荧光的产生 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。
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。
硒化镉量子点在紫外线的照射下发出荧光
(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 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。
照明
荧光灯
常见的 荧光灯 就是一个例子。 灯管内部被 抽成 真空再注入少量的 水银 。灯管电极的放电使水银发出 紫外波段 的光。这些紫外光是不可见的,并且对人体有害。所以灯管内壁覆盖了一层称作磷(荧)光体的物质,它可以吸收那些紫外光并发出 可见光
可以发出白色光的 发光二极管 (LED)也是基于类似的原理。由半导体发出的光是蓝色的,这些蓝光可以激发附着在反射极上的磷(荧)光体,使它们发出橙色的荧光,两种颜色的光混合起来就近似地呈现出白光。
荧光笔有 荧光剂 ,它遇到 紫外线 太阳光 日光灯 水银灯 比较多)时会产生荧光笔 荧光效应 ,发出白光,从而使颜色看起来有刺眼的荧光感觉。 荧光笔的荧光跟我们手表、 荧光棒 的荧光原理不相同,荧光棒是内部发生 放射性 反应,产生的射线激发外周的荧光粉发光,因此它们在夜里没有任何紫外线的情况下都能发光。而荧光笔则一定有紫外线情况下才会发荧光,这一点你只要把荧光笔的 笔迹 靠近 捕蚊灯 验钞机 就可以看得非常清楚。
生化和医疗
荧光在生化和医药领域有着广泛的应用。人们可以通过 化学反应 把具有荧光性的化学基团粘到 生物大分子 上,然后通过观察 示踪 基团发出的荧光来灵敏地探测这些生物大分子。
采用 荧光标记 链终止剂 所得到的 DNA测序
用于对 DNA 进行自动测序的链 末端终止法 :在原初的方法中,需要对DNA的引物端进行荧光标记,以便在测序凝胶板上确定DNA色带的位置。在改进的方法中,对作为链终止剂的4种 双脱氧核苷酸 (ddTBP)分别进行荧光标记,电泳结束后不同长度的 DNA分子 彼此分开,经紫外线照射,4种被标记的双脱氧核苷酸发出不同波长的荧光。通过分析荧光的光谱便可以分辨出DNA的序列。DNA探测: 溴化乙啶 是一种 荧光染料 ,当它在溶液中自由改变构型时,只能发出很弱的荧光;当它嵌入核酸 双链 碱基对 之间与DNA分子结合后,便可以发出很强的荧光。因此在 凝胶电泳 中,一般加入溴化乙啶对DNA染色。 DNA微阵列 生物芯片 ):需要对 基因组探针 进行荧光标记,最后通过荧光信号确定靶标序列。免疫学中的免疫 荧光检查法 :对 抗体 进行荧光标记,从而可以根据荧光的分布和形态确定 抗原 的部位和性质。 流式细胞仪 (又称荧光激活 细胞分选 器, FACS ) :对样本细胞进行荧光标记,再用 激光 束激发使之产生特定的荧光,然后用 光学系统 检测并将信号传输到计算机进行分析,从而得到细胞相应的各种特性。 荧光技术 还被应用于探测和分析DNA及 蛋白质 分子结构 ,尤其是比较复杂的 生物大分子 。水母发光蛋白最早是从 海洋生物 水母 (Aequorea victoria)中分离出来的。当它与Ca 离子共存 时,可以发出绿色的荧光。这一性质已经被应用于实时观察细胞内 Ca离子 的流动。水母发光蛋白的发现推动了人们进一步研究海洋水母并发现了 绿色荧光蛋白 (Green Fluorescent Protein,GFP)。绿色荧光蛋白的 多肽链 中含有特殊的 生色团 结构,无需外加 辅助因子 或进行任何特殊处理,便可以在紫外线的照射下发出稳定的绿色荧光,作为 生物分子 基因探针 具有很大的优越性,所以绿色荧光蛋白及相关蛋白已经成为 生物化学 细胞生物学 研究的重要工具。萤光显微成像技术: 全内反射荧光显微镜 很多生物分子具有内禀的荧光性,不需要外加其他化学基团就可以发出荧光。有时侯这种内禀的荧光性会随着环境的改变而改变,从而可以利用这种对 环境变化 敏感的荧光性来探测分子的分布和性质。例如 胆红素 血清白蛋白 的一个特殊位点结合时,可以发出很强的荧光。又如当血 红细胞 中缺少铁或者含有铅时,会产生出 锌原卟啉 而不是正常的 血红素 血红蛋白 );锌原卟啉具有很强的荧光性,可以用来帮助检测病因。
宝石、矿物
宝石,矿物,纤维以及其他一些可以作为犯罪取证的材料可以在紫外线或者 X射线 的照射下发出不同性质的荧光。
红宝石 、翡翠、 钻石 可以在短波长的紫外线下发出红色的荧光, 绿宝石 黄晶 黄玉 )、珍珠也可以在紫外线下发出荧光。钻石还可以在X射线下发出 磷光
概念区分
由光照(通常是紫外线或X射线)激发所引起的发光称为 光致发光 ,例如荧光和磷光;由化学反应所引起的发光称为 冷光 ,演唱会上用的荧光棒是通过两种化学液体混合后发生化学反应发光的;由 阴极射线 (高能电子束流)所引起的发光称为 阴极射线发光 ,电视机 显像管 荧光屏 发光就是阴极射线发光;生物体的 冷发光 现象是 生物发光 ,比如 萤火虫 发出的光,是“萤光”,“萤”字在 古汉语 中与“荧”字通假,部分华文地区,“萤”字与昆虫有关。荧光在台湾多称 萤光 ;在中国大陆多称 荧光 ,而“萤光”则通常是指萤火虫发出的光。
仪器
测荧光一定要有仪器。通常用来检测物质所含荧光量的仪器我们称之为 荧光分光光度计
荧光分析仪 基本结构 :激发光源、激发 单色器 样品室 、发射单色器及 检测系统
石油及其大部分产品,除了 轻质油 和石蜡外,无论其本身或溶于 有机溶剂 中,在 紫外线照射 下均可发光,称为荧光。
石油的发光现象取决于其 化学结构 。石油中的 多环芳香烃 和非烃引起发光,而 饱和烃 则完全不发光。轻质油的荧光为 淡蓝色 ,含胶质较多的石油呈绿和黄色,含 沥青质 多的石油或 沥青 质则为褐色荧光。所以,发光颜色,随石油或者沥青物质的性质而改变,不受溶剂性质的影响。而发光程度,则与石油或沥青物质的浓度有关。
由于石油的发光现象非常灵敏,只要溶剂中含有十万分之一石油或者沥青物质,即可发光。因此,在 油气勘探 工作中,常用 荧光分析 来鉴定岩样中是否含油,并粗略确定其组分和含量。这个方法简便快速,经济实用。大庆油田就是这么被发现的。