激发与发射光谱的含义v激发光谱固定发射波长(一般将其固定于发射 波段中感兴趣的峰位),扫描出的化 合物的发射光强(荧光/磷光) 与入射 光波长的关系曲线 。如右图中曲线 I 。v发射光谱固定激发波长(一般将其固定于激发 波段中感兴趣的峰位),扫描出的化 合物的发射光强(荧光/磷光) 与波长 的关系曲线 。如右图中曲线I I。激发光谱与发射光谱的关系a.Stokes位移激发光谱与发射光谱之间的波长差值。发射光谱的波长比激发光谱的长，振动弛豫消耗了能量。b.发射光谱的形状与激发波长无关电子跃迁到不同激发态能级，吸收不同波长的能量(如能级 图 2 , 1)，产生不同吸收带，但均回到第一激发单重态的最低振动能级再跃迁回到基态，产生波长一定的荧光(如 2 )。 c. 镜像规则通常荧光发射光谱与它的吸收光谱（与激发光谱形状类似）成镜像对称关系。 吸收谱与激发谱v吸收谱化合物的吸收光强与入射光波长的关系曲线 。吸收谱反映出的是物质的基态能级与激发态能级之间所有的允许跃迁。通常状态下的物质的表观颜色大部分时候取决于其吸收特性v激发光谱固定发射波长(一般将其固定于发射波段中感兴趣的峰位),扫描出的化合物的 发射光强(荧光/磷光) 与入射光波长的关系曲线 。激发光谱则反映的是基态与所有与该荧光发射有关的上能级之间的跃迁。其 所呈现的关系比吸收谱要有选择性，但有时候有不如吸收谱来的直接。S3S0吸 收发 射 荧 光l 1l 0l 0S2S4S5l 4l 3一、荧光光谱与磷光光谱v荧光光谱固定激发光波长(一般将其固定于激发波 段中感兴趣的峰位), 物质发射的荧光强度 与发射光波长关系曲线，如右图中曲线II 。荧光本身则是由电子在两能级间不发生 自旋反转的辐射跃迁过程中所产生的光。v磷光光谱固定激发光波长(一般将其固定于激发波 段中感兴趣的峰位), 物质发射的磷光强度 与发射光波长关系曲线，如右图中曲线III 。磷光本身则是由电子在两能级间发生自 旋反转的辐射跃迁过程中所产生的光。S2S1S0T1吸 收发 射 荧 光发 射 磷 光系间跨越内转换振动弛豫能 量l 2l 1l 3外转换l 2T2内转换振动弛豫Stokes能级图0.荧光与磷光的产生过程由分子结构理论，主要讨论荧光及磷光的产生机理。 1. 分子能级与跃迁分子能级比原子能级复杂；在每个电子能级上，都存在振动、转动能级；基态(S0)激发态(S1、S2、激发态振动能级)：吸收特定频率的辐射；量子化；跃迁一次到位；激发态基态：多种途径和方式(见能级图)；速度最快、 激发态寿命最短的途径占优势；第一、第二、电子激发单重态 S1 、S2 ；第一、第二、电子激发三重态 T1 、 T2 ；1.电子激发态的多重度电子激发态的多重度：M=2S+1S为电子自旋量子数的代数和(0或1)；平行自旋比成对自旋稳定(洪特规则)，三重态能级比相应 单重态能级低；大多数有机分子的基态处于单重态； S0T1 禁阻跃迁； 通过其他途径进入 (见能级图)；进入的 几率小； 2.镜像规则的解释基态上的各振动能级分布与第一激发态上的各振动能级分布类似；基态上的零振动能级与第一激发态的二振动能级之间的跃迁几率最大，相反跃迁也然。 3.激发态基态的能量传递途径电子处于激发态是不稳定状态，返回基态时，通过辐射 跃迁(发光)和无辐射跃迁等方式失去能量； 传递途径辐射跃迁荧光延迟荧光磷光内转移外转移系间跨越振动弛预无辐射跃迁激发态停留时间短、返回速度快的途径，发生的几率大， 发光强度相对大； 荧光：10-710 -9 s,第一激发单重态的最低振动能级基态； 磷光：10-410s；第一激发三重态的最低振动能级基态；4.非辐射能量传递过程振动弛豫：同一电子能级内以热能量交换形式由高振动能级至低相邻振动能级间的跃迁。发生振动弛豫的时间10 -12 s。内转换：同多重度电子能级中,等能级间的无辐射能级交换。通过内转换和振动弛豫，高激发单重态的电子跃回第一激发单重态的最低振动能级。外转换：激发分子与溶剂或其他分子之间产生相互作用而转移能量的非辐射跃迁；外转换使荧光或磷光减弱或“猝灭”。系间跨越：不同多重态,有重叠的转动能级间的非辐射跃迁。改变电子自旋，禁阻跃迁，通过自旋轨道耦合进行。5.辐射能量传递过程荧光发射：电子由第一激发单重态的最低振动能级基态（ 多为 S1 S0跃迁），发射波长为 2的荧光； 10-710 -9 s 。由图可见，发射荧光的能量比分子吸收的能量小，波长长； 2 2 1 ；磷光发射：电子由第一激发三重态的最低振动能级基态（ T1 S0跃迁）；电子由S0进入T1的可能过程：（ S0 T1禁阻跃迁）S0 激发振动弛豫内转移系间跨越振动弛豫 T1发光速度很慢： 10-4100 s 。 光照停止后，可持续一段时间。200250300350400450500荧光激发光谱荧光发射光谱nm 蒽的激发光谱和荧光光谱二、荧光的产生与分子结构的关系1.分子产生荧光必须具备的条件（1）具有合适的结构；（2）具有一定的荧光量子产率。荧光量子产率（）：荧光量子产率与激发态能量释放各过程的速率常数有关 ，如外转换过程速度快，不出现荧光发射；2.化合物的结构与荧光 （1）跃迁类型：* 的荧光效率高，系间跨越过程的速率 常数小，有利于荧光的产生； （2）共轭效应：提高共轭度有利于增加荧光效率并产生红移 （3）刚性平面结构：可降低分子振动，减少与溶剂的相互作 用，故具有很强的荧光。如荧光素和酚酞有相似结构，荧光 素有很强的荧光，酚酞却没有。（4）取代基效应：芳环 上有供电基，使荧光增 强。三、影响荧光强度的因素影响荧光强度的外部因素1.溶剂的影响除一般溶剂效应外，溶剂的极性、氢键、配位键的形成都将使化合物的荧光发生变化；2.温度的影响荧光强度对温度变化敏感，温度增加，外转换去活的几率增加。 3. 溶液pH对酸碱化合物，溶液pH的影响较大，需要严格控制；4.内滤光作用和自吸现象自吸现象：化合物的荧光发射光谱的短波长端与其吸收光谱的长波长端重叠，产生自吸收；如蒽化合物。内滤光作用：溶液中含有能吸收激发光或荧光物质发射的荧光，如色胺酸中的重铬酸钾；5.溶液荧光的猝灭碰撞猝灭；氧的熄灭作用等。红外荧光红外荧光的特点及应用所内红外荧光领域的研究分布v近红外激光晶体稀土离子掺杂的激光晶体过渡族离子掺杂的激光晶体v红外荧光探针过渡金属配合物稀土离子掺杂的激光晶体稀土离子能级简图荷兰的R. T. Wegh等利用德国 DESY同步辐射装置对稀土离子 VUV波段的激发谱做了细致研 究，并对比理论计算对VUV谱 区4f能级的预测，成功地将 Dieke图扩展到了70000cm-1的能 量范围。他们选择高纯LiYF4作为稀土掺 杂的基质，因为在这种氟化物 晶格中，有可能与稀土离子高 能区的4fn能级相互干扰的4fn- 15d和电荷迁移态（CTS）能级都处于尽可能高的能区，故与 4fn能级易于区分开来，更便于 理论与实验上对能级的指认研 究。 扩展Dieke图荧光图例Nd3+Nd3+Yb3+Yb3+Er3+Er3+Pr3+Pr3+Tm3+Tm3+Ho3+Eu3+Sm3+Tb3+过渡族离子掺杂的激光晶体荧光图例相关参考v激光材料 干福熹 邓佩珍 著 上海科学技术出版社 1996年12月第一版v稀土/下册 徐光宪主编 冶金工业出版社 1995年第二版v光学玻璃与激光玻璃开发 泉谷 澈郎著 兵器工业出版社 1996年6月第一版v稀土光谱理论 张思远 毕宪章著 吉林科学技术出版社 1991年12月第一版v固体激光材料光谱物理学 罗遵度,黄艺东著 福建科学技术出版社 2003年7月第一版vCrystal Field Handbook By D. J. Newman and B. K. C. Ng Cambridge University Press 2000年第一版过渡金属配合物过渡金属配合物荧光探针过渡金属配合物的特点很多过渡族金属与配体配合时能够形成新的 能级结构（HOMO/LUMO），基态与这些 能级的跃迁往往被归结为MLCT或LMCT。 这种新的跃迁机制，较容易导致量子产率相 对于配体的显著增强，同时可以通过改变配 位中心或配体结构在很宽的波段内调控其发 射波段，所以从几十年前就开始研究了。过渡金属配合物荧光探针应用参考v在其在生命科学中的应用方面位于Maryland的CFS作了诸多工作。 综述vEmerging Biomedical Applications of Time-Resolved Fluorescence Spectroscopy. Lakowicz, J. R. (1994) In: Topics in Fluorescence Spectroscopy, Vol. 4: Probe Design and Chemical Sensing (J. R. Lakowicz, Ed.), Plenum Press, 1- 19. vRecent Developments in Fluorescence Spectroscopy (1996). Lakowicz, J.R., Terpetschnig, E., Szmacinski, H., Malak, H., Kusba, J. and Gryczynski, I.,. In: Analytical Use of Fluorescent Probes in Oncology. (Kohen, E., and Hirschberg, J.G., Eds.), Plenum Press, New York. pp. 65-79. vLong-Lifetime Metal-Ligand Complexes as Probes in Biophysics and Clinical Chemistry (1997). Terpetschnig, E., Szmacinski, H., and Lakowicz, J. R. In: Methods in Enzymology, Vol. 278. Academic Press, pp. 295-321. vRecent Developments in Fluorescence Spectroscopy. Long-Lived Metal-Ligand Probes, Three-Photon Excitation, Two-Color Two-Photon Excitation and Optical Control of Excited State Population. Lakowicz, J. R., Gryczynski, I., and Szmacinski, H. (1998). Fluorescence Microscopy and Fluorescent Probes, Vol. 2 (J. Slavik, Ed.), Plenum Press, New York, pp. 1-12. 应用进展vLong-lifetime Lipid Rhenium Metal-Ligand Complex for Probing Membrane Dynamics on the Microsecond Timescale. Li, L., Castellano, F. N., Gryczynski, I., and Lakowicz, J. R. (1999). Chem. Physics Lipids 99:1-9. vSynthesis and Characterization of a Sulfhydryl-Reactive Rhenium Metal-Ligand Complex. Dattelbaum