荧光光的谱实验.pdf

荧 光 光 谱 实 验 —电子俘获材料光谱特性的研究 在现代技术中，固体发光在光源、显示、光电子学器件和辐射探测器等方面都有广泛 的应用。在物理研究中，发光光谱是研究固体中电子状态、电子跃迁过程以及电子—晶格 相互作用等物理问题的一种常用方法。本实验主要研究固体的荧光光谱。通过固体粉末材 料—电子俘获材料荧光光谱的测定，了解固体荧光产生的机理和一些相关的概念，学习荧 光光谱仪的结构和工作原理，掌握荧光光谱的测量方法，并对荧光光谱在物质特性分析和 生产实际中的应用有初步的了解。 一、实验目的 1. 了解固体荧光产生的机理和一些相关的概念； 2. 学习荧光光谱仪的结构和工作原理； 3. 掌握荧光光谱的测量方法； 4. 对荧光光谱在物质特性分析和实际中的应用有初步的了解。 二、仪器用具 970CRT 荧光光度分光计，WGZ-10 型荧光光度计，计算机，打印机，电子俘获材料试 样。 三、实验原理 1. 有关光谱的基本概念 光谱：光的强度随波长（或频率）变化的关系称为光谱。 光谱的分类：按照产生光谱的物质类型的不同，可以分为原子光谱、分子光谱、固体 光谱；按照产生光谱的方式不同，可以分为发射光谱、吸收光谱和散射光谱；按照光谱的 性质和形状，又可分为线光谱、带光谱和连续光谱；而按照产生光谱的光源类型，可分为 常规光谱和激光光谱。 光谱分析法：光与物质相互作用引起光的吸收、发射或散射（反射、透射为均匀物质 中的散射）等，这些现象的规律是和物质的组成、含量、原子分子和电子结构及其运动状 态有关的。以测光的吸收、散射和发射等强度与波长的变化关系（光谱）为基础而了解物 质特性的方法，称为光谱分析法。 发射光（发光）：发光是物体内部将以某种方式吸收的能量转化为光辐射的过程，它 区别于热辐射，是一种非平衡辐射；又与反射、散射和韧致辐射等不同，其特点是辐射时 间较长，即外界激发停止后，发光可以延续较长时期(10-11s 以上) ，而反射、散射和韧致辐 -14下。 射的辐射期间在 10 1 荧光 ：某些物质受到光照射时，除吸收某种波长的光之外还会发射出比原来所吸收光 的波长更长的光，这种现象称为光致发光(phot luminescence，PL) ，所发的光称为荧光。 荧光光谱分析法：利用物质吸收光所产生的荧光光谱对物质特性进行分析测定的方 法，称为荧光分析法。 荧光分析法历史悠久，1867 年人们就建立了用铝－桑色素体系测定微量铝荧光分析法 到 19 世纪末，已经发现包括荧光素、曙红、多环芳烃等 600 多种荧光化合物。进入 20 世 纪 80 年代以来，由于激光、计算机、光导纤维传感技术和电子学新成就等科学新技术的引 入，大大推动了荧光分析理论的进步，加速了各式各样新型荧光分析仪器的问世，使之不 断朝着高效、痕量、微观和自动化的方向发展，建立了诸如同步、导数、时间分辨和三维 荧光光谱等新的荧光分析技术。 2. 固体的荧光 (1) 荧光产生的机理 导带 固体的能级具有带状结构，其结构示意图如 } 杂质能级激发态 图 1 所示。其中被电子填充的最高能带称为价 禁带{ hv hv1 带，末被电子填充的带称为空带（导带），不能 杂质能级基态 被电子填充的带称为禁带。当固体中掺有杂质 价带 时，还会在禁带中形成与杂质相关的杂质能级。 图 1 固体的能带结构图 当固体受到光照而被激发时，固体中的粒子 （原了、离子等）便会从价带（基态）跃进到导带（激发态）的较高能级，然后通过无辐 射跃迁回到导带（激发态）的最低能级，最后通过辐射或无辐射跃迁回到价带（基态或能 量较低的激发态），粒子通