熒光的原理及應(yīng)用

關(guān)于熒光的原理及應(yīng)用2主要內(nèi)容熒光光譜的基本原理1熒光光譜儀的原理、操作及數(shù)據(jù)處理2熒光光譜的應(yīng)用3參考資料4第2頁,共90頁，2024年2月25日，星期天3熒光光譜的基本原理第3頁,共90頁，2024年2月25日，星期天4熒光定義熒光是輻射躍遷的一種，是物質(zhì)從激發(fā)態(tài)失活到多重性相同的低能狀態(tài)時所釋放的輻射。第4頁,共90頁，2024年2月25日，星期天5構(gòu)造原理：電子在原子或分子中排布所遵循的規(guī)則?；鶓B(tài)和激發(fā)態(tài)能量最低原理泡利不相容原理洪特規(guī)則基態(tài)：當(dāng)一個分子中的所有電子的排布都遵從構(gòu)造原理時，此分子被稱為處于基態(tài)。激發(fā)態(tài)：當(dāng)一個分子中的電子排布不完全遵從構(gòu)造原理時，此分子被稱為處于激發(fā)態(tài)。第5頁,共90頁，2024年2月25日，星期天6

電子激發(fā)態(tài)的多重度：

M=2S+1

S為電子自旋量子數(shù)的代數(shù)和(0或1)；電子激發(fā)態(tài)的多重度根據(jù)洪特規(guī)則(平行自旋比成對自旋穩(wěn)定)，三重態(tài)能級比相應(yīng)單重態(tài)能級低；大多數(shù)有機分子的基態(tài)處于單重態(tài)；第6頁,共90頁，2024年2月25日，星期天7分子能級比原子能級復(fù)雜；在每個電子能級上，都存在振動、轉(zhuǎn)動能級；分子能級與躍遷激發(fā)：

基態(tài)(S0)→激發(fā)態(tài)(S1、S2激發(fā)態(tài)振動能級)：吸收特定頻率的輻射；量子化；躍遷一次到位；失活：

激發(fā)態(tài)→基態(tài)：多種途徑和方式(見能級圖)；速度最快、激發(fā)態(tài)壽命最短的途徑占優(yōu)勢；第一、第二、…電子激發(fā)單重態(tài)

S1、S2…

；第一、第二、…電子激發(fā)三重態(tài)

T1、T2…

；第7頁,共90頁，2024年2月25日，星期天8雅布隆斯基分子能級圖S2S1S0T1吸收發(fā)射熒光發(fā)射磷光系間竄越內(nèi)轉(zhuǎn)換振動弛豫能量l2l1l

3

外轉(zhuǎn)換l

2T2內(nèi)轉(zhuǎn)換振動弛豫第8頁,共90頁，2024年2月25日，星期天9躍遷規(guī)則躍遷前后原子核的構(gòu)型沒有發(fā)生改變、躍遷過程中電子自旋沒有改變、躍遷前后電子的軌道在空間有較大的重疊和軌道的對映性發(fā)生了改變的躍遷是允許的；躍遷過程中電子自旋發(fā)生了改變、躍遷前后電子的軌道在空間不重疊或軌道的對映性未發(fā)生改變的躍遷是禁阻的。Franck-Condon原理：在電子躍遷完成的瞬間，分子中原子核的構(gòu)型是來不及改變的。第9頁,共90頁，2024年2月25日，星期天10電子處于激發(fā)態(tài)是不穩(wěn)定狀態(tài)，容易返回基態(tài)，在這個過程中通過輻射躍遷(發(fā)光)和無輻射躍遷等方式失去能量，這個過程就稱為失活。失活途徑輻射躍遷熒光磷光內(nèi)轉(zhuǎn)換外轉(zhuǎn)換系間竄越振動弛豫無輻射躍遷

激發(fā)態(tài)停留時間短、返回速度快的途徑，發(fā)生的幾率大。失活的途徑第10頁,共90頁，2024年2月25日，星期天11振動弛豫：同一電子能級內(nèi)以熱能量交換形式由高振動能級至低相鄰振動能級間的躍遷。發(fā)生振動弛豫的時間一般為10-12s。無輻射躍遷失活的途徑通過內(nèi)轉(zhuǎn)換和振動弛豫，高激發(fā)單重態(tài)的電子躍回第一激發(fā)單重態(tài)的最低振動能級。

內(nèi)轉(zhuǎn)換：多重度相同的電子能級中等能級間的無輻射能級躍遷。第11頁,共90頁，2024年2月25日，星期天12無輻射躍遷失活的途徑系間竄越：不同多重態(tài),有重疊的轉(zhuǎn)動能級間的非輻射躍遷。

改變電子自旋，禁阻躍遷，通過自旋—軌道耦合進行。外轉(zhuǎn)換：激發(fā)分子與溶劑或其他分子之間產(chǎn)生相互作用而轉(zhuǎn)移能量的非輻射躍遷；

外轉(zhuǎn)換使熒光或磷光減弱或“猝滅”。第12頁,共90頁，2024年2月25日，星期天13熒光發(fā)射：電子由第一激發(fā)單重態(tài)的最低振動能級→基態(tài)（多為S1→S0躍遷），發(fā)射波長為

’2的熒光；10-7～10-9s。輻射躍遷失活的途徑磷光發(fā)射：電子由第一激發(fā)三重態(tài)的最低振動能級→基態(tài)（多為T1→S0躍遷）；發(fā)射波長為

3的磷光；

10-4～100s。電子由S0進入T1的可能過程：（S0→T1禁阻躍遷）

S0→激發(fā)→振動弛豫→內(nèi)轉(zhuǎn)換→系間竄越→振動弛豫→T1

發(fā)光速度很慢，光照停止后，可持續(xù)一段時間。

由圖可見，發(fā)射熒光的能量比分子吸收的能量小，波長長；

’2>

2>

1；

第13頁,共90頁，2024年2月25日，星期天14激發(fā)譜

固定發(fā)射波長(一般將其固定于發(fā)射波段中感興趣的峰位)，掃描出的化合物的發(fā)射光強(熒光/磷光)與入射光波長的關(guān)系曲線。主要光譜參量發(fā)射譜

固定激發(fā)波長(一般將其固定于激發(fā)波段中感興趣的峰位),掃描出的化合物的發(fā)射光強(熒光/磷光)與入射光波長的關(guān)系曲線。吸收譜

化合物的吸收光強與入射光波長的關(guān)系曲線。第14頁,共90頁，2024年2月25日，星期天15主要光譜參量

吸收譜反映出的是物質(zhì)的基態(tài)能級與激發(fā)態(tài)能級之間所有的允許躍遷。通常狀態(tài)下的物質(zhì)的表觀顏色大部分時候取決于其吸收特性。

激發(fā)譜則反映的是基態(tài)與所有與該熒光發(fā)射有關(guān)的能級之間的躍遷。其所呈現(xiàn)的關(guān)系比吸收譜要有選擇性，但有時候又不如吸收譜來的直接。電子躍遷到不同激發(fā)態(tài)能級時，吸收不同波長的能量(如能級圖

2

,

1)，產(chǎn)生不同吸收帶，但均回到第一激發(fā)單重態(tài)的最低振動能級再躍遷回到基態(tài)，產(chǎn)生波長一定的熒光(如

’2

)。因此，發(fā)射譜的形狀與激發(fā)波長無關(guān)。第15頁,共90頁，2024年2月25日，星期天16斯托克位移一個化合物的發(fā)射光譜常常與其吸收光譜很類似，但總是較相應(yīng)的吸收光譜紅移，這稱為斯托克位移（Stoke’sshift）。蒽在溶液中的吸收（虛線）和發(fā)射（實線）光譜第16頁,共90頁，2024年2月25日，星期天17產(chǎn)生斯托克位移的主要原因：1.躍遷到激發(fā)態(tài)高振動能級的激發(fā)態(tài)分子，首先以更快的速率發(fā)生振動弛豫（其速率在1013/s數(shù)量級），散失部分能量，達(dá)到零振動能級，一般從零振動能級發(fā)射熒光；2.激發(fā)態(tài)形成后，其分子的構(gòu)型將很快進一步調(diào)整，以達(dá)到激發(fā)態(tài)的穩(wěn)定構(gòu)型，這又損失了部分能量；3.發(fā)射熒光的激發(fā)態(tài)多為（π，π*）態(tài)，這種激發(fā)態(tài)較基態(tài)時有更大的極性，因此將在更大程度上為極性溶劑所穩(wěn)定，使激發(fā)態(tài)的能量進一步降低。斯托克位移第17頁,共90頁，2024年2月25日，星期天18不過，有時在高溫下也可觀察到反斯托克位移現(xiàn)象，即熒光光譜移向吸收光譜的短波方向。這是由于高溫使更多的激發(fā)態(tài)分子處于高振動能級，熒光主要從激發(fā)態(tài)的高振動能級發(fā)出所致。既沒發(fā)生斯托克位移也沒發(fā)生反斯托克位移的熒光稱共振熒光。反斯托克位移第18頁,共90頁，2024年2月25日，星期天19熒光發(fā)射是光吸收的逆過程。熒光發(fā)射光譜與吸收光譜有類似鏡影的關(guān)系。但當(dāng)激發(fā)態(tài)的構(gòu)型與基態(tài)的構(gòu)型相差很大時，熒光發(fā)射光譜將明顯不同于該化合物的吸收光譜。鏡像規(guī)則第19頁,共90頁，2024年2月25日，星期天20熒光光譜固定激發(fā)光波長物質(zhì)發(fā)射的熒光強度與發(fā)射光波長關(guān)系曲線，如右圖中曲線II。熒光本身則是由電子在兩能級間不發(fā)生自旋反轉(zhuǎn)的輻射躍遷過程中所產(chǎn)生的光。磷光光譜固定激發(fā)光波長物質(zhì)發(fā)射的磷光強度與發(fā)射光波長關(guān)系曲線，如右圖中曲線III。磷光本身則是由電子在兩能級間發(fā)生自旋反轉(zhuǎn)的輻射躍遷過程中所產(chǎn)生的光。熒光光譜與磷光光譜第20頁,共90頁，2024年2月25日，星期天21光譜圖第21頁,共90頁，2024年2月25日，星期天22自吸收現(xiàn)象：化合物的熒光發(fā)射光譜的短波長端與其吸收光譜的長波長端重疊，產(chǎn)生自吸收；如蒽化合物。內(nèi)濾光作用：溶液中含有能吸收激發(fā)光或熒光物質(zhì)發(fā)射的熒光，如色胺酸中的重鉻酸鉀；內(nèi)濾光作用和自吸收現(xiàn)象200250300350400450500熒光激發(fā)光譜熒光發(fā)射光譜nm蒽的激發(fā)光譜和熒光光譜第22頁,共90頁，2024年2月25日，星期天23熒光壽命熒光壽命是熒光強度衰減為初始時的1/e所需要的時間，常用

表示。如熒光強度的衰減符合指數(shù)衰減的規(guī)律:

It

I0e-kt

其中I0是激發(fā)時最大熒光強度，It是時間t時的熒光強度，k是衰減常數(shù)。假定在時間時測得的It為I0的1/e，則

是我們定義的熒光壽命。第23頁,共90頁，2024年2月25日，星期天24壽命

是衰減常數(shù)k的倒數(shù)。事實上，在瞬間激發(fā)后的某個時間，熒光強度達(dá)到最大值，然后熒光強度將按指數(shù)規(guī)律下降。從最大熒光強度值后任一強度值下降到其1/e所需的時間都應(yīng)等于。

熒光壽命第24頁,共90頁，2024年2月25日，星期天25如果激發(fā)態(tài)分子只以發(fā)射熒光的方式丟失能量，則熒光壽命與熒光發(fā)射速率的衰減常數(shù)成反比。熒光壽命因此有

F

1/KF

F表示熒光分子的固有熒光壽命，kF表示熒光發(fā)射速率的衰減常數(shù)。熒光發(fā)射速率即為單位時間中發(fā)射的光子數(shù)。第25頁,共90頁，2024年2月25日，星期天26處于激發(fā)態(tài)的分子，除了通過發(fā)射熒光回到基態(tài)以外，還會通過一些其它過程(如淬滅和能量轉(zhuǎn)移)回到基態(tài)，其結(jié)果是加快了激發(fā)態(tài)分子回到基態(tài)的過程(或稱失活過程)，結(jié)果是熒光壽命降低。壽命和這些過程的速率常數(shù)有關(guān)，總的失活過程的速率常數(shù)k可以用各種失活過程的速率常數(shù)之和來表示:k

kF+kiki表示各種非輻射過程的衰減速率常數(shù)。則總的壽命為:

1/k

1/(kF+ki)熒光壽命第26頁,共90頁，2024年2月25日，星期天27由于吸收幾率與發(fā)射幾率有關(guān)，F(xiàn)與最大吸收位置的摩爾消光系數(shù)

max(單位為cm2mol-1或(moldm-3)-1cm-1)也密切相關(guān)。從下式可以得到

F的粗略估計值(單位為秒)。1/F≈104

max注意：在討論壽命時，不要把壽命與躍遷時間混淆起來。躍遷時間是躍遷頻率的倒數(shù)，而壽命是指分子在某種特定狀態(tài)下存在的時間。通過測量壽命，可以得到有關(guān)分子結(jié)構(gòu)和動力學(xué)方面的信息。熒光壽命第27頁,共90頁，2024年2月25日，星期天28延遲熒光一般熒光壽命為10-8s，最長可達(dá)10-6s。但有時卻可能觀察到長達(dá)10-3s。這種長壽命的延時發(fā)射的熒光，被稱為延遲熒光或緩發(fā)熒光。延遲熒光與普通熒光的區(qū)別主要在于輻射壽命不同。這種長壽命的延遲熒光來源于從第一激發(fā)三重態(tài)（T1）重新生成的S1態(tài)的輻射躍遷。即延遲熒光產(chǎn)生的過程為：S1→T1→S1→S0+hνf第28頁,共90頁，2024年2月25日，星期天29延遲熒光E型延遲熒光：當(dāng)?shù)谝患ぐl(fā)單重態(tài)S1與第一激發(fā)三重態(tài)T1能差較小時，T1態(tài)有時可從環(huán)境獲取一定的熱能后又達(dá)到能量更高的S1態(tài)。即T1→S1這種現(xiàn)象首先從四溴熒光素（eosin）觀察到，故得名E型延遲熒光。ΔP型延遲熒光：當(dāng)單重態(tài)（S1）與三重態(tài)（T1）能差較大時，T1不可能靠從環(huán)境取得熱能而到達(dá)S1態(tài)。這時有可能在兩個三重態(tài)分子靠近時，通過兩個三重態(tài)分子的湮滅過程重新生成S1態(tài)。即S1+S1→T1+T1→(T1···T1)→S0+S1→S0+S0+hνp這種現(xiàn)象首先從芘（pyrene）和菲（phenanthrence）觀察到，故得名P型延遲熒光。第29頁,共90頁，2024年2月25日，星期天30熒光量子產(chǎn)率是物質(zhì)熒光特性中最基本的參數(shù)之一，它表示物質(zhì)發(fā)射熒光的效率。量子產(chǎn)率熒光量子產(chǎn)率通常用

來表示，定義為熒光發(fā)射量子數(shù)與被物質(zhì)吸收的光子數(shù)之比，也可表示為熒光發(fā)射強度與被吸收的光強之比，或表示為熒光發(fā)射速率與吸收光速率常數(shù)之比，即：

=熒光發(fā)射量子數(shù)/吸收的光子數(shù)=kf[S1]/吸光速率=If/Ia

第30頁,共90頁，2024年2月25日，星期天31量子產(chǎn)率一般情況下，熒光量子產(chǎn)率（

)不隨激發(fā)光波長而改變，這被稱為Kasha-Vavilov規(guī)則。但如果形成的激發(fā)態(tài)會導(dǎo)致化學(xué)反應(yīng)或系間竄越與內(nèi)轉(zhuǎn)換的競爭，則可能使受到影響。例如，在低壓氣相以254nm的光激發(fā)苯，=0.4，而當(dāng)以小于240nm的光激發(fā)苯時，則未檢測到熒光。這是由于苯的高振動能級的S1態(tài)會使其轉(zhuǎn)變?yōu)槎磐弑健２煌衔锏牟顒e可以很大。另外，還會受環(huán)境（如溫度、溶劑等）的影響，例如，降低溫度可導(dǎo)致一個化合物的增大，提高溫度可導(dǎo)致一個化合物的降低。第31頁,共90頁，2024年2月25日，星期天32量子產(chǎn)率由于熒光的非單色性、各向的不均勻性和二級發(fā)射等原因，熒光量子產(chǎn)率的直接測定的重復(fù)性往往較差。因此，實際測量中大多采用的是相對法，即用一已知其熒光量子產(chǎn)率的參比化合物在相同條件下對照測定，并可通過公式計算目標(biāo)化合物的熒光量子產(chǎn)率：

=

s[Iεscs/(Isεc)]

s、εs、cs和Is分別是參照物的熒光量子產(chǎn)率（已知）、摩爾消光系數(shù)、溶液濃度和熒光強度；、ε

、c和I分別是被測物的熒光量子產(chǎn)率（未知）、摩爾消光系數(shù)、溶液濃度和熒光強度。參照物應(yīng)是已知、無自吸收、無濃度猝滅、在被測物所用溶劑中可溶、易純化、穩(wěn)定和對雜質(zhì)不敏感的物質(zhì)。常用的參照物如羅丹明B和喹啉硫酸氫鹽等。第32頁,共90頁，2024年2月25日，星期天33熒光產(chǎn)生的條件化合物能夠產(chǎn)生熒光的必要條件是：它吸收光子發(fā)生多重性不變的躍遷時所吸收的能量小于斷裂其最弱的化學(xué)鍵所需要的能量。另外，化合物要能發(fā)生熒光，其結(jié)構(gòu)中必須有熒光基團。熒光基團都是含有不飽和鍵的基團，當(dāng)這些基團是分子的共軛體系的一部分時，則該化合物可能產(chǎn)生熒光。第33頁,共90頁，2024年2月25日，星期天34影響熒光的主要因素1.熒光助色團與熒光消色團：可使化合物熒光增強的基團被稱為熒光助色團。一般為給電子取代基，如-NH2、-OH等。相反，吸電子基團如-COOH、-CN等將減弱或抑制熒光的產(chǎn)生，被稱為熒光消色團。第34頁,共90頁，2024年2月25日，星期天35影響熒光的主要因素增加共平面的稠合環(huán)的數(shù)目，特別是當(dāng)稠合環(huán)以線型排列時，將有利于體系內(nèi)電子的流動，從而使體系發(fā)生躍遷所需吸收的能量降低，進而有利于熒光的產(chǎn)生。2.增加稠合環(huán)可增強熒光：剛性增強后，將減弱分子的振動，從而使分子的激發(fā)能不易因振動而以熱能形式釋放；另外，分子剛性的增加常有利于增加分子的共平面，從而有利于增大分子內(nèi)電子的流動性，也就有利于熒光的產(chǎn)生。3.提高分子的剛性可增強熒光：第35頁,共90頁，2024年2月25日，星期天36影響熒光的主要因素根據(jù)電子躍遷規(guī)則，S1態(tài)的電子組態(tài)是（，*）態(tài)時，有利于熒光的產(chǎn)生，當(dāng)S1態(tài)的電子組態(tài)是（n，*）態(tài)時，不利于熒光的產(chǎn)生。4.激發(fā)態(tài)電子組態(tài)的影響：重原子具有增強系間竄越的作用，將增大從S1態(tài)向T1態(tài)的系間竄越的速率常數(shù)和量子產(chǎn)率，從而導(dǎo)致降低熒光量子產(chǎn)率。5.重原子將導(dǎo)致熒光量子產(chǎn)率的降低：第36頁,共90頁，2024年2月25日，星期天37影響熒光的主要因素增加溶劑的極性，一般有利于熒光的產(chǎn)生。6.溶劑極性的影響：降低體系溫度可以提高熒光量子產(chǎn)率。7.溫度的影響：如氫鍵、吸附、溶劑粘度增加等均可提高熒光的量子產(chǎn)率，這都可用減少了分子的熱振動和增加了分子的剛性來解釋。8.其它影響因素：第37頁,共90頁，2024年2月25日，星期天38第38頁,共90頁，2024年2月25日，星期天39熒光光譜儀的原理、操作及數(shù)據(jù)處理第39頁,共90頁，2024年2月25日，星期天40在實驗樣品受到激發(fā)的情況下，通過選擇合適的探測器和工作模式，記錄下發(fā)射光強與激發(fā)源特性、樣品特性以及溫度、時間、空間、能量等相關(guān)特性之間的關(guān)系，以此來更好的研究或利用發(fā)光過程。熒光光譜儀的基本原理第40頁,共90頁，2024年2月25日，星期天41樣品準(zhǔn)備塊狀固體為了獲取盡可能理想的光譜，減小內(nèi)外表面因素的干擾，最好切成規(guī)則形狀，并進行拋光。

2.如果要做系列樣品特性的對比，應(yīng)盡量在尺寸和光潔度上將其制為同一規(guī)格。4.對于與各項異性有關(guān)的測試，務(wù)必要注意光軸（或x,y,z軸）的位置。

5.對于有自吸收特性的樣品要注意其對測試結(jié)果的影響。第41頁,共90頁，2024年2月25日，星期天42樣品準(zhǔn)備粉體和微晶

避免混入諸如濾紙纖維、膠水等雜質(zhì)，以免其發(fā)光對測試結(jié)果產(chǎn)生影響。

2.樣品應(yīng)盡量保存在不會引入雜質(zhì)又防潮避光的樣品管（盒）中。3.對于強光下不穩(wěn)定的化合物，測試時應(yīng)特別注意控制入射光的強度，避免破壞樣品。4.粉體和微晶樣品一般夾在石英玻璃片進行測試。第42頁,共90頁，2024年2月25日，星期天43液體樣品準(zhǔn)備1.溶液樣品盡量使用透明的玻璃化溶液，避免在這種匯聚式光路中由于比色皿中溶液的前后吸收不均導(dǎo)致的光譜失真問題。2.為安全起見，對于使用揮發(fā)性劇毒溶劑的測試，一定要有合適的防護。3.易揮發(fā)、易變質(zhì)的溶液最好現(xiàn)配現(xiàn)測。4.液體樣品一般放在帶蓋石英比色皿（與紫外測試所用比色皿不同，為側(cè)面全透明型）中進行測試。第43頁,共90頁，2024年2月25日，星期天44測試準(zhǔn)備由于物質(zhì)的發(fā)射特性和吸收特性是緊密相關(guān)的，所以提前做好吸收譜可以有效縮短熒光測試的摸索時間。對于不知道相關(guān)特性的樣品，吸收譜的測試比熒光光譜的測試要容易很多。所以，建議大家先測一下樣品的吸收譜，并從中找出感興趣的吸收峰和特性，在熒光測試時以便參考。第44頁,共90頁，2024年2月25日，星期天45光譜測試開機

電源——燈源2.發(fā)射譜

根據(jù)吸收譜中感興趣的峰確定激發(fā)波長，選擇合適的發(fā)射譜波長范圍、濾光片、光路狹縫、掃描速度等進行發(fā)射譜的掃描。3.激發(fā)譜

根據(jù)發(fā)射譜中感興趣的峰確定發(fā)射波長，選擇合適的激發(fā)譜波長范圍、濾光片、光路狹縫、掃描速度等進行激發(fā)譜的掃描。第45頁,共90頁，2024年2月25日，星期天464.發(fā)射譜

根據(jù)激發(fā)譜中感興趣的峰確定激發(fā)波長，選擇合適的發(fā)射譜波長范圍、濾光片、光路狹縫、掃描速度等進行發(fā)射譜的掃描。5.重復(fù)3、4步循環(huán)掃描得到理想的光譜圖。7.關(guān)機

光源——電源6.保存數(shù)據(jù)光譜測試第46頁,共90頁，2024年2月25日，星期天47濾光片的選擇1.按光譜波段分：紫外濾光片、可見濾光片、紅外濾光片；2.按光譜特性分：帶通濾光片、截止濾光片、分光濾光片、中性密度濾光片、反射濾光片；

帶通型：選定波段的光通過，通帶以外的光截止。

短波通型(又叫低波通)：短于選定波長的光通過，長于該波長的光截止。比如紅外截止濾光片，IBG-650。

長波通型(又叫高波通)：長于選定波長的光通過，短于該波長的光截止比如紅外透過濾光片，IPG-800.濾光片的分類第47頁,共90頁，2024年2月25日，星期天48濾光片的選擇為了消除剩余入射光對熒光光譜產(chǎn)生影響，我們通常要選擇合適的長波通型截止濾光片。激發(fā)波長一定要小于發(fā)射波長。發(fā)射譜掃描過程中，通常選擇比激發(fā)波長長，比發(fā)射譜最短波長短的長波通型截止濾光片。激發(fā)譜掃描過程中，通常選擇比發(fā)射波長短，比激發(fā)譜最長波長長的長波通型截止濾光片。第48頁,共90頁，2024年2月25日，星期天49光路狹縫和掃描速度的選擇如果光路狹縫太大，熒光信號太強，容易超出儀器檢測范圍，損傷儀器；如果狹縫開的太小，熒光信號又太弱，檢測比較困難，所以要選擇大小合適的狹縫。如果掃描太快，容易跳峰，忽略特征性的峰信號；掃描太慢則浪費時間。所以只要能掃描得到平滑的光譜曲線就可以了。第49頁,共90頁，2024年2月25日，星期天50光譜數(shù)據(jù)處理測得的數(shù)據(jù)結(jié)果需要應(yīng)用origin軟件進行數(shù)據(jù)處理和作圖分析。為了消除儀器本身的影響，測得的光譜曲線需要應(yīng)用校正曲線進行校正。校正過的光譜數(shù)據(jù)可以應(yīng)用色坐標(biāo)軟件進行顏色分析。第50頁,共90頁，2024年2月25日，星期天51熒光壽命和量子產(chǎn)率的測試和數(shù)據(jù)處理熒光壽命：根據(jù)發(fā)射譜和激發(fā)譜選擇感興趣的發(fā)射波長和激發(fā)波長，測試熒光強度隨時間的衰減曲線，同樣需要數(shù)據(jù)進行校正，然后應(yīng)用origin軟件進行作圖和數(shù)據(jù)擬合得到壽命結(jié)果。量子產(chǎn)率：根據(jù)發(fā)射譜和激發(fā)譜選擇感興趣的發(fā)射波長范圍和激發(fā)波長，運用積分球分別測試加、減衰減片時的熒光強度，然后應(yīng)用軟件進行數(shù)據(jù)處理得到量子產(chǎn)率。第51頁,共90頁，2024年2月25日，星期天52熒光圖實例第52頁,共90頁，2024年2月25日，星期天53熒光光譜的應(yīng)用第53頁,共90頁，2024年2月25日，星期天54熒光光譜的應(yīng)用熒光探針金屬-有機配合物（MOF）發(fā)光材料分子傳感器物質(zhì)的檢測稀土摻雜發(fā)光材料發(fā)光器件光譜第54頁,共90頁，2024年2月25日，星期天55金屬-有機配合物（MOF）的發(fā)光機理Ligand-金屬-有機配合物發(fā)光機理示意圖第55頁,共90頁，2024年2月25日，星期天561.配體內(nèi)的電荷轉(zhuǎn)移（ILCT）2.配體到金屬的電荷轉(zhuǎn)移（LMCT）3.金屬到配體的電荷轉(zhuǎn)移（MLCT）4.配體到配體的電荷轉(zhuǎn)移（LLCT）5.金屬-金屬到配體的電荷轉(zhuǎn)移（MMLCT）等過渡金屬-有機配合物（MOF）的發(fā)光機理很多過渡金屬與配體配合時能形成新的能級結(jié)構(gòu)（HOMO/LUMO），基態(tài)與這些能級的躍遷較容易導(dǎo)致量子產(chǎn)率相對于配體的顯著增強，同時可以通過改變配位中心或配體結(jié)構(gòu)在很寬的波段內(nèi)調(diào)控其發(fā)射波段。第56頁,共90頁，2024年2月25日，星期天57過渡金屬-有機配合物（MOF）的發(fā)光機理常見d8/d10過渡金屬配合物的發(fā)光機理Zn(II)、Cd(II)配合物------------------------------------------ILCT/LMCT單核Cu(I)、Ag(I)、Au(I)、Pt(II)、Pd(II)配合物---------ILCT/LMCT/MLCT多核Cu(I)、Ag(I)、Au(I)、Pt(II)、Pd(II)配合物---------MLCT/MMLCT第57頁,共90頁，2024年2月25日，星期天58稀土離子能級圖（Dieke圖)稀土金屬-有機配合物（MOF）的發(fā)光機理第58頁,共90頁，2024年2月25日，星期天59荷蘭的R.T.Wegh等利用德國DESY同步輻射裝置對稀土離子VUV波段的激發(fā)譜做了細(xì)致研究，并對比理論計算對VUV譜區(qū)4f能級的預(yù)測，成功地將Dieke圖擴展到了70000cm-1的能量范圍。擴展Dieke圖稀土金屬-有機配合物（MOF）的發(fā)光機理第59頁,共90頁，2024年2月25日，星期天60金屬離子發(fā)光f-f躍遷：Sm3+、Eu3+、Tb3+、Dy3+、Tm3+、Nd3+、Er3+、Yb3+等

天線效應(yīng)優(yōu)點：色度純、壽命長等缺點：f-f禁阻，強度低稀土金屬-有機配合物（MOF）的發(fā)光機理第60頁,共90頁，2024年2月25日，星期天61稀土金屬-有機配合物（MOF）的發(fā)光機理天線效應(yīng)示意圖

配體發(fā)光

La3+、Gd3+、Lu3+等

f-d躍遷：Eu2+、Yb2+、Sm2+、Ce3+等

寬峰第61頁,共90頁，2024年2月25日，星期天62Yu-BinDong,etal.,J.Am.Chem.Soc.,

2007(129):10620-106211.客體離子的影響：金屬-有機配合物（MOF）發(fā)光的影響因素第62頁,共90頁，2024年2月25日，星期天63Y.K.Park,etal.,

Angew.Chem.Int.Ed.,2007(46):8230-82332.客體分子的影響：金屬-有機配合物（MOF）發(fā)光的影響因素第63頁,共90頁，2024年2月25日，星期天64Zhe-MingWang,SongGao,etal.,Inorg.Chem.,

2007(46):1337-13423.結(jié)晶水的影響金屬-有機配合物（MOF）發(fā)光的影響因素第64頁,共90頁，2024年2月25日，星期天65M.D.Allendorf,C.A.Bauer,

etal.,Chem.Soc.Rev.,

2009(38):1330–13524.配體共軛程度的影響π*norπ配體金屬配體金屬發(fā)射增大共軛發(fā)射能級躍遷示意圖金屬-有機配合物（MOF）發(fā)光的影響因素第65頁,共90頁，2024年2月25日，星期天665.溶劑的影響M.C.Hong,etal.,Cryst.Growth.Des.,2008(8):2721-2728金屬-有機配合物（MOF）發(fā)光的影響因素第66頁,共90頁，2024年2月25日，星期天67AvelinoCorma,Jo?oRocha,etal.,Angew.Chem.Int.Ed.,

2009(48):6476-64796.pH的影響金屬-有機配合物（MOF）發(fā)光的影響因素第67頁,共90頁，2024年2月25日，星期天68Guo-CongGuo,etal.,J.Am.Chem.Soc.,

2009(131):13572-135737.激發(fā)波長的影響金屬-有機配合物（MOF）發(fā)光的影響因素第68頁,共90頁，2024年2月25日，星期天69稀土摻雜發(fā)光材料1.稀土摻雜激光晶體2.稀土摻雜納米材料第69頁,共90頁，2024年2月25日，星期天70稀土摻雜激光晶體第70頁,共90頁，2024年2月25日，星期天71稀土摻雜激光晶體第71頁,共90頁，2024年2月25日，星期天72稀土摻雜激光晶體第72頁,共90頁，2024年2月25日，星期天73稀土摻雜激光晶體第73頁,共90頁，2024年2月25日，星期天74稀土摻雜納米材料稀土離子和半導(dǎo)體納米晶本身都是很好的發(fā)光材料。稀土離子的發(fā)光可以被半導(dǎo)體的激子復(fù)合所敏化，使得稀土離子的發(fā)光效率大大增強。通過控制合成半導(dǎo)體納米晶的尺寸來剪裁半導(dǎo)體的帶隙以匹配發(fā)光中心的激發(fā)態(tài)能級，實現(xiàn)高效能量傳遞或發(fā)光。稀土離子是最好的對結(jié)構(gòu)敏感的光譜探針，可以設(shè)計實驗來原位探測某些很小的半導(dǎo)體納米晶室溫結(jié)構(gòu)相變過程并分析其內(nèi)在機制。稀土摻雜半導(dǎo)體納米材料在綠色照明光源、納米光電子器件、平板顯示、納米生物標(biāo)記和傳感器等方面有著廣闊的應(yīng)用前景。

第74頁,共90頁，2024年2月25日，星期天75稀土摻雜納米材料ZnO:Eu3+ZnO→Ln3+

能量傳遞ZnO敏化發(fā)光更高效基質(zhì)敏化的稀土離子發(fā)光第75頁,共90頁，2024年2月25日，星期天76與蛋白質(zhì)或其他大分子結(jié)構(gòu)非共價相互作用而使一種或幾種熒光性質(zhì)發(fā)生改變的小分子物質(zhì)?？捎糜谘芯看蠓肿游镔|(zhì)的性質(zhì)和行為。熒光探針目前常用的熒光探針有熒光素類探針、無機離子熒光探針、熒光量子點、分子信標(biāo)等。熒光探針除應(yīng)用于核酸和蛋白質(zhì)的定量分析外，在核酸染色、DNA電泳、核酸分子雜交、定量PCR技術(shù)以及DNA測序上都有著廣泛的應(yīng)用。熒光探針：第76頁,共90頁，2024年2月25日，星期天77熒光探針過渡金屬配合物很多能實現(xiàn)較強的紅外波段寬帶發(fā)射，可以有效避開組織體的吸收，可以穿透組織體實現(xiàn)紅外成像，克服同位素原子示蹤對人體的傷害；壽命處于μs量級，可以用于較大分子的形變和轉(zhuǎn)動擴散研究，當(dāng)然，結(jié)合其特有的發(fā)射波段也能對活體環(huán)境中的許多擴散和轉(zhuǎn)變過程進行研究。第77頁,共90頁，2024年2月25日，星期天78稀土離子是一類核酸探針的檢測試劑。在水溶液中僅有Tb(Ⅲ)和Eu(Ⅲ)發(fā)出熒光，與DNA配合后仍保留熒光性能，可特異識別核苷酸。Tb(Ⅲ)和Eu(Ⅲ)與一些小分子配體配合，由于配體本身性質(zhì)、中心離子-配體成鍵及溶劑等因素影響，使配合物的激發(fā)態(tài)壽命達(dá)到ms級，并發(fā)出窄而強的熒光。Tb(Ⅲ)和Eu(Ⅲ)與小分子的配合物探針通過共價鍵與靶DNA共價結(jié)合后多用于實時定量熒光PCR反應(yīng)產(chǎn)物的分析及雜交測試。該類探針要求稀土配合物易于合成并且足夠穩(wěn)定，同時熒光發(fā)射強度大。Nurmi等用Tb(Ⅲ)和Eu(Ⅲ)標(biāo)記的探針進行實時同步擴增及前列腺特異抗原的測定，信噪比要高于傳統(tǒng)的TaqMan探針，而循環(huán)閾值則降低。熒光探針第78頁,共90頁，2024年2月25日，星期天79量子點熒光探針是由Ⅱ-Ⅳ族和Ⅲ-Ⅴ族元素組成的半導(dǎo)體納米顆粒，將核酸連接到量子點的表面，做成探針，通過體外雜交常規(guī)熒光(FISH)分析，發(fā)現(xiàn)染色體的異常及變異，可取代一些有機熒光染料進行生物分子檢測。研究較多的有CdSe、CdTe、ZnS等。熒光探針第79頁,共90頁，2024年2月25日，星期天80量子點探針較傳統(tǒng)的有機熒光染料具有一定的優(yōu)越性：首先，熒光光譜范圍寬，通過改變納米晶體材料和尺寸，獲得的激光誘導(dǎo)熒光光譜范圍在400nm～2μm；其次，熒光光譜范圍可調(diào)，穩(wěn)定性好，熒光壽命長，且可用單一波長的激發(fā)光源同時激發(fā)不同大小尺寸的量子點，得到不同熒光發(fā)射波長的檢測信號，相對于有機熒光染料的單一光源激發(fā)得到單一熒光發(fā)射信號，降低了實驗成本并簡化了分析步驟。熒光探針總之，量子點熒光探針用于生物熒