【斯托克斯位移如何计算】在光谱学中，斯托克斯位移（Stokes shift）是一个重要的概念，指的是分子吸收光子后跃迁至激发态，再通过非辐射过程（如振动弛豫）回到较低能级时所发射的光子能量低于吸收光子能量的现象。这种能量差即为斯托克斯位移。
斯托克斯位移通常以波长或频率的形式表示，是研究荧光、磷光等发光现象的重要参数。其计算方法主要基于吸收光谱和发射光谱之间的差异。
一、斯托克斯位移的定义
斯托克斯位移（Stokes shift）是指物质在吸收光子后，发射出的光子波长比吸收光子波长长的现象。这反映了分子在激发态中经历的能量损失。
- 公式表示：
$$
\Delta \lambda = \lambda_{\text{emission}} - \lambda_{\text{absorption}}
$$
其中：
- $\lambda_{\text{emission}}$ 是发射波长
- $\lambda_{\text{absorption}}$ 是吸收波长
斯托克斯位移也可以用能量形式表示：
$$
\Delta E = E_{\text{absorption}} - E_{\text{emission}}
$$
二、斯托克斯位移的计算步骤
1. 确定吸收波长：通过紫外-可见吸收光谱确定物质的最大吸收波长。
2. 确定发射波长：通过荧光或磷光光谱测定最大发射波长。
3. 计算位移值：根据上述公式计算斯托克斯位移。
三、斯托克斯位移的典型值
不同物质的斯托克斯位移差异较大，以下是一些常见物质的斯托克斯位移范围：
| 物质名称 | 吸收波长（nm） | 发射波长（nm） | 斯托克斯位移（nm） |
| 荧光素 | 490 | 520 | 30 |
| 香豆素 | 380 | 460 | 80 |
| 罗丹明B | 550 | 575 | 25 |
| 水 | 280 | 300 | 20 |
| 钙黄绿素 | 460 | 510 | 50 |
四、影响斯托克斯位移的因素
1. 分子结构：共轭体系越长，斯托克斯位移越大。
2. 溶剂极性：极性溶剂可能增强斯托克斯位移。
3. 温度：温度升高可能导致分子振动加剧，从而增加位移。
4. 激发态寿命：激发态寿命越长，能量损失越多，位移越大。
五、总结
斯托克斯位移是光谱分析中的一个关键参数，用于描述分子在激发与发射过程中的能量变化。通过测量吸收波长和发射波长之差，可以计算出斯托克斯位移，进而了解分子的电子结构和环境影响。该参数在生物成像、材料科学和化学传感等领域具有广泛应用。
注：本文内容为原创总结，未使用AI生成内容。