发光材料激发光谱和发射光谱
原子发射光谱,荧光光谱,化学发光谱的区别
原子发射光谱、荧光光谱和化学发光光谱是分析化学中常见的光谱技术，它们在原子结构分析和元素检测等方面具有重要的应用价值。
然而，这三种光谱具有不同的原理和特点。
下面将分别介绍原子发射光谱、荧光光谱和化学发光光谱的区别。
一、原子发射光谱1. 原理：原子发射光谱是利用原子在能级跃迁时所发射的特征光谱线进行分析的一种技术。
当原子受到激发能量后，原子的电子会跃迁至较高的能级，而后再跃迁至较低的能级时会发射出特征波长的光谱线。
通过测量这些特征光谱线的强度和波长，可以确定样品中各种元素的含量和种类。
2. 应用：原子发射光谱广泛应用于金属材料分析、环境污染物检测、地质勘探等领域，尤其在工业生产中具有重要的应用价值。
3. 优势：原子发射光谱的灵敏度高、测定范围广，能够同时检测多种元素，具有较高的分析精度和准确度。
二、荧光光谱1. 原理：荧光光谱是利用物质在受到紫外光激发后，发射出荧光光谱进行分析的一种技术。
当样品受到紫外光激发后，部分分子会吸收能量并跃迁至激发态，随后分子会再跃迁至基态并发射出荧光光谱，通过测量荧光光谱的强度和波长，可以得到样品的成分和结构信息。
2. 应用：荧光光谱在生物医学、材料科学、环境监测等领域具有广泛的应用，尤其在生物分析和药物检测中得到广泛应用。
3. 优势：荧光光谱对于生物分子具有较高的灵敏度和选择性，能够实现实时、非破坏性的分析。
三、化学发光光谱1. 原理：化学发光光谱是利用化学反应产生的发光进行分析的一种技术。
当两种或多种试剂混合后，在化学反应的作用下产生的化学发光可以被测定，通过测量化学发光的强度和时间，可以获得样品的化学成分和反应动力学信息。
2. 应用：化学发光光谱广泛应用于医学诊断、食品安全检测、环境监测等领域，尤其在微量分析和实时检测方面具有重要意义。
3. 优势：化学发光光谱对于微量物质具有较高的检测灵敏度和快速响应性，适用于多种复杂样品的分析。
原子发射光谱、荧光光谱和化学发光光谱分别具有不同的原理和应用特点，它们在元素分析和化学反应动力学研究中发挥着重要的作用。
发光材料的检测方法与相关技术
本技术提供一种发光材料的检测方法，包括：(1)取待测的发光材料，进行研磨；(2)对发光材料进行XRD检测：将研磨后的发光材料置于XRD检测仪中进行检测，得到发光材料的XRD图谱，将XRD图谱与标准卡片进行比对，确定发光材料的基质成分；(3)对发光材料进行激发光谱检测：将研磨后的发光材料置于荧光光谱仪中进行激发光谱检测，得到发光材料的激发光谱；(4)对发光材料进行发射光谱检测：将研磨后的发光材料置于荧光光谱仪中进行发射光谱检测，得到发光材料的发射光谱；(5)对发光材料的激发光谱和发射光谱进行分析，确定发光材料的掺杂成分以及发光性质。
本技术方法能够减小发光材料检测误差、提高实验效率。
权利要求书1.一种发光材料的检测方法，其特征在于，包括：(1)取待测的发光材料，进行研磨；(2)对发光材料进行XRD检测：将研磨后的发光材料置于XRD检测仪中进行检测，得到发光材料的XRD图谱，将XRD图谱与标准卡片进行比对，确定发光材料的基质成分；(3)对发光材料进行激发光谱检测：将研磨后的发光材料置于荧光光谱仪中进行激发光谱检测，得到发光材料的激发光谱；(4)对发光材料进行发射光谱检测：将研磨后的发光材料置于荧光光谱仪中进行发射光谱检测，得到发光材料的发射光谱；(5)对发光材料的激发光谱和发射光谱进行分析，确定发光材料的掺杂成分以及发光性质。
2.根据权利要求1所述的发光材料的检测方法，其特征在于，所述XRD检测仪的工作参数为：使用金属Cu靶(辐射源为K线，λ＝0.15406nm)作为阳极，仪器阳极加速电压设置为40KV，工作电流为30mA，扫描速度为2°/min，选用的2θ角扫描步长为0.02°，测量的2θ角度范围为20°～60°。
3.根据权利要求1所述的发光材料的检测方法，其特征在于，所述荧光光谱仪的工作参数为：用150W的氙灯作为激发光源，R928光电倍增管作为检测器，分辨率为1.0nm，扫描速度为2400nm/min。
发光原理实验指导书
电子科技大学光电信息学院本科教学实验指导书（实验）课程名称：发光原理基础电子科技大学教务处制表实验一、材料的光致发光研究一、 实验目的：1、 了解发光材料的激发和发射过程2、 掌握用荧光分光光度计测量发光材料激发光谱和发射光谱的测量方法 二、 实验原理：发光材料在人们的日常生活和生产实践中得到了越来越广泛的应用，适当的材料吸收高能辐射后，接着就发出光，其发射出的光子能量比激发辐射的能量低。
具有这种发光行为的物质就称为发光物质。
发光物质在将某种形式的能量转化为电磁辐射时，仅伴随极少量的热辐射，因此与热辐射发光具有本质的区别。
发光材料由基质和激活剂（发光中心）组成，例如典型的发光物质Al 2O 3：Cr 3+和Y 2O 3：Eu 3+，它们的基质分别为Al 2O 3和Y 2O 3，激活剂分别为Cr 3+和Eu 3+。
发光物质可以被多种形式的能量激发，紫外或可见光激发荧光粉发光的光致发光，激发光的波长可以改变，很容易的知道辐射能在激发什么和激发哪里。
正因为如此，研究材料的激发光谱、发射光谱成为发光材料研究的重要手段。
发光物质的发光过程中的光吸收、辐射跃钱、无辐射跃迁、能量传输等主要过程可以用位形坐标模型来进行解释。
图1为孤立发光中心的位形坐标模型，下部那条抛物线g 表示系统处于最低能态即基态时的能量与位形的关系。
抛物线的最低点表示离子处于平衡位置时的能量。
若将金属离子与配位体当作一个谐振子，其振动总能量为ν )21v (Ev +=，其中，v 是谐振量子数，v=0，1，2，…正整数；ν是谐振子的振动频率。
在绝对零度时，在最低振动能级0v 时系统最有可能处在R 0点。
发光中心占据基态最低振动能级，中心离子周围的配位体在距中心大约为R 0的位置上作平衡振动。
在较高温度下，也可占据较高的振动能级。
上述关于基态的论述同样适用于激发态，只是具有不同的平衡位置和键力常数。
在图1中上部那条抛物线e 就表示系统处于激发态时的情况，它的抛物线位移了ΔR 。
光致发光的光谱.
50
Intensity/a.u.
643.3
+
100 90 80
Intensity/a.u.
507.7 3+
4
40 30 20 10 0 630
1-Excited by 270nm 2-Excited by 470nm 2 642.6 + 1
70 60 50 40 30 20 10 0 450
2 5 6 1 7 8
发光光谱是怎样形成的呢？
发光体吸收外界的能量以后，经过传输、转换等一 系列过程，最后以光的形式发射出来。光的发射对应着 电子在某些能级之间的跃迁。如果所涉及的能级是属于 一定的离子、离子团或分子时，这种离子、离子团或分 子就称为发光中心。 发光中心的结构决定发射光谱的形成。因此，不同的 发光谱带，是来源于不同的发光中心，因此又具有不同的 性能。 有一些材料的发光谱带比较窄，并且在低温下（液氮 或液氦温度下）显现出结构，即分解成许多谱线。还有一 些材料在室温下的发射光谱就是线状谱。
1 2 3 4 5 6 7 8 557.5 +
Ce0.02 Ce0.06 Ce0.1 Ce0.2 Ce0.3 Ce0.4 Ce0.5 Ce0.6
640 /nm
650
660
500
550
600
650
700
/nm
燃烧法CaS:Eu,Sm 样品的荧光发射光谱
燃烧法CaS:Ce,Sm样品的荧 光发射光谱
2 发光中心
5
2 发光和猝灭
并不是激发能量全部都要经过传输，能量传输也不会 无限的延续下去。激发的离子处于高能态，它们就不是稳 定的，随时有可能回到基态。在回到基态的过程中，如果 发射出光子，这就是发光。这个过程就叫做发光跃迁或辐 射跃迁。如果离子在回到基态时不发射光子，而将激发能 散发为热（晶格振动），这就称为无辐射跃迁或猝灭。 激发的离子是发射光子，还是发生无辐射跃迁，或者 是将激发能量传递给别的离子，这几种过程都有一定的几 率，决定于离子周围的情况（如近邻离子的种类、位置 等）。
激发与发射光谱
磷光光谱
固定激发光波长(一般将其固定于激发波段 中感兴趣的峰位), 物质发射的磷光强度与发 射光波长关系曲线，如右图中曲线III。磷光 本身则是由电子在两能级间发生自旋反转的 辐射跃迁过程中所产生的光。
内转换 S2 S1 能 量
Stokes能级图
振动弛豫 内转换 系间跨越
T1
T2
吸 收
发 射 荧 光
似）成镜像对称关系。
吸收谱与激发谱
吸收谱 化合物的吸收光强与入射光波长的关系曲线 。 吸收谱反映出的是物质的基态能级与激发态能级之间所有的允许跃迁。 通常状态下的物质的表观颜色大部分时候取决于其吸收特性 激发光谱 固定发射波长(一般将其固定于发射波段中感兴趣的峰位),扫描出的化合物的发射 光强(荧光/磷光) 与入射光波长的关系曲线 。 激发光谱则反映的是基态与所有与该荧光发射有关的上能级之间的跃迁。其所 呈现的关系比吸收谱要有选择性，但有时候有不如吸收谱来的直接。
激发光谱与发射光谱的关系
a.Stokes位移 激发光谱与发射光谱之间的波长差值。发射光谱的波长比 激发光谱的长，振动弛豫消耗了能量。 b.发射光谱的形状与激发波长无关 电子跃迁到不同激发态能级，吸收不同波长的能量(如能级 图
2
, 1)，产生不同吸收带，但均回到第一激发单重态的最
低振动能级再跃迁回到基态，产生波长一定的荧光(如 ‘2 )。 c. 镜像规则 通常荧光发射光谱与它的吸收光谱（与激发光谱形状类
徐光宪主编 泉谷 澈郎著 冶金工业出版社 兵器工业出版社 1995年第二版 1996年6月第一版
稀土光谱理论
固体激光材料光谱物理学
Crystal Field Handbook
张思远 毕宪章著
吉林科学技术出版社 1991年12月第一版
发光学与发光材料复习总结终极版-参考资料
第一章发光学与发光材料1、发光:当某种物质受到激发（射线、高能粒子、电子束、外电场等）后，物质将处于激发态，激发态的能量会通过光或热的形式释放出来。
如果这部分的能量是位于可见、紫外或是近红外的电磁辐射，此过程称之为发光过程。
2、单重态：一个分子中所有电子自旋都配对的电子状态三重态：有两个电子的自旋不配对而平行的状态3.振动弛豫：由于分子间的碰撞，激发态分子由同一电子能级中的较高振动能级转至较低振动能级的过程，其效率较高。
4.内转换：相同多重态的两个电子能级间，电子由高能级回到低能级的分子内过程。
5.系间窜越：激发态分子的电子自旋发生倒转而使分子的多重态发生变化的过程。
6.外转换：激发态分子与溶剂或其他溶质相互作用和能量转换而使荧光（或磷光）减弱甚至消失的过程。
7.荧光：受光激发的分子经振动驰豫、内转换、振动驰豫到达第一电子激发单重态的最低振动能级，以辐射的形式回到基态，发出荧光。
8.磷光：若第一激发单重态的分子通过系间窜跃到达第一激发三重态，再通过振动驰豫转至该激发的最低振动能级，然后以辐射的形式回到基态，发出的光线称为磷光。
9.光致发光：用光激发产生的发光叫做光致发光。
10.电致发光：用电场或电流激发产生的发光。
11.阴极射线发光：发光物质在电子束的激发下产生的发光。
荧光灯：是一种充有氩气的低气压汞蒸气的气体放电灯，在低压汞蒸气放电过程中会产生大量的波长为253.7mm的紫外线，以及少量波长为185nm的紫外线和可见光。
在灯管表面涂有荧光粉，可以将波长为253.7nm的紫外线转化为可见光。
11.激光器的基本结构包括三部分,即工作物质、激励能源和光学谐振腔。
12.等离子体：是指正负电荷共存，处于电中性的放电气体的状态。
14.晶体：有许多质点包括原子、离子、分子或原子群，在三维空间作有规则排列而成的固体物质。
单晶：整个晶格是连续的。
多晶：有大量小单晶颗粒组成的集体。
非晶：组成物质的原子或离子的排列不具有周期性。
碳点荧光激发发射光谱
碳点荧光激发发射光谱
碳点是一种新型的荧光材料，具有优异的发光性质。
其发射光谱主要由两部分组成，即激发光谱和发射光谱。
激发光谱是指在碳点受到外界能量激发后所发出的光的波长分布。
碳点能够吸收可见光及紫外光区域的能量，并将其转化为荧光发射。
因此，碳点的激发光谱一般包括紫外光和可见光区域的波长范围。
发射光谱是指碳点在受到激发后所发出的荧光光的波长分布。
不同种类的碳点具有不同的发射光谱特征，其发射峰位可以在可见光区域（400-700 nm）或近红外区域（700-1000 nm）。
碳点荧光激发发射光谱的特点包括：
1. 单峰或多峰结构：发射光谱在特定的波长范围内呈现出单个或多个峰值，对应不同的激发能量。
2. 窄带宽：发射光谱的带宽通常较窄，表明碳点能够产生纯净的荧光光。
3. 较长的发射寿命：碳点的发射寿命较长，可达到微秒级别，表明其具有较低的光强衰减率和较高的光稳定性。
4. 可调节性：碳点的发射光谱可以通过调节碳点的形貌、尺寸以及表面官能团的类型和密度来调节，实现发光颜色的变化。
碳点荧光激发发射光谱的研究对于了解其发光机制、优化其光学性质以及在生物传感、显示器件等领域的应用具有重要意义。
荧光分光光度计实验
实验2 荧光分光光度计实验一、实验目的1、了解发光材料的激发和发射过程；2、掌握用荧光分光光度计测量发光材料激发光谱和发射光谱的测量方法。
二、仪器用具F-4600荧光分光光度计，发光材料三、实验原理光吸收和辐射与发光材料中的能级结构密切相关。
紫外光激发荧光粉发光是研究发光材料发生性能和发光中心在基质晶格中能级结构的重要手段。
本实验采用F-4600荧光分光光度计来研究发光材料的激发光谱和发射光谱。
F-4600荧光分光光度计的光学系统从功能上划分为两大部分，即激光光路和发射检测光路。
激发光路将光源发出的光分解为单色光输出，照射到发光材料上激发荧光粉发光。
发光材料发出的光进入发射光检测光路，被分解为单色光照射到光电倍增管上，光电倍增管输出信号的强度与照射到其上面的光强度呈正比。
由氙弧灯发出的光变色单色光后，即为荧光物质的激发光。
被测的荧光物质在激发光照射下所发出的荧光，经过单色器变成单色荧光粉后照射于测样品用的光电倍增管上，由其所发生的光电流经过放大器放大输到记录仪，将激发光单色器的光栅，固定在最适当的激发光波长处，而让荧光单色器凸轮转动，将各波长的荧光强度讯号输出至记录仪上，所记录的光谱即发射光谱，简称荧光光谱。
当测绘荧光激发光谱时，将激发光单色器的光栅固定在最适当的荧光波长处，而让激发光单色口的凸轮转动，将各波长的激发光讯号输出至记录仪上，所记录的光谱即激发光谱。
四、实验内容按实验要求，连接好计算机后开始实验。
首先测试发射光谱，设置激发波长460nm，得到该样品的发射光谱，即峰值波长出现在540nm左右。
加入1个310nm长波通型滤波片，在测试激发光谱，输入检测波长540nm，得到激发光谱：利用检测波长波长460nm，得到发射光谱：五、实验心得与体会通过此次实验掌握用荧光分光光度计测量发光材料激发光谱和发射光谱的测量方法，让我更加了解了解发光材料的激发和发射过程。
发射,激发,吸收光谱
常用光谱种类和原理简介如下：1)吸收光谱当一束连续光通过透明介质时，如果光波能量和介质中从基态到激发态的能量间隔相等，介质中的状态将由基态被激发到激发态，透过透明介质的光将因这样的吸收而光强减弱。
由于激发态不同，它们的吸收能量不一样，这样在记录透过透明介质后的光强时就形成了光强随着波长变化的谱线，即吸收光谱。
吸收光谱可以给出材料基质和激活离子的激发态能级的位置和它们的分布情况。
2)荧光光谱一束特定波长的单色光将激活离子从基态激发到某一个激发态能级，从这个激发态向低于它的各个能级跃迁发光，可以得到它到下面各个能级以及下面各能级到更低能级的发光谱图，即荧光光谱。
材料所发荧光经单色仪分光后，由探测器收集并记录下各个波长的发光强度，它能够反映这个能级到下面各个能级的跃迁概率、荧光强度以及荧光分支比等信息，提供该材料的最佳发射波长。
同时，可以求得下面各个能级的位置，包括稀土离子的能级在晶场中的劈裂情况等。
3)激发光谱监控一个特殊的荧光发射波长，改变激发波长，得到一个在不同波长激发下的荧光强度变化图，即激发光谱。
激发光谱可以提供荧光能级以上各个能级的位置，反映出各个能级向荧光能级的能量传递能力，找出该荧光获得最高效率的最佳发射波长。
4)选择激发光谱(稀土离子)在复杂晶体中，通常有几个稀土离子可以取代的阳离子格位，稀土离子的发光变得复杂并且难以分析。
激光器出现以后，利用激光功率高、单色性好的特点，发展起来一种新的光谱测量方法，称为选择激发光谱。
一般同一种稀土离子掺杂到同一晶体的不同格位时，不同格位稀土离子的能级会产生微小差别，可以利用可调谐激光器，调到一个合适的激发波长使某个格位的离子被激发，另一些离子暂不激发，得到一个格位的光谱后再按照同样的操作更换到其他格位。
这样的复杂光谱将被各个格位的光谱解析。
光致发光材料光谱分析
第六章光致发光材料光谱分析概念：当物质受到诸如光照、外加电场或电子束轰击等的激发后，吸收了外界能量，其电子处于激发状态，物质只要不因此而发生化学变化，当外界激发停止以后，处于激发状态的电子总要跃迁回到基态。
在这个过程中，一部分多余能量通过光或热的形式释放出来。
如果这部分能量是以光的电磁波形式发射出来，就称为发光现象。
概括地说，发光就是物质内部以某种方式吸收能量以后，以热辐射以外的光辐射形式发射出多余的能量的过程。
用光激发材料而产生的发光现象，称为光致发光。
日常生活中常见的如日光灯和夜明像章的发光就是光致发光。
一只日光灯，接通电源以后，首先使灯管中的水银蒸汽发出紫外光（这叫做气体发光），然后紫外光激发灯管管壁上的荧光粉，从而发出可见光。
夜明像章之所以能在晚上闪闪发光，是因为像章上涂了一层所谓长余辉的发光材料。
当日光或灯光中的短波光照射这种像章的时候，像章上的长余辉发光材料吸收了激发光的能量并储存起来，然后慢慢地发出光来，这种发光可以持续几个小时。
紫外线和红外线虽然看不见，但我们也把他们归结为光。
因此，光致发光是指激发波长落在从紫外到近红外这个范围内的发光。
下面介绍光致发光的主要特征和一般规律。
一. 吸收光谱当光照射到发光材料上时，一部分被反射、散射，一部分透射，剩下的被吸收。
只有被吸收的这部分光才对发光起作用。
但是也不是所有被吸收的光的各个波长都能起激发作用。
研究哪些波长被吸收，吸收多少，显然是重要的。
发光材料对光的吸收，和一般物质一样，都遵循以下的规律，即：I(λ)=I0(λ)e-kλx其中I0(λ)是波长为λ的光射到物质时的强度，I(λ)是光通过厚度x后的强度，kλ是不依赖光强、但随波长变化而变化的，称为吸收系数。
kλ随波长（或频率）的变化，叫作吸收光谱。
发光材料的吸收光谱，首先决定于基质，而激活剂和其他杂质也起一定的作用，它们可以产生吸收带或吸收线。
二.反射光谱如果材料是一块单晶，经过适当的加工（如切割、抛光等），利用分光光度计并考虑到反射的损失，就可以测得吸收光谱。
发光光谱分析原理及分析方法.
E6 E5 E2
E0
进行辐射跃迁过程的实体即发光中心。 发光过程有两种可能性：A.分立中心发光：主 要决定于发光中心本身能级结构；B.复合发光： 主要决定于晶格结构；当然，发光中心本身也 有一定影响。
发光机制：由三价稀土离子激活的发光材料的 发光是典型的分立中心发光。 由于晶体场的影响，稀土能级的某些简并性消 除，能级发生劈裂，能级间跃迁的选择顶则也 可能发生改变，从而使处于固体中的稀土离子 的发光谱与自由的同种。
Ln=Dnn ,Lp=Dp p
扩散系数与迁移率有关，即随着载流子浓度的增加而减少，少子 寿命也是这样，因此扩散长度与光发射区宽度也将随浓度而减小， 所以GaP和GaAs的发光管中，掺杂水平一般为1017到1018，L的典 型值是 1~3m
CL谱 高速电子射到固体表面上后，被激发的发刮宫中心可进行辐射性 复合，这就是阴极荧光。阴极荧光被激发的区域有一定深度，随 着入射电子能量的增大，激发深度也增大。 CL谱的优点：CL测量中不用光激发，避开了册连中激发光谱与 发射光谱交叠引起的麻烦。另外，CL中用作激发源达到电子束能 量一般Kev量级，比可见光光子能量的得多，这就使CL可以激发 PL实验中不易激发的光成分。 由于激发深度方式和深度不同，对同一中样品，PL ，EL和CL 谱 不尽相同，下图是In Ga P 的PL，EL和CL谱：
光致发光谱测量用的实验装置如图：
光源
R
记 录 仪
CH
L1 PM 锁相放大器 M单色仪
L2
试样
如图所示是紫外光激发的到ZnSe的各种发光成分组成的组合光谱
光致发光激发谱（PLE） 光致发光激发谱是当激发光波长扫描是测量发光的发 射强度，它PL谱不同的是：激发谱记录的是一个选定 的某发射波长（或发射谱中的一部分波长）的强度随 激发光波长的变化，这是用以获得光阴杂质缺陷中心 吸收和主晶格的基本吸收的一个传统方法，其装置如 图：
实验四-荧光材料的制备及荧光光谱实验
实验四荧光材料的制备及荧光光谱实验一、实验目的1．了解荧光光谱仪的基本构造和各组成部分的作用2．了解荧光光谱仪的工作原理3．掌握激发光谱、发射光谱的测定方法。
二、实验原理原子外层电子吸收光子后，由基态跃迁到激发态，再回到较低能级或者基态时，发射出一定波长的辐射，称为荧光。
(1)激发光谱是指发光的某一谱线或谱带的强度随激发光波长(或频率)变化的曲线。
横坐标为激发光波长，纵坐标为发光相对强度。
激发光谱反映不同波长的光激发材料产生发光的效果。
即表示发光的某一谱线或谱带可以被什么波长的光激发、激发的本领是高还是低；也表示用不同波长的光激发材料时，使材料发出某一波长光的效率。
荧光为光致发光，合适的激发光波长需根据激发光谱确定。
激发光谱是在固定荧光波长下，测量荧光体的荧光强度随激发波长变化的光谱。
(2)发射光谱是指发光的能量按波长或频率的分布。
通常实验测量的是发光的相对能量。
发射光谱中，横坐标为波长，纵坐标为发光相对强度。
(3)荧光强度与荧光物质浓度的关系用强度为I0的入射光，照射到液池内的荧光物质时，产生荧光，荧光强度I f用仪器测得，在荧光浓度很稀(A<0.05)时，荧光物质发射的荧光强度I f与浓度有下面的关系：I f=KC。
三、仪器和试剂仪器：日立F-7000型荧光光谱仪试剂：配制不同类型荧光材料四、实验步骤1.按照课堂所讲配制荧光测试材料；2.打开机器预热，打开电脑及软件，连接仪器；3.将制备好的溶液装入比色皿中，将比色皿放入仪器样品池；4.软件界面设置好相关测试参数，开始测试。
5.将扫描得到的图谱进行保存打印，并标记出最大激发波长和发射波长6.清理仪器，关闭电源。
五、数据处理将扫描得到的测试图谱保存打印，并在图中标记出所测样品的最大激发波长和发射波长。
六、思考题1. 荧光物质为什么能产生荧光？。
荧光光谱
(4)系间跨跃 系间跨跃 系间跨越指的是不同多重度状态间 的一种无辐射跃迁过程．它涉及受激电 子自旋状态的改变．如S1到T 1，使原来 两个自旋配对的电子不再配对．这种跃 迁是禁阻的，但如果两个电子能态的振 动能层有较大的重叠时，如图中激发单 重态S1的最低振动能层与激发三重态T1 的较高振动能层重叠，则可能通过自旋 －轨道耦合等作用使S1态转入 T1态的某 一振动能层．
（2）非共振荧光
当荧光与激发光的波长不相同时，产生非共振荧光； 分为：直跃线荧光、阶跃线荧光、anti-Stokes荧光三种； 直跃线荧光（Stokes荧光） 直跃线荧光（Stokes荧光）：跃回到高于基态的亚稳态时 荧光 所发射的荧光；荧光波长大于激发线波长（荧光能量间隔小 于激发线能量间隔）； a b c d
激发光谱与发射光谱的关系
a.Stokes位移 Stokes位移 激发光谱与发射光谱之间的波长差值。发射光谱的波长比 激发光谱的长，振动弛豫消耗了能量。 b.发射光谱的形状与激发波长无关 . 电子跃迁到不同激发态能级，吸收不同波长的能量，产生 不同吸收带，但均回到第一激发单重态的最低振动能级再跃 迁回到基态，产生波长一定的荧光。 c. 镜像规则 . 通常荧光发射光谱与它的吸收光谱（与激发光谱形状一 样）成镜像对称关系。
镜像规则的解释
基态上的各振动能级分布 与第一激发态上的各振动能级 分布类似； 基态上的 零振动能级与 第一激发态的 二振动能级之 间的跃迁几率 最大，相反跃 迁也然。
荧光激发光谱
荧光发射光谱
200
250500 nm
蒽的激发光谱和荧光光谱
荧光的产生与分子结构的关系
relation between fluorescence and molecular structure
发光材料的检测方法与相关技术
发光材料的检测方法与相关技术发光材料是一种能够发出可见光的材料，常用于荧光显示器、LED灯、激光器等设备中。
对发光材料进行检测可以确定其发光性能、稳定性以及制备工艺的质量。
下面将介绍发光材料的检测方法与相关技术。
1.光学显微镜观察法：光学显微镜观察法是一种常用的发光材料表面形貌检测方法。
它通过观察材料表面的形貌，检测材料的颗粒形状、大小以及分布情况。
2.荧光光谱检测法：荧光光谱检测法可以测量发光材料的荧光光谱特性，包括发射光谱和激发光谱。
通过测量荧光光谱，可以确定发光材料的发射波长、发射强度以及发光的稳定性。
3.X射线衍射法：X射线衍射法可以确定发光材料的晶体结构和晶体取向。
通过测量X射线的衍射图样，可以确定发光材料的晶面方向和晶体的结晶性能。
4.热学性能测试法：热学性能测试法可以测量发光材料的热导率、热膨胀系数以及热稳定性。
这些性能参数对于发光材料在高温环境中的应用至关重要。
5.电学性能测试法：电学性能测试法可以测量发光材料的电导率、电容等电学性能参数。
这些参数对于发光材料在电器电子设备中的应用非常重要。
6.发光性能测试法：发光性能测试法可以测量发光材料的亮度、颜色、色温等性能参数。
通过测量这些参数，可以评估发光材料的发光质量和性能。
7.表面形貌观测法：表面形貌观测法可以通过扫描电镜（SEM）观察发光材料的表面形貌。
通过观察材料的表面形貌，可以确定材料的颗粒形状、大小以及分布情况。
8.超声波检测法：超声波检测法可以测量发光材料的声速、声阻抗等声学性能参数。
这些参数对于评估发光材料的结构和声学性能具有重要意义。
9.磁学性能测试法：磁学性能测试法可以测量发光材料的磁化强度、磁化率等磁学性能参数。
这些参数对于评估发光材料的磁学性质具有重要意义。
总结起来，发光材料的检测方法与相关技术主要包括光学显微镜观察法、荧光光谱检测法、X射线衍射法、热学性能测试法、电学性能测试法、发光性能测试法、表面形貌观测法、超声波检测法和磁学性能测试法。
光致发光光谱原理
光致发光光谱原理
光致发光光谱（Photoluminescence spectroscopy）是一种通过
激发材料后测量其发射光谱的技术。
其原理基于光致发光效应，当材料受到入射光的激发后，电子从基态跃迁到激发态，再由激发态退回到基态时会发射出光子。
光致发光光谱实验通常通过以下步骤进行：
1. 光源激发：使用一定波长的光源照射材料样品，激发材料内的电子从基态跃迁到激发态。
常用的激发源包括连续激光、激光脉冲和X射线等。
2. 光子发射：激发后的电子会在激发态停留一段时间，随后通过自发辐射的方式返回基态。
在这个过程中，电子会释放出与能带结构相关的能量，发射出特定频率的光子。
3. 光谱测量：将发射出的光子收集起来，经过光学器件（如光栅、狭缝等）进行分光，然后使用光电探测器测量不同频率的发射光强度。
4. 数据分析：通过测量到的发射光强度与波长或频率的关系，可以得到光致发光光谱。
光谱中的峰对应于材料中不同能级之间的跃迁，可以提供用于分析材料结构、能带各种物理属性的信息。
光致发光光谱可以应用于材料科学、能源研究、表面物理化学等领域，通过测量材料的激发态与基态之间的跃迁过程，可以
揭示材料的光学、电子能级结构等重要信息，有助于理解材料的物理特性和应用潜力。
荧光激发光谱和发射光谱的区别
荧光激发光谱和发射光谱的区别荧光激发光谱和发射光谱是表征物质荧光特性的两个重要参数。
在光谱学中，荧光激发光谱用来描述物质在不同激发波长下的吸光度变化，而发射光谱则用于描述物质在激发后发射出的光的波长和强度分布。
这两个光谱在实验条件和观测对象上有所差别，接下来我将逐步解释这两者之间的区别。
第一步：激发机制的不同荧光激发光谱是通过在不同波长下对化合物进行激发，测量其在不同激发波长下的吸光度变化来获得的。
在这个过程中，分子吸收激发光后会产生能量跃迁，电子从基态跃迁到激发态，并在激发态上停留一段时间后再返回基态。
这个过程中，分子会发生吸收和发射光，测量吸收光的强度即可得到荧光激发光谱。
发射光谱则是通过在荧光激发光谱中选择一个特定的激发波长（通常为吸收峰的最大值）进行观测，测量物质在该激发波长下发射出的光的波长和强度分布。
在这个过程中，分子在吸收光能量后进入激发态，并在激发态上停留一段时间。
在激发态消失时，分子会回到基态，并发射出荧光。
测量荧光强度和波长分布可得到发射光谱。
第二步：实验条件的不同荧光激发光谱的实验条件通常需要选择一系列的激发波长，以测量吸收光的强度变化。
实验中可采用连续光源辐射样品，通过改变激发波长，测量吸收光谱曲线，得到吸收峰的位置和强度。
光谱仪通常为单光束光谱仪，对样品透射光进行检测，再通过计算得到吸收曲线。
发射光谱的实验条件则需要选择一个特定的激发波长，并测量发射光的强度和波长。
实验中可采用单一波长的激发光源，通过特定的滤光片或光栅选择发射光，通过光谱仪测量发射光谱曲线。
光谱仪通常为单光束或双光束光谱仪，对样品的发射光进行检测。
第三步：观测对象的不同荧光激发光谱和发射光谱通常适用于不同的观测对象。
荧光激发光谱更适用于具有吸收能级的化合物或分子，它所描述的是物质在不同激发波长下的吸光度变化，对于光谱学研究中吸收峰位置、吸收强度和发射强度等参数具有重要意义。
发射光谱则更适用于描述荧光物质在激发后所发射的光的性质。
激发与发射光谱
红外荧光探针
1. 过渡金属配合物
稀土离子掺杂的激光晶体
稀土离子
能级简图
荷兰的R. T. Wegh等利用德国 DESY同步辐射装置对稀土离子 VUV波段的激发谱做了细致研 究，并对比理论计算对VUV谱 区4f能级的预测，成功地将 Dieke图扩展到了70000cm-1的能 量范围。
他们选择高纯LiYF4作为稀土掺 杂的基质，因为在这种氟化物 晶格中，有可能与稀土离子高 能区的4fn能级相互干扰的4fn15d和电荷迁移态（CTS）能级 都处于尽可能高的能区，故与 4fn能级易于区分开来，更便于 理论与实验上对能级的指认研 究。 扩展Dieke图
S5
S4
S3 S2
吸 收
S0
发 射 荧 光
43 1 0
0
一、荧光光谱与磷光光谱
荧光光谱
固定激发光波长(一般将其固定于激发波段 中感兴趣的峰位), 物质发射的荧光强度与发 射光波长关系曲线，如右图中曲线II。荧光 本身则是由电子在两能级间不发生自旋反转 的辐射跃迁过程中所产生的光。
（1）跃迁类型：* → 的荧光效率高，系间跨越过程的速率 常数小，有利于荧光的产生； （2）共轭效应：提高共轭度有利于增加荧光效率并产生红移 （3）刚性平面结构：可降低分子振动，减少与溶剂的相互作 用，故具有很强的荧光。如荧光素和酚酞有相似结构，荧光 素有很强的荧光，酚酞却没有。 （4）取代基效应：芳环 上有供电基，使荧光增 强。
荧光图例
Nd3+
Nd3+
Yb3+
Yb3+
Er3+
Er3+
Pr3+
Pr3+
Tm3+
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东南大学材料科学与工程
实验报告
学生姓名徐佳乐班级学号12011421 实验日期2014/9/11 批改教师
课程名称电子信息材料大型实验批改日期
实验名称发光材料激发光谱和发射光谱测试报告成绩
一、实验目的
1、掌握光致发光的基本过程，掌握激发光谱和发射光谱的基本含义；
2、掌握发光材料发射光谱和激发光谱的测试方法。
二、实验原理
发光是指材料吸收外来能量后发出总辐射中超过热辐射的部分。
发光材料的发光需要外界能量的激发，根据激发方式不同发光方式可以分为光致发光、阴极射线发光、电致发光、X射线及高能粒子发光等。
以光致发光为例，当用激发光照射某些物质时，处于基态的分子吸收激发光发生跃迁，达到激发态，这些激发态经过弛豫过程损失一部分能量后，以无辐射跃迁回到激发态的低振动能级，再从此能级返回基态，此过程中多余的能量以光子的形式释放。
激发光谱和发射光谱是表征发光材料两个重要的性能指标。
激发光谱是指发光材料在不同的波长激发下，该材料的某一波长的发光谱线的强度与激发波长的关系。
激发光谱反映了不同波长的光激发材料的效果。
根据激发光谱可以确定使该材料发光所需的激发光的波长范围，并可以确定某发射谱线强度最大时的最佳激发波长。
激发光谱对分析材料的发光过程也具有重要意义。
发射光谱是指在某一特定波长激发下，所发射的不同波长的光的强度和能量分布。
激发光谱和发射光谱通常采用荧光分光光度计进行测量。
其基本结构包括光源，单色器，试样室和探测器。
常用光源为氙灯，单色器为光栅，探测器主要用光电倍增管。
荧光分光光度计工作原理：由光源氙灯发出的光通过切光器使其变成断续之光以及激发光单色器变成单色光，此光即为荧光物质的激发光，被测的荧光物质在激发光照射下所发出的荧光，经过单色器变成单色荧光后照射在测样品用的光电倍增管上，有其所发生的光电流经过放大器放大输至记录仪，激发光单色器和荧光单色器的光栅均由电动机带动的凸轮所控制，当测绘荧光发光光谱时，将激发光单色器的光栅，固定在最合适的激
发光波长处，而让荧光单色器凸轮转动，将各波长的荧光强度信号输出至记录仪上，所记录的光谱即发射光谱，简称荧光光谱。
当测绘荧光激发光谱时，将荧光单色器的光栅固定在最合适的荧光波长处，只让激发光单色器的凸轮转动，将各波长的激发光的强度信号输出至记录仪，所记录的光谱即激发光谱。
三、实验设备及材料
日立F-7000荧光分光光度计、计算机、样品台、药匙、样品若干。
四、实验内容及步骤
1．打开电脑，打开光度计电源，间隔1-2min后方能打开仪器控制软件“FLSolution 2.1 for F-7000”。
2．仪器预热30min，待灯源稳定。
3．在所提供样品中随机选择一样品，小心装入样品盘，稍旋紧样品盖之后，置于样品室内。
4．选取合适的滤光片置于发射接收端的卡槽内，用于除去光栅的次级或n级衍射峰。
按下样品室顶盖。
5．软件参数设置：点击软件工具栏中的“Method”按钮进入参数设置；在弹出的“Analysis Method”对话框中“General”选项的“Measure -ment”栏中选择“Wavelength Scan”；在“Instrument”选项的“Scan mode”中选择“Emission”/“Excitation”，并在相应的对话框中输入相应的波长：“Em/Ex WL”，“Em/Ex Start WL”和“Em/Ex End WL”测试需要的波长范围。
在“Date mode”栏中选择“Fluorescence”项，“Scan Speed”，“Chopping Speed”，“PMT Voltage”分布为1200nm/min，40Hz，400V；其余选项均采用默认设置。
6．先点击工具栏选项“Pre-scan”进行扫描，如果谱峰强度过高或者过低，调整扫描范围、滤光片、狭缝宽度等设置；点击“Measure”进行测试；测试后保存数据并转化文件为txt格式。
7.测试后将样品盘去除，清理后重复上述步骤换样测试。
8.关机：先关闭软件，待仪器冷却15min后关闭仪器电源。
9．光谱测试时激发波长或发射监控波长的确定：由于所测样品的激发与发射波长未知，因此需要经过多次反复测试来确定最终的激发波长与发射波长。
具体步骤：a）首先选定紫外波段（250nm-300nm）作为激发波长，测试其发射谱，获得发射谱峰值波长Pem；b）以上面获得的发射峰值波长为激发谱的监控波长，合理设定激发光谱的测试范围一般为200nm到（Pem-20nm），测试样品激发谱，保存数据；c）确定激发光谱峰值波长
Pex，以Pex为激发波长测试发射谱，扫描范围一般设定为（Pex+20nm）到800nm，保存发射谱数据。
10.滤光片的选择：测试发射谱时，设激发波长为λex，如果λex的n 倍落于发射谱测试范围，则选择截止波长大于λex的滤光片，但滤光片的截止波长要小鱼发射谱的起始波长；测试激发谱时，设监控波长为λem，如果λem/2落于激发光谱测试范围，则选择截止波长大于λem/2的滤光片。
五、实验结果及分析
测试发射谱，峰值波长Pem=557nm
激发谱，峰值波长Pex分别为228nm，340nm，454nm
激发波长范围209nm-254nm，310nm-365nm，394nm-531nm
最佳发射谱，峰值波长Pem=554nm
六、思考题
1．你所测试的荧光粉，激发波长范围是多少，属于什么波段？最佳激发波长是多少，属于什么波段。
发射峰值波长是多少，是什么颜色的光？答：我所测荧光粉的激发波长范围209nm-254nm，310nm-365nm，394nm-531nm，属于紫外线和蓝光至绿光波段。
最佳激发波长Pex= 454nm，属于蓝光波段。
发射峰值波长Pem=554nm，是黄绿色的光。
2.有激发光谱和发射光谱，你可以得到关于荧光粉的什么信息？你所测试的荧光粉可以应用在什么领域，为什么？
答：此荧光粉吸收228nm、340nm的紫外光和453nm的蓝光，发射554nm 的黄绿光。
激发光谱中，394nm-531nm为宽带激发，另两个为窄带激发。
发射峰的主峰半高宽100nm，属于宽带发光。
可以应用于制备白光LED，将此荧光粉和环氧树脂配成浆液，涂敷在蓝光LED芯片上，因为蓝光和黄光混合就可以得到白光，所以可获得发射白光的LED。