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標(biāo)簽 > 光譜
光譜（spectrum） ：是復(fù)色光經(jīng)過(guò)色散系統(tǒng)（如棱鏡、光柵）分光后，被色散開(kāi)的單色光按波長(zhǎng)（或頻率）大小而依次排列的圖案，全稱為光學(xué)頻譜。
光譜（spectrum） ：是復(fù)色光經(jīng)過(guò)色散系統(tǒng)（如棱鏡、光柵）分光后，被色散開(kāi)的單色光按波長(zhǎng)（或頻率）大小而依次排列的圖案，全稱為光學(xué)頻譜。光譜中最大的一部分可見(jiàn)光譜是電磁波譜中人眼可見(jiàn)的一部分，在這個(gè)波長(zhǎng)范圍內(nèi)的電磁輻射被稱作可見(jiàn)光。光譜并沒(méi)有包含人類大腦視覺(jué)所能區(qū)別的所有顏色，譬如褐色和粉紅色。
光波是由原子運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的電子產(chǎn)生的。各種物質(zhì)的原子內(nèi)部電子的運(yùn)動(dòng)情況不同，所以它們發(fā)射的光波也不同。研究不同物質(zhì)的發(fā)光和吸收光的情況，有重要的理論和實(shí)際意義，已成為一門(mén)專門(mén)的學(xué)科——光譜學(xué)。分子的紅外吸收光譜一般是研究分子的振動(dòng)光譜與轉(zhuǎn)動(dòng)光譜的，其中分子振動(dòng)光譜一直是主要的研究課題。
光譜（spectrum） ：是復(fù)色光經(jīng)過(guò)色散系統(tǒng)（如棱鏡、光柵）分光后，被色散開(kāi)的單色光按波長(zhǎng)（或頻率）大小而依次排列的圖案，全稱為光學(xué)頻譜。光譜中最大的一部分可見(jiàn)光譜是電磁波譜中人眼可見(jiàn)的一部分，在這個(gè)波長(zhǎng)范圍內(nèi)的電磁輻射被稱作可見(jiàn)光。光譜并沒(méi)有包含人類大腦視覺(jué)所能區(qū)別的所有顏色，譬如褐色和粉紅色。
光波是由原子運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的電子產(chǎn)生的。各種物質(zhì)的原子內(nèi)部電子的運(yùn)動(dòng)情況不同，所以它們發(fā)射的光波也不同。研究不同物質(zhì)的發(fā)光和吸收光的情況，有重要的理論和實(shí)際意義，已成為一門(mén)專門(mén)的學(xué)科——光譜學(xué)。分子的紅外吸收光譜一般是研究分子的振動(dòng)光譜與轉(zhuǎn)動(dòng)光譜的，其中分子振動(dòng)光譜一直是主要的研究課題。
原理
復(fù)色光中有著各種波長(zhǎng)（或頻率）的光，這些光在介質(zhì)中有著不同的折射率。因此，當(dāng)復(fù)色光通過(guò)具有一定幾何外形的介質(zhì)（如三棱鏡）之后，波長(zhǎng)不同的光線會(huì)因出射角的不同而發(fā)生色散現(xiàn)象，投映出連續(xù)的或不連續(xù)的彩色光帶。這個(gè)原理亦被應(yīng)用于著名的太陽(yáng)光的色散實(shí)驗(yàn)。太陽(yáng)光呈現(xiàn)白色，當(dāng)它通過(guò)三棱鏡折射后，將形成由紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫順次連續(xù)分布的彩色光譜，覆蓋了大約在390到770納米的可見(jiàn)光區(qū)。歷史上，這一實(shí)驗(yàn)由英國(guó)科學(xué)家艾薩克·牛頓爵士于1665年完成，使得人們第一次接觸到了光的客觀的和定量的特征。
光譜定性分析
光譜定性分析就是根據(jù)光譜圖中是否有某元素的特征譜線（一般是最后線）出現(xiàn)來(lái)判斷樣品中是否含有某種元素。定性分析方法常有以下兩種。（1）標(biāo)準(zhǔn)試樣光譜比較法將要檢出元素的純物質(zhì)或純化合物與試樣并列攝譜于同一感光板上，在映譜儀上檢查試樣光譜與純物質(zhì)光譜。若兩者譜線出現(xiàn)在同一波長(zhǎng)位置上，即可說(shuō)明某一元素的某條譜線存在。此法多用于不經(jīng)常遇到的元素或譜圖上沒(méi)有的元素分析。（2）鐵光譜比較法鐵光譜比較法是目前最通用的方法，它采用鐵的光譜作為波長(zhǎng)的標(biāo)尺，來(lái)判斷其它元素的譜線。鐵光譜作標(biāo)尺有如下特點(diǎn)。①譜線多，在210～600nm范圍內(nèi)有幾千條譜線；②譜線間相距都很近，在上述波長(zhǎng)范圍內(nèi)均勻分布，對(duì)每一條鐵譜線波長(zhǎng)，人們都已進(jìn)行了精確的測(cè)量。
激發(fā)光譜與發(fā)射光譜有什么區(qū)別？
1. 熒光的定義（fluorescence）。
對(duì)于熒光有這樣一些文字的定義和解釋：a. “熒光是物質(zhì)或分子發(fā)出的冷光（luminescence）”。所謂冷光，是指光并非由熱產(chǎn)生，可以是光致、電致、化學(xué)反應(yīng)所致等等（反正就不能是熱致）。b. “當(dāng)某種常溫物質(zhì)經(jīng)某種波長(zhǎng)的入射光（通常是紫外線或X射線）照射，吸收光能后進(jìn)入激發(fā)態(tài)，立即退激發(fā)并發(fā)出比入射光波長(zhǎng)長(zhǎng)的出射光（通常波長(zhǎng)在可見(jiàn)光波段）；而且一旦停止入射光，發(fā)光現(xiàn)象也隨之立即消失。具有這種性質(zhì)的出射光就被稱之為熒光。”
這些文字的解釋都難以理解和形象化。其實(shí)對(duì)于熒光最好的解釋來(lái)自于對(duì)光子與物質(zhì)分子作用過(guò)程（分子的激發(fā)和馳豫）的理解。
2. 熒光從何而來(lái) —— 分子的激發(fā)和馳豫 ？
圖 1
PS：圖1摘自Principles of fluorescence Spectroscopy， Joseph R. Lakowicz
圖1為一種Jablonski diagram（就簡(jiǎn)單的理解為能級(jí)圖吧）。圖中S0，S1，S2分別表示分子中的電子基態(tài)，第一、第二電子激發(fā)態(tài)。當(dāng)分子吸收光子，電子則可能從基態(tài)（S0）躍遷到激發(fā)態(tài)（S1，S2）。激發(fā)態(tài)電子不穩(wěn)定，會(huì)從激發(fā)態(tài)（S1，S2）回到基態(tài)（S0），并發(fā)出熒光（這就是熒光的源頭）。當(dāng)然并不一定要發(fā)出熒光，可以產(chǎn)生熱或者其他形式能量。如果電子從激發(fā)態(tài)（S1）通過(guò)系間竄越轉(zhuǎn)化為電子T1激發(fā)態(tài)，然后再?gòu)募ぐl(fā)態(tài)T1回到S0，則發(fā)出磷光。（磷光與熒光的根本區(qū)別在此）。至于S1激發(fā)態(tài)和T1激發(fā)態(tài)的區(qū)別主要在于電子自旋的方向（單線態(tài)和三線態(tài)）。
分子吸收光后其中電子的激發(fā)和馳豫分別需要滿足兩大規(guī)律。激發(fā)過(guò)程滿足Franck – Condon規(guī)則；退激發(fā)滿足Kasha規(guī)則。Franck– Condon規(guī)則（圖2A）的大意為：電子的躍遷過(guò)程很快，這一過(guò)程中原子核的相對(duì)位置來(lái)不及發(fā)生變化，可以簡(jiǎn)單理解為垂直躍遷。而Kasha規(guī)則（圖2B）規(guī)定在電子馳豫復(fù)合的過(guò)程中，首先電子要馳豫到電子激發(fā)態(tài)的最低能級(jí)，然后再回到基態(tài)。如圖2所示：
圖 2
PS：圖2摘自維基百科相關(guān)詞條
3. 如何解讀熒光光譜（穩(wěn)態(tài)）
3a ：熒光光譜分為：激發(fā)光譜（PLE）和發(fā)射光譜（PL）。
激發(fā)光譜：固定發(fā)射光的波長(zhǎng)，改變激發(fā)光的波長(zhǎng)，記錄熒光強(qiáng)度隨激發(fā)波長(zhǎng)的變化。
發(fā)射光譜：固定激發(fā)光的波長(zhǎng)，記錄不同發(fā)射波長(zhǎng)處熒光強(qiáng)度隨發(fā)射波長(zhǎng)的變化。
無(wú)論是激發(fā)還是發(fā)射熒光光譜圖，其都是記錄發(fā)射熒光強(qiáng)度隨波長(zhǎng)的變化。所以熒光光譜中縱坐標(biāo)為強(qiáng)度，橫坐標(biāo)為波長(zhǎng)。首先從圖中能獲取峰位和半峰寬。峰位的直觀體現(xiàn)是熒光的顏色；半峰寬則表示熒光的純度。
圖 3
PS：圖3摘自Nano Letters，2，1027
熒光光譜常與吸收光譜同時(shí)出現(xiàn)。所以可以與分子的吸收光譜相比較。圖3A為同一物質(zhì)的吸收光譜（UV - Vis）、熒光激發(fā)光譜（PLE）和熒光發(fā)射光譜圖（PL）。從圖中不難發(fā)現(xiàn)激發(fā)光譜與吸收光譜非常相似。但是兩者有著本質(zhì)的不同，吸收光譜的縱坐標(biāo)是吸光度（Absorbance），反應(yīng)物質(zhì)吸收光的情況；熒光光譜的縱坐標(biāo)是分子發(fā)出的熒光強(qiáng)度（Intensity），其不僅與物質(zhì)吸光能力有關(guān)還和量子效率有關(guān)。在很多研究體系中，常常結(jié)合兩者分析問(wèn)題。
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