生物光子学2-光子学与光谱学基础02概要知识分享.ppt

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1、生物光子学2-光子学与光谱学基础02概要光在界面上的反射和折射：分别遵从反射定律和Snell定律；当光从光密（折射率大）介质入射到光疏（折射率小）介质的界面时，发生光的部分反射和折射现象；当入射角大于临界角时，光线会停止进入光疏介质，而全部反射回光密介质，即发生全反射。——光纤若光疏介质是溶液，由于波动效应，有一部分光的能量会穿过界面渗透到溶液中，是一种非均匀波，叫做消逝波，也称隐失波或倏逝波。其在第二介质中的有效进入深度约为一个波长。——全内反射荧光显微术内容回顾2光的本质——波粒二象性；光是一种能在真空和介质中以波动形式传播的，由振动的电波和磁波组成的电磁波，同时也是一种叫做

2、光子的能量包；凡是与光的传播有关的各种现象，如衍射、干涉和偏振，必须用波动说来解释，凡是与光和物质相互作用有关的各种现象，如物质的光吸收与发射、光电效应和光散射（康普顿效应），都必须用光子说来解释；波动性参量（波长、频率、相位、速度）粒子性参量（能量、动量）内容回顾3光波的干涉和衍射光的相干性：时间相干性、空间相干性产生干涉条件：只有两列光波的频率相同，位相差恒定，振动方向一致的相干光源，才能产生光的干涉。当光遇到尖锐的障碍物、通过小孔和狭缝，或聚焦于尺寸与光波长相近的斑点时，光弯折和扩散等衍射现象就会发生。相长干涉产生亮纹，相消干涉产生暗纹。内容回顾4光子的吸收、发射和散射；光

3、与分子的相互作用过程：吸收、自发辐射、受激辐射、拉曼散射；光子的吸收和发射过程用爱因斯坦（Einstein）模型描述。物质的“波粒二象性”内容回顾5波长（deBroglie波）h=Planck常数由Schrödinger方程的解得出的量子化能量物质粒子行为似波行为动能动量p=mv由经典牛顿力学描述的平动能量分子的能级结构：电子和振动能级（量子化）在生物光子学中有重要的作用激发态的跃迁过程：有机分子的各种辐射和非辐射过程常用Jablonski能级图描述；内容回顾6S2S1T1S0EFluorescencePhosphorescenceVibrationalRelaxationVib

4、rationalRelaxationICICISCISCAbsorption单重态：S0，S1，S2三重态：T1IC：内转化ISC：系间窜跃荧光磷光光谱电子在两个能级间的跃迁与振动耦合分子振动同时包含电子能级和振动能级改变的电子振动跃迁吸收，从低能态向受激态的跃迁发射，从高能态到低能态的跃迁磷光自旋不守恒荧光自旋守恒拉曼散射散射一个可见光频域的光子从而导致振动能态的改变红外吸收吸收一个红外或远红外光子从而从一个低能态跃迁到高能态生物光子学中用到的各种光谱7内容回顾光谱仪：棱镜、光栅、FT-IR光谱仪2.1光在界面上的反射和折射2.2光的本质－波粒二象性2.3光子的吸收、发射和散射

5、2.4光波的干涉和衍射2.5分子能级结构与光谱2.6激光与非线性光学本章内容83、电子能级吸收光谱电子能级吸收用于对样品的定量分析，如紫外-可见光谱仪——测量电子能级的线性吸收；线性吸收由Beer-Lambert定律定义，即一束初始强度为I0频率为v的入射光按指数衰减，即输出强度I为：系数(v)和k(v)的单位为Lmol-1cm-1；(v)比k(v)更常用，称为频率v处的消光系数；b以cm为单位，是光学路径长度，定义为光通过吸收介质的路径的长度；2.5分子能级结构与光谱9线性吸收过程2.5分子能级结构与光谱10线性吸收由Beer-Lambert定律定义，即一束初始强度为I0

6、频率为v的入射光按指数衰减，即初始强度I为：吸收率：透射率：光学密度：另外一些描述吸收衰减的参量：2.5分子能级结构与光谱11T和OD考虑了光通过介质时由于吸收和散射而造成的总的强度损失；如果吸收占主导地位，则OD=A。电子能级吸收光谱典型的吸收光谱表示为T相对于v或的曲线，或A相对于v的曲线;v定义为吸收谱带最大吸收值一半处的宽带。2.5分子能级结构与光谱12吸收光谱的两种表示电子能级吸收光谱吸收光谱能够识别发色团；吸收频率可能与发色团的环境有关；如果已知发色团在频率v处的摩尔消光系数(v)，则可以得到此发色团的浓度；生物介质中可能含有多种已知摩尔消光系数的吸收性发色团，

7、通过测量在一系列频率上的吸收率A，可以得到各种不同发色团的浓度。2.5分子能级结构与光谱13乙醚中叶绿素a的吸收光谱2.5分子能级结构与光谱14如图，在650nm处的吸收与叶绿素的绿色对应。因为，红光的吸收产生绿色的透射或散射光（补色）。HPPH（光动力疗法中的一种药物）的吸收光谱2.5分子能级结构与光谱154、电子能级发射光谱研究从一个受激电子能态向一个较低电子能态（一般是基态）跃迁而产生的光发射；室温下生物分子即有荧光现象；从一个三重受激态到单重态的磷光则在室温下很少观察到；