谱时，将激发光单色器的光栅固定在最适当的荧光波长处，而让激发光单色口的凸轮转动，将各波长的激发光讯号输出至记录仪上，所记录的光谱即激发光谱。

四、实验内容按实验要求，连接好计算机后开始实验。

首先测试发射光谱，设置激发波长460nm，得到该样品的发射光谱，即峰值波长出现在540nm左右。

加入1个310nm长波通型滤波片，在测试激发光谱，输入检测波长540nm，得到激发光谱：利用检测波长波长460nm，得到发射光谱：五、实验心得与体会通过此次实验掌握用荧光分光光度计测量发光材料激发光谱和发射光谱的测量方法，让我更加了解了解发光材料的激发和发射过程。

常用光谱种类和原理简介如下：1)吸收光谱当一束连续光通过透明介质时，如果光波能量和介质中从基态到激发态的能量间隔相等，介质中的状态将由基态被激发到激发态，透过透明介质的光将因这样的吸收而光强减弱。

由于激发态不同，它们的吸收能量不一样，这样在记录透过透明介质后的光强时就形成了光强随着波长变化的谱线，即吸收光谱。

吸收光谱可以给出材料基质和激活离子的激发态能级的位置和它们的分布情况。

2)荧光光谱一束特定波长的单色光将激活离子从基态激发到某一个激发态能级，从这个激发态向低于它的各个能级跃迁发光，可以得到它到下面各个能级以及下面各能级到更低能级的发光谱图，即荧光光谱。

材料所发荧光经单色仪分光后，由探测器收集并记录下各个波长的发光强度，它能够反映这个能级到下面各个能级的跃迁概率、荧光强度以及荧光分支比等信息，提供该材料的最佳发射波长。

同时，可以求得下面各个能级的位置，包括稀土离子的能级在晶场中的劈裂情况等。

3)激发光谱监控一个特殊的荧光发射波长，改变激发波长，得到一个在不同波长激发下的荧光强度变化图，即激发光谱。

激发光谱可以提供荧光能级以上各个能级的位置，反映出各个能级向荧光能级的能量传递能力，找出该荧光获得最高效率的最佳发射波长。

4)选择激发光谱(稀土离子)在复杂晶体中，通常有几个稀土离子可以取代的阳离子格位，稀土离子的发光变得复杂并且难以分析。

激光器出现以后，利用激光功率高、单色性好的特点，发展起来一种新的光谱测量方法，称为选择激发光谱。

一般同一种稀土离子掺杂到同一晶体的不同格位时，不同格位稀土离子的能级会产生微小差别，可以利用可调谐激光器，调到一个合适的激发波长使某个格位的离子被激发，另一些离子暂不激发，得到一个格位的光谱后再按照同样的操作更换到其他格位。

这样的复杂光谱将被各个格位的光谱解析。

第六章光致发光材料光谱分析概念：当物质受到诸如光照、外加电场或电子束轰击等的激发后，吸收了外界能量，其电子处于激发状态，物质只要不因此而发生化学变化，当外界激发停止以后，处于激发状态的电子总要跃迁回到基态。

在这个过程中，一部分多余能量通过光或热的形式释放出来。

如果这部分能量是以光的电磁波形式发射出来，就称为发光现象。

概括地说，发光就是物质内部以某种方式吸收能量以后，以热辐射以外的光辐射形式发射出多余的能量的过程。

用光激发材料而产生的发光现象，称为光致发光。

日常生活中常见的如日光灯和夜明像章的发光就是光致发光。

一只日光灯，接通电源以后，首先使灯管中的水银蒸汽发出紫外光（这叫做气体发光），然后紫外光激发灯管管壁上的荧光粉，从而发出可见光。

夜明像章之所以能在晚上闪闪发光，是因为像章上涂了一层所谓长余辉的发光材料。

当日光或灯光中的短波光照射这种像章的时候，像章上的长余辉发光材料吸收了激发光的能量并储存起来，然后慢慢地发出光来，这种发光可以持续几个小时。

紫外线和红外线虽然看不见，但我们也把他们归结为光。

因此，光致发光是指激发波长落在从紫外到近红外这个范围内的发光。

下面介绍光致发光的主要特征和一般规律。

一. 吸收光谱当光照射到发光材料上时，一部分被反射、散射，一部分透射，剩下的被吸收。

只有被吸收的这部分光才对发光起作用。

但是也不是所有被吸收的光的各个波长都能起激发作用。

研究哪些波长被吸收，吸收多少，显然是重要的。

发光材料对光的吸收，和一般物质一样，都遵循以下的规律，即：I(λ)=I0(λ)e-kλx其中I0(λ)是波长为λ的光射到物质时的强度，I(λ)是光通过厚度x后的强度，kλ是不依赖光强、但随波长变化而变化的，称为吸收系数。

kλ随波长（或频率）的变化，叫作吸收光谱。

发光材料的吸收光谱，首先决定于基质，而激活剂和其他杂质也起一定的作用，它们可以产生吸收带或吸收线。

二.反射光谱如果材料是一块单晶，经过适当的加工（如切割、抛光等），利用分光光度计并考虑到反射的损失，就可以测得吸收光谱。