螢光光譜- 維基百科，自由的百科全書

螢光光譜是指某些物質經某波長入射光照射後，分子從能級Sa被激發至能級Sb，並在很短時間內去激發從Sb返回Sa，發出波長長於入射光的螢光。

螢光光譜 維基百科，自由的百科全書 跳至導覽 跳至搜尋 螢光光譜是指某些物質經某波長入射光照射後，分子從能級Sa被激發至能級Sb，並在很短時間內去激發從Sb返回Sa，發出波長長於入射光的螢光。

目次 1螢光光譜原理 2斯托克斯位移 3螢光強度 4內部濾光效應 5外環境影響 6螢光共振能量遷移 7參考文獻 螢光光譜原理[編輯] 設分子能級為基態Sa，激發態Sb。

分子在能級Sa和Sb上的分布按照波爾茲曼分布規律： n b / n a = e − ( E b − E a ) = e − h ν / k T {\displaystylen_{b}/n_{a}=e^{-(E_{b}-E_{a})}=e^{-h\nu/kT}} 基態上分子數目變化速率為 − d n a d t = I ( ν ) n a B a b − I ( ν ) n b B b a − n b A b a {\displaystyle-{\frac{dn_{a}}{dt}}=I(\nu)n_{a}B_{ab}-I(\nu)n_{b}B_{ba}-n_{b}A_{ba}} 平衡時（穩定態），上式為0： 又有： 遷移機率（愛因斯坦係數） B a b = B b a = 2 π 3 ℏ 2 D a b {\displaystyleB_{ab}=B_{ba}={\frac{2\pi}{3\hbar^{2}}}D_{ab}} 偶極強度 D a b =∣< ψ b ∣ μ _ ∣ ψ a > ∣ {\displaystyleD_{ab}=\mid\mid} 頻率ν處的入射光強 I ( ν ) = 8 π h ν 3 c 3 ( e h ν / k T − 1 ) {\displaystyleI(\nu)={\frac{8{\pi}h{\nu^{3}}}{c^{3}(e^{h{\nu}/kT}-1)}}} 推導出： Sb通過發射光子從回到Sa的機率，即衰減常數λ A b a = ( 32 π 3 ν 3 3 c 3 ℏ ) ∣< ψ b ∣ μ _ ∣ ψ a > ∣ {\displaystyleA_{ba}=({\frac{32{\pi^{3}}{\nu^{3}}}{3c^{3}\hbar}})\mid\mid} Sb上的分子去激發速率 d n b d t = − A b a n b {\displaystyle{\frac{dn_{b}}{dt}}=-A_{ba}n_{b}} 上式的一個解為 n b ( t ) = n b ( 0 ) e − A b a t {\displaystylen_{b}(t)=n_{b}(0)e^{-A_{ba}t}} 可見激發態上的分子數目以指數形式衰減，衰減常數為Aba Sb的輻射壽命為（此處參考指數衰減） τ R = 1 A b a {\displaystyle\tau_{R}={\frac{1}{A_{ba}}}} 此僅當吸收的光子和隨後發射的光子相同時候有效，即全部吸收的光能量通過輻射過程全部發出光子消耗掉。

而實測時激發態壽命很少和上述壽命一致，因為激發態除了直接發射光子外有很多其他途徑失去能量。

Sb通過發出螢光回到Sa的過程的反應速率，即固有螢光速率常數kF k F = A b a = 1 τ R {\displaystylek_{F}=A_{ba}={\frac{1}{\tau_{R}}}} Sb回到Sa的其他非輻射途徑包括內轉變，系統間轉變，猝熄作用，其速率常數分別為kIC,kIS,kQ[Q] 則Sb總的去激化（熄滅）常數為kF+kIC+kIS+kQ[Q] 螢光量子產率 ϕ F = k F k F + k I C + k I S + k Q [ Q ] {\displaystyle\phi_{F}={\frac{k_{F}}{k_{F}+k_{I}C+k_{I}S+k_{Q}[Q]}}} 也可以寫作發射光子數/吸收光子數，即發射的螢光光子數/入射光照射時的吸收量 因為大量的非輻射過程的存在，所以激發態實際衰減時間遠小於理想的輻射壽命τR 描述此動力學過程 − d [ S b ] d t = ( k F + k I C + k I S + k Q [ Q ] ) [ S b ] {\displaystyle-{\frac{d[S_{b}]}{dt}}=(k_{F}+k_{I}C+k_{I}S+k_{Q}[Q])[S_{b}]} 此方程的一個解為 S b ( t ) = S b ( 0 ) e − t / τ F {\displaystyleS_{b}(t)=S_{b}(0)e^{-t/\tau_{F}}} Sb是激發態上的分子數 斯托克斯位移[編輯] 主條目：斯托克斯位移 吸收曲線的0,0躍遷與發射曲線的0,0躍遷不重合，之間有一位移，螢光光譜較相應的吸收光譜紅移。

原因是分子在處於激發態期間進行了重定向/重排布，消耗了能量，故螢光光譜的0,0峰向低能量（高波長）方向平移。

螢光強度[編輯] A = ϵ c l = l g I 0 I {\displaystyleA=\epsiloncl=lg{\frac{I_{0}}{I}}} 得到 I = I 0 e − 2.303 ϵ c l {\displaystyleI=I_{0}e^{-2.303\epsiloncl}} 觀測發射強度為 F ( λ ) = 2.303 ϵ c l I 0 ϕ F f ( λ ) d = ϵ ϕ F f ( λ ) c I 0 k {\displaystyleF(\lambda)=2.303\epsilonclI_{0}\phi_{F}f(\lambda)d=\epsilon\phi_{F}f(\lambda)cI_{0}k} k=2.303ld 給一束脈衝入射光後，發射光在脈衝後的時間t時的強度I(t)，與激發態的衰減率dSb/dt及激發態通過螢光衰減的比率φF（量子產率）成比例： I ( t ) = d S b d t ϕ F = S b ( 0 ) ( ϕ F τ F e − t / τ F = k F S b ( 0 ) e − t / τ F {\displaystyleI(t)={\frac{dS_{b}}{dt}}\phi_{F}=S_{b}(0)({\frac{\phi_{F}}{\tau_{F}}}e^{-t/\tau_{F}}=k_{F}S_{b}(0)e^{-t/\tau_{F}}} 隨時間表現為指數衰減 系統內有一種螢光物質時： E m ( t ) = A e − t / τ F {\displaystyleE_{m}(t)=Ae^{-t/\tau_{F}}} 系統中有兩種螢光物質時： E m ( t ) = A 1 e − t / τ 1 F + A 2 e − t / τ 2 F {\displaystyleE_{m}(t)=A_{1}e^{-t/\tau_{1F}}+A_{2}e^{-t/\tau_{2F}}} Em是螢光強度，上述公式為螢光衰減（decay）公式 內部濾光效應[編輯] 對高濃度溶液而言，螢光的再吸收不能忽略。

大部分入射光在系統前半部分被吸收，發射的螢光被再吸收，只有少量的螢光通過狹縫入射到螢光探測器上，使得探測到的螢光強度減少。

外環境影響[編輯] 去激發同樣可能由於碰撞或和溶劑分子的混合導致，以速率kQ[Q]發生。

和其他過程不同，考慮碰撞時此猝熄是一個雙分子過程。

Sb+Q→Sa+Q(kQ[Q]) 因為Q通常濃度遠大於Sb，此過程被視為一個偽一級反應，kQ[Q]的值可通過變化猝熄劑Q的濃度，觀察對φF的影響測得。

芳香類發色基的輻射壽命通常為1*10-9到100*10-9秒。

因此，相比較而言，猝熄過程是相當有效率的。

普遍的猝熄劑如O2和I-離子，每和激發態分子碰撞一次就會使其去激發一次。

此反應速率僅被擴散限制。

在微摩爾濃度猝熄劑下，碰撞發生速率為108每秒，因此可以觀察到明顯的猝熄。

F 0 F = ϕ 0 ϕ = k F + k I C + k I S + k Q [ Q ] k F + k I C + k I S = 1 + k Q [ Q ] {\displaystyle{\frac{F_{0}}{F}}={\frac{\phi_{0}}{\phi}}={\frac{k_{F}+k_{I}C+k_{I}S+k_{Q}[Q]}{k_{F}+k_{I}C+k_{I}S}}=1+k_{Q}[Q]} τ0可測，以F0/F對[Q]作圖求得kQ 螢光共振能量遷移[編輯] 簡稱FRET，此過程適用與計算兩端帶發色基的高分子長度。

存在供體D和受體A，當光入射時，激發基態供體Da→Db，Db又去激發，通過共振將能量傳遞給Aa，使得Aa→Ab。

定義遷移效率（E）是Db去激發傳遞能量到Aa占總Db去激發的比例 E = k T k T + k F D < + k I C D < + k I S D {\displaystyleE={\frac{k_{T}}{k_{T}+k_{F}^{D}