有机荧光物质的简介.doc

有机荧光物质 有机荧光物质是一类具有特殊光学性能的化合物, 它们能吸收特定频率的光, 并发射出低频率(较长波长) 的荧光释放所吸收的能量。某些有机化合物在紫外和短波长的可见光的激发下能发出荧光, 产生可见光谱中鲜艳的颜色, 这类物质称为日光型荧光染、颜料。 荧光的产生 有色化合物分子通常处于能量最低的状态,称为基态。吸收紫外或可见光的能量后, 电子跃迁至高能量轨道激发态。分子可有多个激发态。处于激发态的分子通过振动弛豫、内部转换等过程跃迁到分子的最低激发态的最低振动能级, 再发生辐射跃迁回到基态, 放出光子, 产生荧光. 有机染料分子的第一激发态与基态的能差是一定的, 因而荧光波长不随激发光波长的改变而发生变化。分子激发过程中吸收的能量一般高于荧光辐射释放的能量, 二者之差以热的形式损耗,因此荧光波长比激发光的长, 其差通常为50～ 70nm , 当有机化合物分子内可以形成氢键时, 则增至150～ 250 nm , 这一规律称为Stoke’s 位移。荧光的强度受许多因素的制约, 如激发光源能量、吸收强度、量子效率等。量子效率也称量子收率, 是指荧光物体分子发射的光量子数与吸收的光量子数之比。其大小是由分子结构决定的, 而与激发光源的能量无关。事实证明, 荧光物质分子一般都含有发射荧光的基团(称为荧光团) 以及能使吸收波长改变并伴随荧光增强的助色团。 分子结构与荧光特性： 1．共轭系统对荧光的影响 通常增加分子P 电子共轭体系长度可提高荧光效率并使荧光红移。空间位阻效应的存在能破坏分子的共平面性及共轭程度, 从而使荧光减弱。立体异构对荧光强度也有影响, 如反式二苯乙烯是强荧光型的, 顺式二苯乙烯由于位阻效应的存在则无荧光特性。 2．取代基对荧光的影响 大部分有机荧光物质分子中带有芳环, 芳环上引入取代基可改变荧光的光量子收率和发射波长。通常邻、对位定位基可使荧光增强, 间位定位基使荧光减弱, 硝基、偶氮基能阻止荧光的产生。分子两端分别引入给电性和吸电性基团可使染料发生红移并伴随荧光的增强。卤原子的存在对荧光不利。氨基的引入可使荧光增强。 3．分子环构化对荧光的影响 染料分子的闭环对荧光的产生非常有利, 可以增加分子共平面性和刚性而使荧光增强。许多本身无荧光或荧光很弱的化合物与金属螯合产生的具有环状结构的螯合物显示较强荧光。分子内含有羟基并可形成分子内氢键多数情况下能使荧光强度提高。 熔融状态下使树脂着色是制备热塑型树脂固溶体荧光颜料的常用方法。向熔融的对甲苯磺酰胺中加入甲醛, 再与胺发生缩合反应, 加入荧光染料, 于150～ 175 ℃使树脂着色。冷却成“玻璃”状,粉碎, 研磨, 可得颜料。热固型树脂固溶体荧光颜料也可用类似方法制得。此外, 将高度分散的树脂常温染色也是制备荧光颜料的常用方法。 金属表面等离子共振与拉曼散射 金属纳米结构的表面等离子体光学在光学传感、生物标记、以及表面增强拉曼光谱等领域有广泛的应用前景, 这些功能和金属纳米结构与光相互作用时产生的表面等离子体共振密切相关。 通常情况下,金属内部与表面存在大量自由电子, 形成自由电子气团, 即等离子体(plasmon); 而表面等离子体则特指存在于金属表面的自由电子气团. 当入射光与金属纳米结构表面自由电子气团的振动发生共振时就形成了表面等离子体共振(surface plasmon resonance,SPR), 如图1, 在光谱上表现为一个强共振吸收或散射峰. 以物理形态来划分, 金属纳米结构可以分为两大类, 即金属纳米颗粒结构和金属纳米平面结构, 其SPR 的工作模式分别如图1(a)和(b)所示. 在表面等离子体共振模式下, 光场的能量强烈地局限在金属结构的表面, 尺度在亚波长范围。 表面等离子体( Surface Plasmo n, SP) 实质上是与导体表面的自由电子相互作用而被捕捉在表面的光波。入射光迫使导体表面自由电子形成集体振动, 当集体振动频率与入射光频率一致时, 就达到了共振, 称为表面等离子体共振(Surface Plasmon Resonance, 简称SPR) 。 同时也使电磁场极大的增强, 从而引发了强烈的表面等离子体增强效应。 金属增强荧光辐射的理论 金属纳米颗粒与荧光分子之间存在复杂的相互作用。这种作用主要包括:1，荧光分子与金属纳米颗粒之间发生非辐射共振能量转移，引起荧光分子的荧光淬灭。2，金属纳米颗粒引起的局域电磁场增强，使附近的荧光分子发生吸收共振增强和辐射共振增强，引起荧光分子辐射荧光强度的增强。因此，金属纳米颗粒与荧光分子的复合发光体系中，同时存在着荧光增强和荧光淬灭的相互竞争过程。下面对这两种机制分别进行介绍。 1.荧光的淬灭 荧光分子与金属纳米颗粒之间发生的非辐射共振能量转移会引起发光分子的荧