Hiện tượng quang – phát quang là gì? Lý thuyết và Trắc nghiệm
1. Khái niệm hiện tượng quang – phát quang
- Hiện tượng quang – phát quang là hiện tượng một số chất có khả năng hấp thụ ánh sáng có bước sóng này để phát ra ánh sáng có bước sóng khác.
- Ví dụ: Nếu chiếu một chùm bức xạ tử ngoại vào một ống nghiệm chứa dung dịch fluorexêin, dung dịch sẽ phát ra ánh sáng màu lục. Khi đó tia tử ngoại là ánh sáng kích thích, ánh sáng màu lục là ánh sáng phát quang.
2. Phân loại hiện tượng quang – phát quang
- Huỳnh quang: Là sự phát quang có thời gian phát quang rất ngắn (dưới 10-8s). Ánh sáng phát quang hầu như tắt ngay sau khi tắt ánh sáng kích thích. Thường xảy ra đối với chất lỏng và chất khí.
- Lân quang: Là sự phát quang có thời gian phát quang dài (từ 10-8s trở lên). Ánh sáng phát quang có thể kéo dài một khoảng thời gian sau khi tắt ánh sáng kích thích. Thường xảy ra đối với chất rắn.
3. Đặc điểm của ánh sáng huỳnh quang
- Ánh sáng huỳnh quang có bước sóng dài hơn bước sóng của ánh sáng kích thích: λhq > λkt.
- Theo thuyết lượng tử: Mỗi nguyên tử hay phân tử của chất huỳnh quang hấp thụ hoàn toàn một photon của ánh sáng kích thích, chuyển lên trạng thái kích thích. Khi ở trạng thái kích thích, nguyên tử/phân tử có thể va chạm và mất một phần năng lượng. Khi trở về trạng thái cơ bản, nó phát ra một photon có năng lượng nhỏ hơn photon bị hấp thụ.
4. Định luật Stokes về hiện tượng phát quang
- Nội dung: Ánh sáng phát quang có bước sóng λ’ dài hơn bước sóng của ánh sáng kích thích λ, hay λ’ > λ.
- Giải thích: Do một phần năng lượng của photon ánh sáng kích thích bị mất đi qua các va chạm khi ở trạng thái kích thích, nên photon ánh sáng phát quang có năng lượng nhỏ hơn, tương ứng với bước sóng dài hơn.
5. Cơ chế của hiện tượng quang – phát quang
- Quá trình hấp thụ ánh sáng kích thích làm electron trong nguyên tử/phân tử chuyển từ trạng thái cơ bản lên các trạng thái kích thích có năng lượng cao hơn.
- Khi đang ở trạng thái kích thích, electron có thể va chạm và mất đi một phần năng lượng. Sau đó, electron trở về trạng thái cơ bản và giải phóng năng lượng dưới dạng photon ánh sáng có bước sóng dài hơn photon bị hấp thụ.
6. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiện tượng quang – phát quang
- Bản chất và cấu trúc của chất phát quang quyết định khả năng hấp thụ và phát xạ ánh sáng.
- Bước sóng và cường độ của ánh sáng kích thích ảnh hưởng đến quá trình hấp thụ năng lượng và chuyển electron lên trạng thái kích thích.
- Nhiệt độ và áp suất môi trường tác động đến quá trình va chạm và giải phóng năng lượng của các electron ở trạng thái kích thích.
7. Ứng dụng của hiện tượng quang – phát quang
- Đèn huỳnh quang: Sử dụng bột huỳnh quang phủ bên trong ống thuỷ tinh chứa hơi thuỷ ngân và khí trơ. Khi có dòng điện chạy qua, hơi thuỷ ngân phát ra tia tử ngoại kích thích bột huỳnh quang phát sáng.
- Màn hình vô tuyến, ti vi: Sử dụng các chất phát quang như ZnS để tạo ra ánh sáng nhìn thấy khi bị kích thích bởi chùm tia điện tử.
- Sơn phát quang trên biển báo giao thông: Hấp thụ ánh sáng ban ngày và phát sáng vào ban đêm, giúp người tham gia giao thông dễ quan sát.
- Các ứng dụng khác trong y học (nhuộm tế bào, chẩn đoán bệnh), khoa học vật liệu (nghiên cứu cấu trúc tinh thể, phát hiện khuyết tật), an ninh (in dấu vân tay, t chống giả)…
8. Hiện tượng quang – phát quang trong tự nhiên
- Sự phát sáng của một số sinh vật như đom đóm, sứa, cá sâu, nấm, do sự phát quang của enzyme luciferin dưới tác dụng của ATP.
- Sự phát quang của một số khoáng vật như fluorit, đá vôi, thạch anh dưới tác dụng của tia tử ngoại hoặc tia X.
9. Các loại hiện tượng phát quang khác
- Nhiệt phát quang: Vật thể phát sáng khi bị nung nóng như than hồng, sợi đốt trong bóng đèn.
- Hóa phát quang: Phát sáng do phản ứng hóa học như sự phát quang của đom đóm, que phát sáng hóa học.
- Điện phát quang: Phát sáng dưới tác dụng của điện trường như đèn LED.
10. Hướng nghiên cứu và phát triển trong tương lai
- Phát triển các vật liệu phát quang mới có hiệu suất cao, độ bền tốt, thân thiện môi trường như các hợp chất perovskite, quantum dots, upconversion nanoparticles.
- Mở rộng phạm vi ứng dụng của hiện tượng quang – phát quang trong y sinh (chẩn đoán hình ảnh, trị liệu quang động), năng lượng (pin mặt trời huỳnh quang), công nghệ màn hình (OLED, QLED)…
- Tìm hiểu sâu hơn về cơ chế của hiện tượng quang – phát quang ở cấp độ phân tử, nguyên tử thông qua các phương pháp phân tích quang phổ tiên tiến.
Câu hỏi trắc nghiệm (có đáp án)
Câu hỏi cơ bản
- Hiện tượng quang – phát quang là:
A. Sự hấp thụ ánh sáng
B. Sự phát xạ ánh sáng
C. Sự hấp thụ ánh sáng có bước sóng này để phát ra ánh sáng có bước sóng khác
D. Sự hấp thụ ánh sáng có năng lượng thấp - Trong hiện tượng quang – phát quang, sự hấp thụ hoàn toàn một photon sẽ đưa đến:
A. Sự giải phóng một electron tự do
B. Sự giải phóng một electron liên kết
C. Sự giải phóng một cặp electron và lỗ trống
D. Sự phát ra một photon khác - Sự phát quang của chất lỏng là:
A. Huỳnh quang
B. Lân quang
C. Cả huỳnh quang và lân quang
D. Không phải huỳnh quang hay lân quang - Sự phát quang của chất rắn là:
A. Huỳnh quang
B. Lân quang
C. Cả huỳnh quang và lân quang
D. Không phải huỳnh quang hay lân quang - Ánh sáng huỳnh quang:
A. Hầu như tắt ngay sau khi tắt ánh sáng kích thích
B. Tồn tại một thời gian sau khi tắt ánh sáng kích thích
C. Có bước sóng nhỏ hơn bước sóng ánh sáng kích thích
D. Do các tinh thể phát ra, sau khi được kích thích bằng ánh sáng thích hợp - Ánh sáng lân quang:
A. Hầu như tắt ngay sau khi tắt ánh sáng kích thích
B. Được phát ra bởi chất rắn, chất lỏng lẫn chất khí
C. Có thể tồn tại rất lâu sau khi tắt ánh sáng kích thích
D. Có bước sóng nhỏ hơn bước sóng ánh sáng kích thích - Định luật Stokes về sự phát quang phát biểu:
A. Ánh sáng phát quang có bước sóng dài hơn bước sóng của ánh sáng kích thích
B. Ánh sáng phát quang có bước sóng ngắn hơn bước sóng của ánh sáng kích thích
C. Ánh sáng phát quang có bước sóng bằng bước sóng của ánh sáng kích thích
D. Ánh sáng phát quang không phụ thuộc vào bước sóng của ánh sáng kích thích - Sự phát sáng của đèn ống là:
A. Hiện tượng quang – phát quang
B. Hiện tượng phát sáng của một số chất
C. Hiện tượng phát sáng do nhiệt
D. Hiện tượng phát sáng do điện - Sự phát sáng của đèn LED là:
A. Hiện tượng quang – phát quang
B. Hiện tượng phát sáng của một số chất
C. Hiện tượng phát sáng do nhiệt
D. Hiện tượng phát sáng do điện - Sự phát sáng của đom đóm là:
A. Hiện tượng quang – phát quang
B. Hiện tượng phát sáng của một số chất
C. Hiện tượng phát sáng do nhiệt
D. Hiện tượng hóa phát quang - Sự phát sáng của màn hình ti vi là:
A. Hiện tượng quang – phát quang
B. Hiện tượng phát sáng của một số chất
C. Hiện tượng phát sáng do nhiệt
D. Hiện tượng phát quang catôt - Sự phát sáng của hòn than hồng là:
A. Hiện tượng quang – phát quang
B. Hiện tượng phát sáng của một số chất
C. Hiện tượng phát sáng do nhiệt
D. Hiện tượng phát sáng do điện - Sự phát sáng của tia lửa điện là:
A. Hiện tượng quang – phát quang
B. Hiện tượng phát sáng của một số chất
C. Hiện tượng phát sáng do nhiệt
D. Không phải hiện tượng phát quang - Sự phát sáng của hồ quang là:
A. Hiện tượng quang – phát quang
B. Hiện tượng phát sáng của một số chất
C. Hiện tượng phát sáng do nhiệt
D. Không phải hiện tượng phát quang - Sự phát sáng của bóng đèn pin là:
A. Hiện tượng quang – phát quang
B. Hiện tượng phát sáng của một số chất
C. Hiện tượng phát sáng do nhiệt
D. Không phải hiện tượng phát quang - Sự phát quang xảy ra:
A. Ở nhiệt độ bình thường
B. Ở nhiệt độ rất cao
C. Ở mọi nhiệt độ
D. Đối với mọi chất, khi được kích thích bằng ánh sáng thích hợp - Các bức xạ phát ra trong hiện tượng quang – phát quang:
A. Gồm các photon có cùng năng lượng
B. Được dùng trong chiếu điện, chụp điện
C. Luôn thuộc vùng ánh sáng nhìn thấy
D. Có thể là những bức xạ hồng ngoại - Ánh sáng phát quang của một chất có bước sóng 0,40μm. Để chất này phát quang thì ánh sáng kích thích phải:
A. Có bước sóng 0,6μm
B. Là ánh sáng đỏ
C. Là tia hồng ngoại
D. Là tia tử ngoại - Một chất phát quang có khả năng phát ra ánh sáng màu vàng lục khi được kích thích phát sáng. Khi chiếu vào chất đó ánh sáng màu lam thì:
A. Chất đó sẽ phát ra ánh sáng màu lam
B. Chất đó sẽ phát ra ánh sáng màu vàng lục
C. Chất đó sẽ phát ra ánh sáng màu đỏ
D. Chất đó không phát quang - Một chất phát quang có khả năng phát ra ánh sáng có bước sóng λp = 0,7 μm. Nếu chiếu vào chất đó ánh sáng hồng ngoại thì:
A. Chất đó sẽ phát quang
B. Chất đó không phát quang
C. Chất đó sẽ phát ra ánh sáng màu đỏ
D. Chất đó sẽ phát ra ánh sáng tử ngoại - Một chất phát quang có thể phát ra ánh sáng phát quang màu tím. Nếu chiếu vào chất đó bức xạ màu đỏ thì:
A. Chất đó sẽ phát quang
B. Chất đó không phát quang
C. Chất đó sẽ phát ra ánh sáng màu tím
D. Chất đó sẽ phát ra ánh sáng màu đỏ - Một vật có thể phát ra ánh sáng phát quang màu đỏ với bước sóng λ = 0,7 μm. Nếu chiếu vật đó bằng bức xạ có bước sóng λ = 0,6 μm thì mỗi photon được hấp thụ và phát ra, phần năng lượng tiêu hao là:
A. 0,5 MeV
B. 0,432 eV
C. 0,296 eV
D. 0,5 eV - Trong một đèn huỳnh quang, ánh sáng kích thích có bước sóng 0,36μm. Photon ánh sáng huỳnh quang có thể mang năng lượng là:
A. 3,45 eV
B. 5,52 eV
C. 6,90 eV
D. 2,76 eV - Chiếu bức xạ đơn sắc có bước sóng 0,3μm vào một chất thì thấy có hiện tượng phát quang. Biết công suất của chùm sáng phát quang chỉ bằng 0,3% công suất của chùm sáng kích thích và cứ 200 photon ánh sáng kích thích cho 1 photon ánh sáng phát quang. Bước sóng ánh sáng phát quang là:
A. 0,15 μm
B. 0,60 μm
C. 0,45 μm
D. 0,90 μm - Chiếu một ánh sáng có bước sóng λ1 và năng lượng photon là ε1 vào một chất huỳnh quang thì ánh sáng phát quang có bước sóng λ2 và năng lượng photon là ε2. Biết λ2 = 2λ1. Tỉ số ε1/ε2 bằng:
A. 2
B. 0,5
C. 4
D. 0,25
Đáp án:
- C
- D
- A
- B
- A
- C
- A
- A
- A
- D
- D
- C
- D
- D
- D
- A
- C
- D
- B
- B
- B
- C
- A
- B
- A
Câu hỏi nâng cao
- Hiện tượng phát quang xảy ra khi:
A. Một chất hấp thụ ánh sáng và phát ra ánh sáng có bước sóng dài hơn
B. Một chất hấp thụ ánh sáng và phát ra ánh sáng có bước sóng ngắn hơn
C. Một chất hấp thụ ánh sáng và phát ra ánh sáng có cùng bước sóng
D. Một chất phát ra ánh sáng mà không cần hấp thụ ánh sáng - Định luật Stokes về sự phát quang phát biểu rằng:
A. Bước sóng của ánh sáng phát quang luôn dài hơn bước sóng của ánh sáng kích thích
B. Bước sóng của ánh sáng phát quang luôn ngắn hơn bước sóng của ánh sáng kích thích
C. Bước sóng của ánh sáng phát quang bằng bước sóng của ánh sáng kích thích
D. Không có mối quan hệ giữa bước sóng của ánh sáng phát quang và ánh sáng kích thích - Hiệu suất lượng tử của sự phát quang được định nghĩa là:
A. Tỷ số giữa số phân tử bị phân hủy trong một thời gian và số lượng tử hấp thụ trong cùng thời gian đó
B. Số phân tử bị phân hủy trong một thời gian
C. Số lượng tử hấp thụ trong một thời gian
D. Tỷ số giữa số phân tử bị phân hủy và số lượng tử phát ra trong cùng thời gian - Phổ huỳnh quang thường có dạng:
A. Một đỉnh hẹp
B. Một dải rộng
C. Nhiều đỉnh hẹp
D. Nhiều dải rộng - Yếu tố nào sau đây làm giảm cường độ huỳnh quang?
A. Tăng nồng độ chất phát quang
B. Giảm nhiệt độ
C. Tăng độ nhớt của dung môi
D. Sự có mặt của các nguyên tử halogen - Nguyên nhân chính gây ra sự dịch chuyển Stokes trong phổ phát quang là:
A. Sự hấp thụ ánh sáng yếu (định luật Lambert-Beer)
B. Sự chuyển mức thẳng đứng (quy tắc Kasha)
C. Tốc độ chuyển hệ giao thoa cao (quy tắc El Sayed)
D. Nguyên lý Franck-Condon - Phương pháp phân tích dựa trên sự phát quang có ưu điểm:
A. Độ nhạy cao
B. Độ chọn lọc cao
C. Cả A và B
D. Không có ưu điểm nào - Protein trong dung dịch nước hấp thụ tia:
A. UV
B. Khả kiến
C. Hồng ngoại
D. Tia X - Bước sóng mà protein hấp thụ tia UV là:
A. 254 nm
B. 280 nm
C. 595 nm
D. 275 nm - Bước sóng mà DNA hấp thụ tia UV là:
A. 595 nm
B. 280 nm
C. 275 nm
D. 260 nm - Sự hấp thụ ánh sáng:
A. Là cơ sở của sự tách chất
B. Không phải là cơ sở của sự tách chất
C. Chỉ được sử dụng trong sắc ký lỏng
D. Chỉ được sử dụng trong quang phổ hấp thụ - Kỹ thuật nào sau đây sử dụng sự phát quang?
A. Phổ huỳnh quang
B. Sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC)
C. Điện di mao quản
D. Tất cả các phương pháp trên - Sự chuyển năng lượng cộng hưởng Förster (FRET) là quá trình:
A. Một phân tử ở trạng thái kích thích chuyển năng lượng cho một phân tử khác thông qua tương tác lưỡng cực-lưỡng cực
B. Một phân tử hấp thụ hai photon cùng lúc
C. Hai phân tử va chạm và trao đổi năng lượng
D. Một phân tử hấp thụ một photon và phát ra hai photon - Kính hiển vi huỳnh quang siêu phân giải STED (Stimulated ission Depletion) hoạt động dựa trên nguyên tắc:
A. Kích thích phát xạ cưỡng bức để làm giảm kích thước vùng kích thích
B. Sử dụng ánh sáng có cấu trúc để tăng độ phân giải
C. Xác định vị trí của các phân tử phát quang đơn lẻ
D. Sử dụng kính hiển vi điện tử quét - Kính hiển vi huỳnh quang siêu phân giải PALM (Photoactivated Localization Microscopy) hoạt động dựa trên nguyên tắc:
A. Kích thích phát xạ cưỡng bức để làm giảm kích thước vùng kích thích
B. Sử dụng ánh sáng có cấu trúc để tăng độ phân giải
C. Xác định vị trí của các phân tử phát quang đơn lẻ có thể bật/tắt quang học
D. Sử dụng kính hiển vi điện tử quét - Đơn vị của hệ số hấp thụ phân tử (molar absorptivity) là:
A. L mol-1 cm-1
B. mol L-1 cm-1
C. L mol-1
D. mol L-1 - Nếu nồng độ chất phát quang tăng lên gấp đôi thì cường độ huỳnh quang sẽ:
A. Tăng gấp đôi
B. Giảm một nửa
C. Không đổi
D. Tăng gấp bốn - Phổ kích thích huỳnh quang thường:
A. Trùng với phổ hấp thụ UV-Vis
B. Có dạng đối xứng với phổ phát xạ huỳnh quang qua điểm giao nhau 0-0
C. Nằm ở vùng bước sóng dài hơn so với phổ phát xạ huỳnh quang
D. Không liên quan đến phổ hấp thụ UV-Vis - Hợp chất nào dưới đây có thể phát huỳnh quang?
A. Benzen
B. Naphthalen
C. Anthracen
D. Tất cả các hợp chất trên - Sự phát quang của các hợp chất hữu cơ thường liên quan đến sự chuyển mức nào?
A. n→π
B. π→π
C. σ→σ
D. n→σ - Phổ phát xạ huỳnh quang của một hợp chất hữu cơ thường:
A. Có cấu trúc tương tự như phổ hấp thụ UV-Vis
B. Xuất hiện ở vùng bước sóng dài hơn so với phổ hấp thụ
C. Có cường độ mạnh hơn so với phổ hấp thụ
D. Không phụ thuộc vào bước sóng kích thích - Phương trình Stern-Volmer mô tả mối quan hệ giữa:
A. Nồng độ chất dập tắt và cường độ huỳnh quang
B. Nồng độ chất phát quang và cường độ huỳnh quang
C. Bước sóng kích thích và bước sóng phát xạ
D. Nhiệt độ và cường độ huỳnh quang - Chất nào dưới đây có thể sử dụng làm chất chuẩn nội trong phân tích huỳnh quang?
A. Quinin sulfat
B. Fluorescein
C. Rhodamine B
D. Tất cả các chất trên - Sự chuyển năng lượng cộng hưởng Förster (FRET) phụ thuộc vào:
A. Sự chồng lấp giữa phổ phát xạ của chất cho và phổ hấp thụ của chất nhận
B. Khoảng cách giữa chất cho và chất nhận
C. Định hướng tương đối của các lưỡng cực chuyển mức của chất cho và chất nhận
D. Tất cả các yếu tố trên - Ứng dụng của sự chuyển năng lượng cộng hưởng Förster (FRET) trong sinh học phân tử là:
A. Nghiên cứu tương tác protein-protein
B. Phân tích cấu trúc của acid nucleic
C. Theo dõi hoạt động của enzyme
D. Tất cả các ứng dụng trên
Đáp án:
- A
- A
- A
- B
- D
- D
- C
- A
- B
- D
- B
- A
- A
- A
- C
- A
- A
- B
- D
- B
- B
- A
- D
- D
- D