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4.1 引言 某些物质被一定波长的光照射时，，1852年， Stokes，， fluospar 而定名为荧光。 我们通常所说的荧光，是指物质在吸收紫外光后发出的波长较长的紫外荧光或可见荧光，以及吸收波长较短的可见光后发出波长较长的可见荧光。除了紫外荧光和可见荧光，X射线荧光等。这不是本章要介绍的内容。 荧光光谱有两个主要优点：第一是灵敏度高。由于荧光辐射的波长比激发光波长长，因此测量到的荧光频率与入射光的频率不同。另外，由于荧光光谱是发射光谱，可以在与入射光成直角的方向上检测，这样，荧光不受来自激发光的本底的干扰，灵敏度大大高于紫外-可见吸收光谱。第二，荧光光谱可以检测一些紫外-可见吸收光谱检测不到的过程。紫外和可见荧光涉及的是电子能级之间的跃迁，荧光产生包括两个过程：吸收以及随之而来的发射。每个过程发生的时间与跃迁频率的倒数是同一时间量级 大约10-15秒 ，但两个过程中有一个时间延搁，大约为10-9秒，这段时间内分子处于激发态。激发态的寿命取决于辐射与非辐射之间的竞争。由于荧光有一定的寿命，因此可以检测一些时间过程与其寿命相当的过程。例如，生色团及其环境的变化过程在紫外吸收的10-15秒的过程中基本上是静止不变的，因此无法用紫外吸收光谱检测，但可以用荧光光谱检测。 4.2基本概念和原理 4.2.1荧光的产生 吸收外来光子后被激发到激发态的分子，可以通过多种途径丢失能量，回到基态，这种过程一般称为弛豫。在很多情况下，分子回到基态时，能量通过热量等形式散失到周围。但是在某些情况下，***Figure 5.3 Some pathways of relaxation from the excited state.***（P96） 上图（Campbell书中图5.3）表示了激发态分子的几种弛豫过程。由电子态基态被激发到第一电子激发态中各振动能级上的分子， 统称为内转换 丢失它们的部分能量，10-12秒。从第一电子激发态的最低振动能级返回基态的不同振动能级，，10-6-10-9秒内。 由于荧光的频率低于入射光的频率，，，，，，， 10-15秒 要长， 如生色团及其环境的变化 ， 10-15秒 中，， 4.2.2 磷光 如果某种物质在被某种波长的光照射以后能在较长的时间内发出比荧光波长更长的波长的光，***Figure 5.3 Some pathways of relaxation from the excited state.***（P96） 磷光产生的机制与荧光是不同的， 三重态向基态的各振动能级以辐射方式产生跃迁时发出的光。 所谓三重态或三线态，S 1，，0的情况。处于第一电子激发态最低振动能级的分子， 系间交连，intersystem crossing 消耗部分能量，，，，，， 从10-3秒到数秒 ，， 4.2.3 激发谱和发射谱 参考书P94 荧光光谱包括激发谱和发射谱两种。激发谱是荧光物质在不同波长的激发光作用下测得的某一波长处的荧光强度的变化情况，；， 激发谱既然是表示某种荧光物质在不同波长的激发光作用下所测得的同一波长下荧光强度的变化，， 由于激发态和基态有相似的振动能级分布，， Processes leading to fluorescence ***Figure 5.2*** p94 在发射谱中最大荧光强度的位置称为 max，它是荧光光谱的一个重要参数，对环境的极性和荧光团的运动很敏感。 4.2.4 荧光寿命 fluorescence lifetime 参考书p95 去掉激发光后，1/e所需要的时间，， 表示: I t I 0e-kt 其中I 0是激发时最大荧光强度，I tt时的荧光强度，k 时测得的I t为I 0的1/e， 是我们定义的荧光寿命。 k 1 1/k 即寿命 是衰减常数k的倒数。事实上，，，1/e所需的时间都应等于 。 如果激发态分子只以发射荧光的方式丢失能量，，， F 1/KF。KF是速率常 数。 F表示荧光分子的固有荧光寿命，kF 如淬灭和能量转移 ， 还和这些过程的速率常数有关， 由于吸收几率与发射几率有关， F max 单位为cm2mol-1或 mol dm--3 -1cm-1 也就密切相关， F的粗略估计值 单位为秒 。 1/ F≈104 max 在讨论寿命时，， 通过量测寿命， 4.2.5 量子产率 quantum yield 参考书P96 荧光量子产率是物质荧光特性中最基本的参数之一， 荧光量子产率通常用 来表示，，， 吸收量子数 处于激发态的分子，， 或称退激过程 。 总的退激过程的速率常数k可以用各种退激过程的速率常数之和来表示: k kF+ ki ki表示各种非辐射过程的衰减速率常数。 则总的寿命 为: 1/k 1/ kF+ ki 因此