一. 分子熒光的發(fā)生過(guò)程

（一）分子的激發(fā)態(tài)——單線激發(fā)態(tài)和三線激發(fā)態(tài)

大多數(shù)分子含有偶數(shù)電子，在基態(tài)時(shí)，這些電子成對(duì)地存在于各個(gè)原子或分子軌道中，成對(duì)自旋，方向相反，電子凈自旋等于零：S=?+(-?)=0，其多重性  M=2S+1=1 (M 為磁量子數(shù))，因此，分子是抗（反）磁性的，其能級(jí)不受外界磁場(chǎng)影響而分裂，

稱“單線態(tài)"；
當(dāng)基態(tài)分子的一個(gè)成對(duì)電子吸收光輻射后，被激發(fā)躍遷到能量較高的軌道上，通常它的自旋方向不改變，即?S=0，則激發(fā)態(tài)仍是單線態(tài)，即“單線(重)激發(fā)態(tài)"；

如果電子在躍遷過(guò)程中，還伴隨著自旋方向的改變，這時(shí)便具有兩個(gè)自旋不配對(duì)的電子，電子凈自旋不等于零，而等于1： S=1/2+1/2=1 其多重性： M=2S+1=3

即分子在磁場(chǎng)中受到影響而產(chǎn)生能級(jí)分裂，這種受激態(tài)稱為“三線(重)激發(fā)態(tài)"；

“三線激發(fā)態(tài)" 比 “單線激發(fā)態(tài)" 能量稍低。但由于電子自旋方向的改變?cè)诠庾V學(xué)上一般是禁阻的，即躍遷幾率非常小，只相當(dāng)于單線態(tài) → 單線態(tài)過(guò)程的 10-6~10-7。

（二）分子去活化過(guò)程及熒光的發(fā)生：

（一個(gè)分子的外層電子能級(jí)包括 S0（基態(tài)）和各激發(fā)態(tài)S1，S2，…..，T1…..，每個(gè)電子能級(jí)又包括一系列能量非常接近的振動(dòng)能級(jí)）

處于激發(fā)態(tài)的分子不穩(wěn)定，在較短的時(shí)間內(nèi)可通過(guò)不同途徑釋放多余的能量（輻射或非輻射躍遷）回到激態(tài)，這個(gè)過(guò)程稱為“去活化過(guò)程"，這些途徑為：

1. 振動(dòng)弛豫：在溶液中，處于激發(fā)態(tài)的溶質(zhì)分子與溶劑分子間發(fā)生碰撞，把一部分能量以熱的形式迅速傳遞給溶劑分子（環(huán)境），在10-11~10-13 秒時(shí)間回到同一電子激發(fā)態(tài)的最di振動(dòng)能級(jí)，這一過(guò)程稱為振動(dòng)弛豫。
2. 內(nèi)轉(zhuǎn)換：當(dāng)激發(fā)態(tài)S2 的較低振動(dòng)能級(jí)與S1 的較高振動(dòng)能級(jí)的能量相當(dāng)或重疊時(shí)，分子有可能從S2 的振動(dòng)能級(jí)以無(wú)輻射方式過(guò)渡到S1 的能量相等的振動(dòng)能級(jí)上， 這一無(wú)輻射過(guò)程稱為“內(nèi)轉(zhuǎn)換"。（“ 內(nèi)轉(zhuǎn)換"過(guò)程同樣也發(fā)生在三線激發(fā)態(tài)的電子能級(jí)間）

3. 外轉(zhuǎn)換：激發(fā)態(tài)分子與溶劑分子或其他溶質(zhì)分子相互作用（如碰撞）而以非輻射形式轉(zhuǎn)移掉能量回到基態(tài)的過(guò)程稱“外轉(zhuǎn)換" 。

4.系間跨躍：當(dāng)電子單線激發(fā)態(tài)的最di振動(dòng)能級(jí)與電子三線激發(fā)態(tài)的較高振動(dòng)能級(jí)相重疊時(shí)，發(fā)生電子自旋狀態(tài)改變的 S—T 躍遷，這一過(guò)程稱為 “系間跨躍" 。

（含有高原子序數(shù)的原子如 Br2、I2 的分子中，由于分子軌道相互作用大，此過(guò)程最為常見。）

5. 熒光發(fā)射：當(dāng)激發(fā)態(tài)的分子通過(guò)振動(dòng)馳豫—內(nèi)轉(zhuǎn)換—振動(dòng)馳豫到達(dá)第一單線激發(fā)態(tài)的最di振動(dòng)能級(jí)時(shí)，第一單線激發(fā)態(tài)最di振動(dòng)能級(jí)的電子可通過(guò)發(fā)射輻射（光子）躍回到基態(tài)的不同振動(dòng)能級(jí)，此過(guò)程稱為  “熒光發(fā)射"。

如果熒光幾率較高，則發(fā)射過(guò)程較快，需10-8秒。（它代表熒光的壽命）

由于不同電子激發(fā)態(tài)（S）的不同振動(dòng)能級(jí)相重疊時(shí)，內(nèi)轉(zhuǎn)換發(fā)生速度很快（容易），在10-11~1013秒內(nèi)完成，所以通過(guò)重疊的振動(dòng)能級(jí)發(fā)生內(nèi)轉(zhuǎn)換的幾率要比由高激發(fā)態(tài)發(fā)射熒光的幾率大的多，因此，盡管使分子激發(fā)的波長(zhǎng)有短（l1）有長(zhǎng)（ l2 ），但發(fā)射熒光的波長(zhǎng)只有l(wèi)3（>l1>l2）。

6. 磷光發(fā)射：第一電子三線激發(fā)態(tài)最di振動(dòng)能級(jí)的分子以發(fā)射輻射（光子）的形式回到基態(tài)的不同振動(dòng)能級(jí)，此過(guò)程稱為 “磷光發(fā)射"。

（磷光的波長(zhǎng)l4較熒光的波長(zhǎng)l3稍長(zhǎng)，發(fā)生過(guò)程較慢 約 10-4~10s）

由于三線態(tài) — 單線態(tài)的躍遷是禁阻的，三線態(tài)壽命比較長(zhǎng)，（10-3~10s 左右），若沒其它過(guò)程同它競(jìng)爭(zhēng)時(shí)，磷光的發(fā)生就有可能；由于三線態(tài)壽命較長(zhǎng)，因而發(fā)生振動(dòng)弛豫及外轉(zhuǎn)換的幾率也高，失去激發(fā)能的可能性大，以致在室溫條件下很難觀察到溶液中的磷光現(xiàn)象。因此，試樣采用液氮冷凍降低其它去活化才能觀察到某些分子的磷光。

總之：處于激發(fā)態(tài)的分子，可以通過(guò)上述不同途徑回到基態(tài)，哪種途徑的速度快，哪種途徑就優(yōu)先發(fā)生。

如果—發(fā)射熒光使受激分子去活化過(guò)程與其他過(guò)程相比  較快，則熒光發(fā)生幾率高，強(qiáng)度大。

如果—發(fā)射熒光使受激分子去活化過(guò)程與其他過(guò)程相比  較慢，則熒光很弱或不發(fā)生。

（三）熒光量子效率：

物質(zhì)發(fā)射熒光的光子數(shù)與吸收激發(fā)光的光子數(shù)的比值。

(1) F 數(shù)值在 0~1 之間。他的大小取決于物質(zhì)分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)及環(huán)境（t0c、pH 、溶劑等）。

二. 激發(fā)光譜與熒光（發(fā)射）光譜

1. 激發(fā)光譜：將激發(fā)熒光的光源用單色器分光，連續(xù)改變激發(fā)光波長(zhǎng)，固定熒光發(fā)射波長(zhǎng)，測(cè)定不同波長(zhǎng)激發(fā)光下物質(zhì)溶液發(fā)射的熒光強(qiáng)度(F)，作F—l光譜圖稱激發(fā)光譜。

從激發(fā)光譜圖上可找到發(fā)生熒光強(qiáng)度最qiang的激發(fā)波長(zhǎng)lex，選用 lex可得到強(qiáng)度最大的熒光。

2. 熒光光譜：選擇lex作激發(fā)光源，用另一單色器將物質(zhì)發(fā)射的熒光分光，記錄每一波長(zhǎng)下的 F，作 F- l 光譜圖稱為熒光光譜。

熒光光譜中熒光強(qiáng)度最qian的波長(zhǎng)為 lem 。

lex 與 lem一般為定量分析中所選用的最ling敏的波長(zhǎng)。

三. 熒光與分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系

1. 分子結(jié)構(gòu)與熒光

具有 p、 p 及 n、 p 電子共軛結(jié)構(gòu)的分子能吸收紫外和可見輻射而發(fā)生 p -p* 或 n - p* 躍遷，然后在受激分子的去活化過(guò)程中發(fā)生 p*- p或 p*- n 躍遷而發(fā)射熒光。

發(fā)生 p - p* 躍遷分子，其摩爾吸光系數(shù)（?）比  n - p* 躍遷分子的大100—1000倍，它的激發(fā)單線態(tài)與三線態(tài)間的能量差別比 n - p* 的大的多，電子不易形成自旋反轉(zhuǎn)，體系間跨越幾率很小，因此， p - p* 躍遷的分子，發(fā)生熒光的量子效率高，速率常數(shù)大，熒光也強(qiáng)。

所以——只有那些具有 p- p 共軛雙鍵的分子才能發(fā)射較強(qiáng)的熒光；

p 電子共軛程度越大，熒光強(qiáng)度就越大（ lex與 lem長(zhǎng)移）大多數(shù)含芳香環(huán)、雜環(huán)的化合物能發(fā)出熒光，且 p 電子共軛越長(zhǎng)， F 越大。

2. 取代基對(duì)分子發(fā)射熒光的影響

（1）（苯環(huán)上）取代 給電子基團(tuán)，使 p 共軛程度升高à熒光強(qiáng)度增加：如–CH3，–NH2 ，–OH ，–OR等。

（2） (苯環(huán)上）取代吸電子基團(tuán)，時(shí)熒光強(qiáng)度減弱甚至熄滅：如： ，–COOH ，–CHO， –NO2 ，–N=N–。

（3）高原子序數(shù)原子，增加體系間跨越的發(fā)生，使熒光減弱甚至熄滅。如：Br，I 。

3. 共面性高的剛性多環(huán)不飽和結(jié)高的分子有利于熒光的發(fā)射。

例如：熒光素呈平面構(gòu)型，其結(jié)構(gòu)具有剛性，它是強(qiáng)熒光物質(zhì)；而fen酞分子由于不易保持平面結(jié)構(gòu)，故而不是熒光物質(zhì)。