我們大多知道X熒光光譜儀可以用在很多領域，那么到底什么是熒光呢？熒光光譜到底又是什么呢？我們本文就詳細講解下這兩個問題：
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。物質在吸收入射光的過程中，光子能量傳遞給物質分子。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，這時分子具有兩個自旋不配對的電子，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)轉換、外轉換、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)射時間為10-4~10s，多為T1→S0躍遷。
任何熒光化合物都具有兩個特征光譜：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度對激發(fā)波長的依賴關系；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。
熒光光譜能夠提供激發(fā)譜、發(fā)射譜、峰位、峰強度、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。
熒光發(fā)射光譜
熒光光譜的特點：
（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；
（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系。
熒光物質具有兩個重要的發(fā)光參數(shù)：熒光壽命和熒光量子產(chǎn)率。熒光壽命（τ）是指當激發(fā)停止后，分子的熒光強度降到激發(fā)時最大強度的1/e所需的時間，它表示粒子在激發(fā)態(tài)存在的平均時間，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。
熒光壽命
熒光壽命與物質所處微環(huán)境的極性、黏度等有關，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，這正好是分子運動所發(fā)生的的時間尺度，因此利用熒光技術可以“看”到許多復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)高分子的構象重排、蛋白質高級結構的變化等。熒光壽命分析在光伏、法醫(yī)分析、生物分子、納米結構、量子點、光敏作用、鑭系元素、光動力治療等領域均有應用。
熒光壽命的測定技術有時間分辨單光計數(shù)技術(TCSPC)、相調(diào)法、閃頻法。其中TCSPC具有靈敏度高、測定結果準確、系統(tǒng)誤差小的優(yōu)點，是目前最流行的的熒光壽命測定方法。
熒光量子產(chǎn)率（φf）是熒光物質另一個基本參數(shù)，它表示物質發(fā)生熒光的能力，數(shù)值在0~1之間。熒光量子效率是熒光輻射與其他輻射和非輻射躍遷競爭的結果。
熒光量子產(chǎn)率
式中， kf為熒光發(fā)射過程的速率常數(shù)， ∑ki為其他有關過程的速率常數(shù)總和。一般來說， kf主要決定于化學結構，而 ∑ki主要決定于化學環(huán)境，同時也與化學結構有關。
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：合適的結構和一定的熒光量子產(chǎn)率。熒光產(chǎn)生與分子結構的關系如下：
（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。含有π*→π躍遷能級的芳香族化合物的熒光最常見且最強。具有較大共軛體系或脂環(huán)羰基結構的脂肪族化合物也可能產(chǎn)生熒光。
（3）取代基效應。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。
（4）平面剛性結構。具有平面剛性結構的有機分子大多具有強烈熒光，因為該結構可降低分子振動，減少與溶劑的相互作用。
