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熒光

(發光現象)

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熒光,漢語詞語。又作“螢光”,是指一種光致發光的冷發光現象。當某種常温物質經某種波長的入射光(通常是紫外線X射線)照射,吸收光能後進入激發態,並且立即退激發併發出比入射光的波長長的出射光(通常波長在可見光波段);很多熒光物質一旦停止入射光,發光現象也隨之立即消失。具有這種性質的出射光就被稱之為熒光。另外有一些物質在入射光撤去後仍能較長時間發光,這種現象稱為餘輝。在日常生活中,人們通常廣義地把各種微弱的光亮都稱為熒光,而不去仔細追究和區分其發光原理。 也指温度(不是色温)低的冷光。
中文名
熒光
外文名
fluorescence
別    名
螢光
拼    音
yíng guāng
釋    義
一種光致發光的冷發光現象
產生原因
低激發態原子時的自發發射等
簡    意
發光

熒光原理

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光照射到某些原子時,光的能量使原子核周圍的一些電子由原來的軌道躍遷到了能量更高的軌道,即從基態躍遷到第一激發單線態或第二激發單線態等。第一激發單線態或第二激發單線態等是不穩定的,所以會恢復基態,當電子由第一激發單線態恢復到基態時,能量會以光的形式釋放,所以產生熒光。
熒光是物質吸收光照或者其他電磁輻射後發出的光。大多數情況下,發光波長比吸收波長較長,能量更低。但是,當吸收強度較大時,可能發生雙光子吸收現象,導致輻射波長短於吸收波長的情況發生。當輻射波長與吸收波長相等時,即是共振熒光。常見的例子是物質吸收紫外光,發出可見波段熒光,我們生活中的熒光燈就是這個原理,塗覆在燈管的熒光粉吸收燈管中汞蒸氣發射的紫外光,而後由熒光粉發出可見光,實現人眼可見。

熒光參數

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硒化鎘量子點在紫外線的照射下發出熒光 硒化鎘量子點在紫外線的照射下發出熒光
(1)激發光譜:發光材料在不同波長光的激發下,該材料的某一發光譜線與譜帶的強度或發光效率與激發光波長的關係。
(2)發射光譜:發光材料在某一激發光的激發下,其不同波長的發光強度的強弱變化。
(3)熒光強度:熒光強度與該種物質的熒光量子產率、消光係數以及含量等因素有關。
(4)熒光量子產率Q:量子產率表示物質將吸收的光能轉化為熒光的本領,是熒光物質發出光子數與吸收光子數的比值。
(5)斯托克司(Stokes)位移:斯托克司位移為最大熒光發射波長與最大吸收波長之差。
(6)熒光壽命:當一束光激發熒光物質時,熒光物質的分子吸收能量後從基態躍遷到某一激發態,再以輻射的形式發出熒光回到基態,激發停止時,分子的熒光強度降低到激發時最大強度的1/e時所需的時間為熒光壽命。 [1] 

熒光應用領域

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照明
熒光燈
常見的熒光燈就是一個例子。 燈管內部被抽成真空再注入少量的水銀。燈管電極的放電使水銀髮出紫外波段的光。這些紫外光是不可見的,並且對人體有害。所以燈管內壁覆蓋了一層稱作磷(熒)光體的物質,它可以吸收那些紫外光併發出可見光
可以發出白色光的發光二極管(LED)也是基於類似的原理。由半導體發出的光是藍色的,這些藍光可以激發附着在反射極上的磷(熒)光體,使它們發出橙色的熒光,兩種顏色的光混合起來就近似地呈現出白光。
熒光筆有熒光劑,它遇到紫外線(太陽光、日光燈、水銀燈比較多)時會產生熒光筆熒光效應,發出白光,從而使顏色看起來有刺眼的熒光感覺。 熒光筆的熒光跟我們手錶、熒光棒的熒光原理不相同,熒光棒是內部發生放射性反應,產生的射線激發外周的熒光粉發光,因此它們在夜裏沒有任何紫外線的情況下都能發光。而熒光筆則一定有紫外線情況下才會發熒光,這一點你只要把熒光筆的筆跡靠近捕蚊燈、驗鈔機就可以看得非常清楚。
生化和醫療
熒光在生化和醫藥領域有着廣泛的應用。人們可以通過化學反應把具有熒光性的化學基團粘到生物大分子上,然後通過觀察示蹤基團發出的熒光來靈敏地探測這些生物大分子。
採用熒光標記的鏈終止劑所得到的DNA測序圖
用於對DNA進行自動測序的鏈末端終止法:在原初的方法中,需要對DNA的引物端進行熒光標記,以便在測序凝膠板上確定DNA色帶的位置。在改進的方法中,對作為鏈終止劑的4種雙脱氧核苷酸(ddTBP)分別進行熒光標記,電泳結束後不同長度的DNA分子彼此分開,經紫外線照射,4種被標記的雙脱氧核苷酸發出不同波長的熒光。通過分析熒光的光譜便可以分辨出DNA的序列。DNA探測:溴化乙啶是一種熒光染料,當它在溶液中自由改變構型時,只能發出很弱的熒光;當它嵌入核酸雙鏈的鹼基對之間與DNA分子結合後,便可以發出很強的熒光。因此在凝膠電泳中,一般加入溴化乙啶對DNA染色。DNA微陣列生物芯片):需要對基因組探針進行熒光標記,最後通過熒光信號確定靶標序列。免疫學中的免疫熒光檢查法:對抗體進行熒光標記,從而可以根據熒光的分佈和形態確定抗原的部位和性質。流式細胞儀(又稱熒光激活細胞分選器,FACS) :對樣本細胞進行熒光標記,再用激光束激發使之產生特定的熒光,然後用光學系統檢測並將信號傳輸到計算機進行分析,從而得到細胞相應的各種特性。熒光技術還被應用於探測和分析DNA及蛋白質的分子結構,尤其是比較複雜的生物大分子。水母發光蛋白最早是從海洋生物水母(Aequorea victoria)中分離出來的。當它與Ca離子共存時,可以發出綠色的熒光。這一性質已經被應用於實時觀察細胞內Ca離子的流動。水母發光蛋白的發現推動了人們進一步研究海洋水母並發現了綠色熒光蛋白(Green Fluorescent Protein,GFP)。綠色熒光蛋白的多肽鏈中含有特殊的生色團結構,無需外加輔助因子或進行任何特殊處理,便可以在紫外線的照射下發出穩定的綠色熒光,作為生物分子或基因探針具有很大的優越性,所以綠色熒光蛋白及相關蛋白已經成為生物化學和細胞生物學研究的重要工具。螢光顯微成像技術:全內反射熒光顯微鏡很多生物分子具有內稟的熒光性,不需要外加其他化學基團就可以發出熒光。有時侯這種內稟的熒光性會隨着環境的改變而改變,從而可以利用這種對環境變化敏感的熒光性來探測分子的分佈和性質。例如膽紅素血清白蛋白的一個特殊位點結合時,可以發出很強的熒光。又如當血紅細胞中缺少鐵或者含有鉛時,會產生出鋅原卟啉而不是正常的血紅素血紅蛋白);鋅原卟啉具有很強的熒光性,可以用來幫助檢測病因。
寶石、礦物
寶石,礦物,纖維以及其他一些可以作為犯罪取證的材料可以在紫外線或者X射線的照射下發出不同性質的熒光。
紅寶石翡翠、鑽石可以在短波長的紫外線下發出紅色的熒光,綠寶石黃晶(黃玉)、珍珠也可以在紫外線下發出熒光。鑽石還可以在X射線下發出磷光
概念區分
由光照(通常是紫外線或X射線)激發所引起的發光稱為光致發光,例如熒光和磷光;由化學反應所引起的發光稱為冷光,演唱會上用的熒光棒是通過兩種化學液體混合後發生化學反應發光的;由陰極射線(高能電子束流)所引起的發光稱為陰極射線發光,電視機顯像管的熒光屏發光就是陰極射線發光;生物體的冷發光現象是生物發光,比如螢火蟲發出的光,是“螢光”,“螢”字在古漢語中與“熒”字通假,部分華文地區,“螢”字與昆蟲有關。熒光在台灣多稱螢光;在中國大陸多稱熒光,而“螢光”則通常是指螢火蟲發出的光。
儀器
測熒光一定要有儀器。通常用來檢測物質所含熒光量的儀器我們稱之為熒光分光光度計
熒光分析儀的基本結構:激發光源、激發單色器、樣品室、發射單色器及檢測系統。

熒光石油的熒光性

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石油及其大部分產品,除了輕質油和石蠟外,無論其本身或溶於有機溶劑中,在紫外線照射下均可發光,稱為熒光。
石油的發光現象取決於其化學結構。石油中的多環芳香烴和非烴引起發光,而飽和烴則完全不發光。輕質油的熒光為淡藍色,含膠質較多的石油呈綠和黃色,含瀝青質多的石油或瀝青質則為褐色熒光。所以,發光顏色,隨石油或者瀝青物質的性質而改變,不受溶劑性質的影響。而發光程度,則與石油或瀝青物質的濃度有關。
由於石油的發光現象非常靈敏,只要溶劑中含有十萬分之一石油或者瀝青物質,即可發光。因此,在油氣勘探工作中,常用熒光分析來鑑定巖樣中是否含油,並粗略確定其組分和含量。這個方法簡便快速,經濟實用。大慶油田就是這麼被發現的。
參考資料