荧光产生机理

3.1.1　荧光产生机理

当某些物质受到特定波长的激发光照射，吸收了全部或部分光能量后，分子、原子的能级升高而处于非稳定状态。经过一段时间后，分子、原子中电子自发地从非稳态的高能级跃迁到稳态或亚稳态的较低能级，并发出光子，这就是荧光。荧光产生机理如图3－1所示。该图显示了分子能级间受激（受到激光辐射而吸收能量）和去活化（由高能级通过辐射弛豫和热弛豫回到基态）的物理过程。图中，S₀为基态，S₁、S₂为激发态，T为受激三重态，V表示高能态或基态的某个能级。

图3－1　分子能级跃迁示意图

A₁、A₂—吸收；F—荧光；P—磷光

适当波长的激发光照射在分子上时，该分子可能吸收光而被激发到某一激发态（S₁或S₂）。若该分子不发生化学分解，通常要迅速地回复到第一激发态的最低能级（图3－1中S₁中的V₀能级），这个过程不包含光的辐射。处于S₁中的V₀能级的分子仍然是不稳定的，还将失去能量回复到基态S₀。回复到基态的过程一般有三种途径：①发生S₁→S₀的辐射跃迁而伴随的发光现象，称为荧光；②发生S₁→S₀的内转化，不发生光辐射；③发生S₁→T₁的体系间窜跃，处于T₁受激三重态的最低振动能级的受激分子再辐射跃迁至基态发出较荧光波长更长的磷光。三种过程往往是同时发生的，这就是荧光发射时的物理过程。这一现象也称为光致发光，包含荧光和磷光两种光致发光现象。

从跃迁的角度来讲，荧光是指某些物质吸收了与它本身特征频率相同的光子以后，原子或分子中的某些电子从基态中的最低振动能级跃迁到能级较高的激发态，再以辐射的形式跃迁到第一电子激发态中的最低振动能级。由于发射前后的振动弛豫，荧光发射的光子能量总是小于所吸收的光子能量，因此荧光波长总是大于激发光或吸收光的波长。对于荧光，当激发光停止照射后，发光过程也几乎立刻（10^－9～10^－6 s）停止。荧光的产生与分子结构密切相关。由于物质的分子结构不同，所吸收光的波长和发射的荧光波长也会有所不同。