光譜之美：你所不知道的色彩魔法（上）

01引言

（圖片來源網(wǎng)絡(luò)）

在光與物質(zhì)的奇妙互動(dòng)中，熒光扮演著重要的角色。熒光不僅美化了我們的世界，更為科學(xué)研究提供了無盡的靈感。那么，熒光究竟是什么，又為何如此重要？

本期，就讓TuoTuo科普帶大家一起探索這個(gè)迷人的領(lǐng)域，領(lǐng)略熒光背后的奧秘。

02什么是熒光現(xiàn)象？

熒光現(xiàn)象是指某些物質(zhì)在特定波長的光照下，吸收光能后發(fā)射出比照射光波長更長的光的現(xiàn)象。在這個(gè)過程中，該物質(zhì)只發(fā)出熒光而不吸收光。大多數(shù)情況下，發(fā)出的光波長比吸收的光波長要長，而且能量更低。該現(xiàn)象是由物質(zhì)內(nèi)部電子特定能級(jí)之間的躍遷引起的。物質(zhì)在吸收光能后，電子從低能級(jí)躍遷到高能級(jí)，隨后在高能級(jí)不穩(wěn)定時(shí)釋放出光子又回到低能級(jí)。

熒光現(xiàn)象在生活中頻繁出現(xiàn)，如熒光水母，熒光棒等，此外，在化學(xué)、生物學(xué)、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。

圖（a）SLPO: Eu熒光粉體的光譜曲線；圖（b）SLPO: Eu熒光粉體中Eu2+的能級(jí)躍遷圖

以熒光粉體中銪離子（Eu2+）發(fā)光舉例：當(dāng)380 nm紫外光照射在物質(zhì)表面上時(shí)，Eu2+會(huì)吸收光的能量，電子從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)，一部分電子會(huì)通過5d 和 4f 能級(jí)的交叉點(diǎn)回到基態(tài)，一部分電子會(huì)直接從激發(fā)態(tài)能級(jí)回到基態(tài)能級(jí)，期間釋放能量，產(chǎn)生462 nm熒光發(fā)射。

03熒光光譜mapping成像

熒光光譜mapping成像是一種結(jié)合熒光光譜技術(shù)和成像技術(shù)的分析方法，利用不同物質(zhì)在特定波長光激發(fā)下會(huì)發(fā)出不同熒光光譜的特性，通過測(cè)量這些熒光光譜并進(jìn)行解析，獲得每個(gè)像素點(diǎn)的熒光光譜數(shù)據(jù)，最終形成一幅反映目標(biāo)表面熒光分布情況的圖像。

圖（a）WS2的顯微圖，圖（b）為WS2的光譜mapping成像

熒光光譜mapping成像在化學(xué)分析、生物醫(yī)學(xué)、環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。在化學(xué)分析領(lǐng)域，可以對(duì)化學(xué)反應(yīng)過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和分析；在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，可以對(duì)生物組織中的化學(xué)成分進(jìn)行檢測(cè)分析，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)疾病的早期診斷和治療。

04熒光壽命mapping成像

(圖片來源于網(wǎng)絡(luò))

當(dāng)某種物質(zhì)被一束激光激發(fā)后，該物質(zhì)的分子吸收能量后從基態(tài)躍遷到某一激發(fā)態(tài)上，再以輻射躍遷的形式發(fā)出熒光回到基態(tài)。當(dāng)去掉激發(fā)光后，分子的熒光強(qiáng)度降到激發(fā)時(shí)的熒光強(qiáng)度I0的1/e所需要的時(shí)間，稱為熒光壽命，常用τ表示。

熒光壽命mapping成像是一種基于熒光壽命測(cè)量的成像技術(shù)，它通過對(duì)目標(biāo)樣品進(jìn)行熒光激發(fā)和測(cè)量，利用時(shí)間相關(guān)單光子計(jì)數(shù)器（TCSPC）獲取每個(gè)像素點(diǎn)的熒光壽命曲線，擬合計(jì)算出熒光壽命值，從而得到熒光壽命圖像。

圖（a）單點(diǎn)熒光壽命曲線，圖（b）熒光壽命成像

該技術(shù)具有高分辨率、高靈敏度和非侵入性等優(yōu)點(diǎn)，因此在生物醫(yī)學(xué)、化學(xué)分析、環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，能夠利用熒光壽命mapping成像技術(shù)對(duì)生物組織中的熒光標(biāo)記物進(jìn)行檢測(cè)和分析，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)腫瘤、炎癥、感染等疾病的早期診斷和治療。

05托托科技多模態(tài)光電顯微鏡的發(fā)展路線

托托科技是一家快速成長的技術(shù)驅(qū)動(dòng)型企業(yè)，專注于光學(xué)顯微加工及光學(xué)顯微檢測(cè)的光學(xué)儀器設(shè)備制造。

托托科技自主研發(fā)生產(chǎn)的多模態(tài)光電顯微鏡，通過電動(dòng)化方案，將紫外-可見-近紅外-中紅外光源（261 nm - 10 μm）集成到系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)低溫磁場環(huán)境下對(duì)亞微米級(jí)樣品的超寬光譜激發(fā)。在多模態(tài)光電顯微鏡多維度測(cè)試軟件的加持下，能夠?qū)⒐怆婎I(lǐng)域主流電學(xué)儀表、光譜儀、TCSPC進(jìn)行控制，協(xié)同作用，從而對(duì)光電材料器件的光電流Mapping成像、伏安特性曲線、轉(zhuǎn)移曲線、輸出曲線、交變電流、磁電阻、霍爾信號(hào)、熒光光譜Mapping成像、熒光壽命Mapping成像、拉曼光譜等進(jìn)行快速精確測(cè)試。具有高穩(wěn)定性、高分辨率、高兼容性等眾多優(yōu)點(diǎn)，為微納器件的光電性能表征提供更多的可能性。

06托托科技多模態(tài)光電顯微鏡

托托科技多模態(tài)光電顯微鏡，將光、電、熱、力、磁等物理量集于一身，實(shí)現(xiàn)對(duì)樣品的多維度光電流光譜測(cè)試。

在探索了熒光的奧秘、熒光光譜的特色以及熒光壽命的重要性之后，我們不禁對(duì)大自然的奇妙深感敬畏。熒光現(xiàn)象不僅美化了我們的世界，還為科學(xué)研究和技術(shù)應(yīng)用提供了豐富的素材。我們深信這些知識(shí)對(duì)大家一定有所啟發(fā)和幫助。