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熒光增白劑百科

熒光增白劑用法用量,熒光增白劑技術(shù)百科

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熒光基本概念和原理

時(shí)間:2020-10-23   訪問(wèn)量:1885

一、簡(jiǎn)介

  某些物質(zhì)被一定波長(zhǎng)的光照射時(shí),會(huì)在較短時(shí)間內(nèi)發(fā)射出波長(zhǎng)比入射光長(zhǎng)的光(入射光的一部分能量被該物質(zhì)吸收,使得發(fā)射出來(lái)的光較原來(lái)的光能量低、波長(zhǎng)長(zhǎng)),這種光就稱為熒光。1852年,Stokes闡明了熒光發(fā)射的機(jī)制,認(rèn)為熒光是由于物質(zhì)吸收了光能而重新發(fā)出的波長(zhǎng)不同的光,并由一種能發(fā)熒光的礦物 ?? 螢石(fluospar)而定名為熒光。

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  我們通常所說(shuō)的熒光,是指物質(zhì)在吸收紫外光后發(fā)出的波長(zhǎng)較長(zhǎng)的紫外熒光或可見(jiàn)熒光,以及吸收波長(zhǎng)較短的可見(jiàn)光后發(fā)出波長(zhǎng)較長(zhǎng)的可見(jiàn)熒光。除了紫外熒光和可見(jiàn)熒光,還有紅外熒光、X射線熒光等。

  熒光光譜有兩個(gè)主要優(yōu)點(diǎn):第一是靈敏度高。由于熒光輻射的波長(zhǎng)比激發(fā)光波長(zhǎng)長(zhǎng),因此測(cè)量到的熒光頻率與入射光的頻率不同。另外,由于熒光光譜是發(fā)射光譜,可以在與入射光成直角的方向上檢測(cè),這樣,熒光不受來(lái)自激發(fā)光的本底的干擾,靈敏度大大高于紫外-可見(jiàn)吸收光譜。第二,熒光光譜可以檢測(cè)一些紫外-可見(jiàn)吸收光譜檢測(cè)不到的過(guò)程。紫外和可見(jiàn)熒光涉及的是電子能級(jí)之間的躍遷,熒光產(chǎn)生包括兩個(gè)過(guò)程:吸收以及隨之而來(lái)的發(fā)射。每個(gè)過(guò)程發(fā)生的時(shí)間與躍遷頻率的倒數(shù)是同一時(shí)間量級(jí)(大約10-15秒),但兩個(gè)過(guò)程中有一個(gè)時(shí)間延遲,大約為10-9秒,這段時(shí)間內(nèi)分子處于激發(fā)態(tài)。激發(fā)態(tài)的壽命取決于輻射與非輻射之間的競(jìng)爭(zhēng)。由于熒光有一定的壽命,因此可以檢測(cè)一些時(shí)間過(guò)程與其壽命相當(dāng)?shù)倪^(guò)程。例如,生色團(tuán)及其環(huán)境的變化過(guò)程在紫外吸收的10-15秒的過(guò)程中基本上是靜止不變的,因此無(wú)法用紫外吸收光譜檢測(cè),但可以用熒光光譜檢測(cè)。

二、熒光的產(chǎn)生

  吸收外來(lái)光子后被激發(fā)到激發(fā)態(tài)的分子,可以通過(guò)多種途徑丟失能量,回到基態(tài),這種過(guò)程一般稱為弛豫。在很多情況下,分子回到基態(tài)時(shí),能量通過(guò)熱量等形式散失到周?chē)5窃谀承┣闆r下,能量能以光子發(fā)射的形式釋放出來(lái)。

  由電子態(tài)基態(tài)被激發(fā)到第一電子激發(fā)態(tài)中各振動(dòng)能級(jí)上的分子,一般會(huì)以某種形式(統(tǒng)稱為內(nèi)轉(zhuǎn)換)丟失它們的部分能量,從第一電子激發(fā)態(tài)的不同振動(dòng)能級(jí)以至從第二電子激發(fā)態(tài)等更高的電子激發(fā)態(tài)返回第一電子激發(fā)態(tài)的較低振動(dòng)能級(jí)。這個(gè)過(guò)程大約為10-12秒。從第一電子激發(fā)態(tài)的較低振動(dòng)能級(jí)返回基態(tài)的不同振動(dòng)能級(jí),如果能量以光子形式釋放,則放出的光稱為熒光。這個(gè)過(guò)程通常發(fā)生在10-6-10-9秒內(nèi)。

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  由于熒光的頻率低于入射光的頻率,因此測(cè)量到的熒光頻率與入射光的頻率不同。同時(shí),熒光是從與入射光成直角的方向上檢測(cè),這樣熒光不受來(lái)自激發(fā)光的本底干擾,可以達(dá)到很高的靈敏度,一般比吸收光譜高兩個(gè)數(shù)量級(jí)左右。此外,由于熒光有一定的壽命,且其壽命比紫外吸收的時(shí)間過(guò)程(10-15秒)要長(zhǎng),因此一些用紫外觀測(cè)不到的變化過(guò)程(如生色團(tuán)及其環(huán)境的變化),恰好可以用熒光來(lái)觀測(cè)。在紫外吸收的時(shí)間過(guò)程(10-15秒)中,生色團(tuán)及其環(huán)境基本上是靜止不變的。而在很多反應(yīng)中,溶劑的重新排列和分子的運(yùn)動(dòng)過(guò)程發(fā)生的時(shí)間與激發(fā)態(tài)的壽命是同一量級(jí)。

三、磷光

  如果某種物質(zhì)在被某種波長(zhǎng)的光照射以后能在較長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)發(fā)出比熒光波長(zhǎng)更長(zhǎng)的波長(zhǎng)的光,則稱這種光為磷光。

  磷光產(chǎn)生的機(jī)制與熒光是不同的,雖然它們都屬于發(fā)射光譜,但磷光不是處于第一電子激發(fā)態(tài)的較低振動(dòng)能級(jí)的分子直接釋放出光子回到基態(tài)的結(jié)果,而是從某種能量低于第一電子激發(fā)態(tài)的較低振動(dòng)能級(jí)的另一種亞穩(wěn)能級(jí)?三重態(tài)向基態(tài)的各振動(dòng)能級(jí)以輻射方式產(chǎn)生躍遷時(shí)發(fā)出的光。

實(shí)驗(yàn).jpg

  所謂三重態(tài)或三線態(tài),是指分子中電子自旋量子數(shù)S=1,即原來(lái)兩個(gè)配對(duì)的自旋方向相反的電子之一自旋方向改變,以至電子自旋之和不為0的情況。處于第一電子激發(fā)態(tài)較低振動(dòng)能級(jí)的分子,有可能通過(guò)無(wú)輻射躍遷(系間交連,intersystem crossing)消耗部分能量,其中一個(gè)電子的自旋方向倒轉(zhuǎn),從而處于三線態(tài)。從三線態(tài)的較低振動(dòng)能級(jí)向基態(tài)的各振動(dòng)能級(jí)躍遷并釋放出光子,則其發(fā)光為磷光。由于三線態(tài)的電子自旋和不為零,這種躍遷是一種被禁躍遷,即躍遷幾率很小。這樣,在三線態(tài)停留的時(shí)間即壽命就比較長(zhǎng)(從10-3秒到數(shù)秒),強(qiáng)度很弱。由于三線態(tài)能量低于第一電子激發(fā)態(tài)較低振動(dòng)能級(jí),因此磷光的波長(zhǎng)比熒光長(zhǎng)。

四、激發(fā)譜和發(fā)射譜

  熒光光譜包括激發(fā)譜和發(fā)射譜兩種。激發(fā)譜是熒光物質(zhì)在不同波長(zhǎng)的激發(fā)光作用下測(cè)得的某一波長(zhǎng)處的熒光強(qiáng)度的變化情況,也就是不同波長(zhǎng)的激發(fā)光的相對(duì)效率;發(fā)射譜則是某一固定波長(zhǎng)的激發(fā)光作用下熒光強(qiáng)度在不同波長(zhǎng)處的分布情況,也就是熒光中不同波長(zhǎng)的光成分的相對(duì)強(qiáng)度。

  激發(fā)譜既然是表示某種熒光物質(zhì)在不同波長(zhǎng)的激發(fā)光作用下所測(cè)得的同一波長(zhǎng)下熒光強(qiáng)度的變化,而熒光的產(chǎn)生又與吸收有關(guān),因此激發(fā)譜和吸收譜較為相似,呈正相關(guān)。

  由于激發(fā)態(tài)和基態(tài)有相似的振動(dòng)能級(jí)分布,而且從基態(tài)的較低振動(dòng)能級(jí)躍遷到第一電子激發(fā)態(tài)各振動(dòng)能級(jí)的幾率與由第一電子激發(fā)態(tài)的較低振動(dòng)能級(jí)躍遷到基態(tài)各振動(dòng)能級(jí)的幾率也相近,因此吸收譜與發(fā)射譜呈鏡象對(duì)稱關(guān)系。

  在發(fā)射譜中較大熒光強(qiáng)度的位置稱為lmax,它是熒光光譜的一個(gè)重要參數(shù),對(duì)環(huán)境的較性和熒光團(tuán)的運(yùn)動(dòng)很敏感。


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