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1.什么是熒光？
物體經(jīng)過較短波長的光照，把能量儲存起來，然后緩慢發(fā)出較長波長的光，發(fā)出的這種光就叫熒光。物質(zhì)在吸收入射光的過程中，光子能量傳遞給物質(zhì)分子。分子被激發(fā)，電子從較低能級躍遷到較高能級，形成電子激發(fā)態(tài)分子。電子的激發(fā)態(tài)的多重態(tài)用2s+1表示，s為自旋角動量量子數(shù)的代數(shù)和，數(shù)值為0或1。分子中同一軌道里所占據(jù)的兩個(gè)電子必須具有相反的自旋方向，即自旋配對。分子中全部電子都自旋配對，即s=0，該分子處于單重態(tài)，用S表示。若分子吸收能量后電子躍遷過程中不發(fā)生自旋方向的變化，這時(shí)分子處于激發(fā)的單重態(tài)；若躍遷伴隨自旋方向改變，這時(shí)分子具有兩個(gè)自旋不配對的電子，即s=1，分子處于激發(fā)的三重態(tài)，符號T表示。符號S0、S1和S2分別表示分子的基態(tài)、第一和第二電子激發(fā)單重態(tài)，T1和T2則分別表示第一和第二電子激發(fā)三重態(tài)。
圖1 分子的激發(fā)與失活過程
激發(fā)態(tài)的分子不穩(wěn)定，可以通過輻射躍遷（熒光、磷光）和非輻射躍遷（振動弛豫、內(nèi)轉(zhuǎn)換、外轉(zhuǎn)換、系間竄越）的失活過程返回基態(tài)。熒光是分子從第一激發(fā)單重態(tài)的最低振動能級躍遷到基態(tài)各振動能級時(shí)所產(chǎn)生的光子輻射，熒光輻射能比激發(fā)能量低，熒光波長大于激發(fā)波長。熒光發(fā)射時(shí)間為10-9~10-7s，多為S1→S0躍遷。磷光是分子從第一激發(fā)三重態(tài)的最低振動能級躍遷到基態(tài)各振動能級時(shí)所產(chǎn)生的光子輻射，磷光輻射能比熒光輻射能量低，磷光波長大于熒光波長。磷光發(fā)射時(shí)間為10-4~10s，多為T1→S0躍遷。
2.什么是熒光光譜？
任何熒光化合物都具有兩個(gè)特征光譜：激發(fā)光譜和發(fā)射光譜。激發(fā)光譜反映了某一固定的發(fā)射波長下所測量的熒光強(qiáng)度對激發(fā)波長的依賴關(guān)系；發(fā)射光譜反映了某一固定激發(fā)波長下所測量的熒光的波長分布。
圖2 室溫下菲的乙醇溶液的激發(fā)光譜和熒(磷)光光譜
熒光光譜能夠提供激發(fā)譜、發(fā)射譜、峰位、峰強(qiáng)度、量子產(chǎn)率、熒光壽命、熒光偏振度等信息，熒光分析定性和定量的基礎(chǔ)。
熒光光譜的特點(diǎn)：（1）Stokes位移。激發(fā)光譜與發(fā)射光譜之間有波長差，發(fā)射光譜波長比激發(fā)光譜波長長；（2）發(fā)射光譜的形狀與激發(fā)波長無關(guān)；（3）鏡像規(guī)則，熒光發(fā)射光譜與它的吸收光譜成鏡像對稱關(guān)系。
3.什么是熒光壽命？
熒光物質(zhì)具有兩個(gè)重要的發(fā)光參數(shù)：熒光壽命和熒光量子產(chǎn)率。熒光壽命（τ）是指當(dāng)激發(fā)停止后，分子的熒光強(qiáng)度降到激發(fā)時(shí)最大強(qiáng)度的1/e所需的時(shí)間，它表示粒子在激發(fā)態(tài)存在的平均時(shí)間，通常稱為激發(fā)態(tài)的熒光壽命。與穩(wěn)態(tài)熒光提供一個(gè)平均信號不同，熒光壽命提供的是激發(fā)態(tài)分子的信息，前者可以告訴你事情發(fā)生了，而后者可以告訴你為什么發(fā)生。
圖3 熒光壽命示意圖
熒光壽命與物質(zhì)所處微環(huán)境的極性、黏度等有關(guān)，可以通過熒光壽命分析直接了解所研究體系發(fā)生的變化。熒光現(xiàn)象多發(fā)生在納秒級，這正好是分子運(yùn)動所發(fā)生的的時(shí)間尺度，因此利用熒光技術(shù)可以“看”到許多復(fù)雜的分子間作用過程，例如超分子體系中分子間的簇集、固液界面上吸附態(tài)高分子的構(gòu)象重排、蛋白質(zhì)高級結(jié)構(gòu)的變化等。熒光壽命分析在光伏、法醫(yī)分析、生物分子、納米結(jié)構(gòu)、量子點(diǎn)、光敏作用、鑭系元素、光動力治療等領(lǐng)域均有應(yīng)用。
熒光壽命的測定技術(shù)有時(shí)間分辨單光計(jì)數(shù)技術(shù)(TCSPC)、相調(diào)法、閃頻法。其中TCSPC具有靈敏度高、測定結(jié)果準(zhǔn)確、系統(tǒng)誤差小的優(yōu)點(diǎn)，是目前最流行的的熒光壽命測定方法。
4.分子結(jié)構(gòu)與熒光？
并不是所有的分子都能產(chǎn)生熒光，分子產(chǎn)生熒光必須具有：合適的結(jié)構(gòu)和一定的熒光量子產(chǎn)率。熒光產(chǎn)生與分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系如下：
（1）電子躍遷類型。大多數(shù)熒光化合物都是由π→π*或n→π*躍遷激發(fā)，然后經(jīng)過振動弛豫或其他非輻射躍遷，在發(fā)生π*→π或π*→n躍遷而產(chǎn)生熒光，其中π*→π熒光效率最高。
（2）共軛效應(yīng)。含有π*→π躍遷能級的芳香族化合物的熒光最常見且最強(qiáng)。具有較大共軛體系或脂環(huán)羰基結(jié)構(gòu)的脂肪族化合物也可能產(chǎn)生熒光。
（3）取代基效應(yīng)。苯環(huán)上有吸電子基常常會妨礙熒光的產(chǎn)生，而給電子基會使熒光增強(qiáng)。
（4）平面剛性結(jié)構(gòu)。具有平面剛性結(jié)構(gòu)的有機(jī)分子大多具有強(qiáng)烈熒光，因?yàn)樵摻Y(jié)構(gòu)可降低分子振動，減少與溶劑的相互作用。
5.什么是熒光分析？
熒光分析就是基于物質(zhì)的光致發(fā)光現(xiàn)象而產(chǎn)生的熒光的特性及其強(qiáng)度進(jìn)行物質(zhì)的定性和定量的分析方法。目前，也廣泛地作為一種表征技術(shù)來研究體系的物理、化學(xué)性質(zhì)及其變化情況，例如生物大分子構(gòu)象及性質(zhì)的研究。
熒光光譜適用于固體粉末、晶體、薄膜、液體等樣品的分析。根據(jù)樣品分別選配石英池（液體樣品）或固體樣品架（粉末或片狀樣品）。
熒光光譜分析可與顯微鏡耦合，獲得微區(qū)分析結(jié)果。熒光是無損傷、非接觸的分析技術(shù)，還可用于自動檢驗(yàn)、批量篩分、遠(yuǎn)程原位分析和活體分析。
熒光分析的優(yōu)點(diǎn)：（1）靈敏度高；（2）選擇性強(qiáng)；（3）試樣量少、方法簡單；（4）提供較多的物理參數(shù)。但是也存在應(yīng)用范圍不夠廣泛、對環(huán)境敏感（干擾因素多）等缺點(diǎn)。
6.熒光光譜的應(yīng)用領(lǐng)域？
熒光光譜已應(yīng)用于很多不同領(lǐng)域，特別是需要無損、顯微、化學(xué)分析、成像分析的場合。無論是需要定性還是定量的數(shù)據(jù)，熒光分析都能快速、簡便地提供重要信息。
圖4 熒光光譜的應(yīng)用領(lǐng)域
文章來源：材料人網(wǎng)
