隐藏在教室里的“绝世高手”,直到毕业都没有发现?

作者: 荔枝果冻

来源: 中科院物理所

发布日期: 2023-02-19 12:57:53

文章揭示了教室中普通的日光灯隐藏的“绝世高手”身份,即光致发光的武林秘籍,详细解释了光致发光中的荧光和磷光现象,以及激光诱导荧光技术在医学、大气监测和水质监测中的广泛应用。

想必大家都是认真学习的好孩纸,在教室里都面朝书本背朝天花板~自然难以发现教室里隐藏的“绝世高手”。他就是普普通通并且经常故障的日光灯,其实是获得了光致发光的武林秘籍。物质吸收辐射能产生的激发态电子回迁至基态时所产生的发光现象称为光致发光,常见的光致发光分为荧光和磷光。

荧光是通过紫外线照射荧光物质时,大量的基态(单重态S0)电子吸收光子能量,跃迁至激发态(单重态S1、S2),通过非辐射跃迁过程到达激发态S1最低振动能级,最终跃迁至基态并释放出光子,即为发出荧光,时间约为10-7~10-9 s。

磷光则是当激发单重态(S1)与三重态(T1)振动能级重叠时,处于激发态的电子自旋方向发生改变,从而使电子能级的多重性改变,电子通过这样的系间跨越到达三重态T1的能级,随后跃迁至基态并发出磷光。

光致发光原理图与荧光不同的是,三重态T1至单重态S0的跃迁是被选择定则禁止的,这一过程需要很长的时间(从10秒到数分钟乃至数小时不等),当停止入射光后,物质中还有相当数量的电子继续保持在亚稳态上并持续发光,直到所有的电子回到基态,因此夜明珠即使到了夜晚,也能持续发出微弱光亮。

激光诱导荧光技术(LIF)由于不同物质能级结构的不同,利用激光将物质中的粒子从基态跃迁至激发态,通过探测粒子回到基态时发射出的荧光光谱,就能对物质进行定性或定量的分析。对于能够发出荧光的物质,可以利用物质自身发射的荧光进行测定分析。

由于有些物质本身不发射荧光(或荧光很弱),可以使用某些试剂(如荧光染料),使其与不发射荧光的物质生成络合物,这种络合物能发射荧光,就能对一些原来不发荧光的物质进行荧光分析。这么厉害的武林秘籍,难道就只能用来照明吗?真是暴殄天物!其实,它早就被用于生活的方方面面,留下了许多事迹与功绩!事迹一:人体医学癌症诊断,人体组织含有很多能够发射荧光的物质,如胶原、核黄素、色氨酸等。

同一组织的不同部位,其生化成分与结构基本相同,所以直接用适当波长的低功率激光(或单色光)照射时,产生的自体荧光光谱特性也相同或相近。但发生于该组织的肿瘤,因为存在成分、结构及代谢状况上的变异,所以其荧光光谱特性与正常组织存在一种或多种差异,根据这些差异就可以区分肿瘤组织与正常组织,能够实现早期癌症的诊断。

事迹二:大气监测,利用LIF技术测量-OH:将调谐至特定波长的激光引入-OH样品池,在激光的垂直方向用光电倍增管(PMT)测量发射的荧光,在一定条件下建立荧光信号与OH浓度的关系从而根据实际测得的荧光强度求得-OH浓度。

事迹三:水质监测,在紫外光的激发下,污染水体中的溶解有机物会产生特定的荧光光谱,因此利用激光诱导荧光(LIF)可对水体中的溶解有机物的含量进行定量分析,从而可估计出水体富营养化的程度。

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