激發光譜與發射光譜有什麼區別？詳細解釋是？

01-06

二者都屬熒光光譜法

1. 熒光的定義（fluorescence）。

對於熒光有這樣一些文字的定義和解釋：a. 「熒光是物質或分子發出的冷光（luminescence）」。所謂冷光，是指光並非由熱產生，可以是光致、電致、化學反應所致等等（反正就不能是熱致）。b. 「當某種常溫物質經某種波長的入射光（通常是紫外線或X射線）照射，吸收光能後進入激發態，立即退激發並發出比入射光波長長的出射光（通常波長在可見光波段）；而且一旦停止入射光，發光現象也隨之立即消失。具有這種性質的出射光就被稱之為熒光。」

這些文字的解釋都難以理解和形象化。其實對於熒光最好的解釋來自於對光子與物質分子作用過程（分子的激發和馳豫）的理解。

2. 熒光從何而來 —— 分子的激發和馳豫？

圖 1

PS：圖1摘自Principles of fluorescence Spectroscopy, Joseph R. Lakowicz

圖1為一種Jablonski diagram（就簡單的理解為能級圖吧）。圖中S0，S1，S2分別表示分子中的電子基態，第一、第二電子激發態。當分子吸收光子，電子則可能從基態（S0）躍遷到激發態（S1，S2）。激發態電子不穩定，會從激發態（S1，S2）回到基態（S0），並發出熒光（這就是熒光的源頭）。當然並不一定要發出熒光，可以產生熱或者其他形式能量。如果電子從激發態（S1）通過系間竄越轉化為電子T1激發態，然後再從激發態T1回到S0，則發出磷光。（磷光與熒光的根本區別在此）。至於S1激發態和T1激發態的區別主要在於電子自旋的方向（單線態和三線態）。

分子吸收光後其中電子的激發和馳豫分別需要滿足兩大規律。激發過程滿足Franck – Condon規則；退激發滿足Kasha規則。Franck– Condon規則（圖2A）的大意為：電子的躍遷過程很快，這一過程中原子核的相對位置來不及發生變化，可以簡單理解為垂直躍遷。而Kasha規則（圖2B）規定在電子馳豫複合的過程中，首先電子要馳豫到電子激發態的最低能級，然後再回到基態。如圖2所示：

圖 2

PS：圖2摘自維基百科相關詞條

3. 如何解讀熒光光譜（穩態）

3a ：熒光光譜分為：激發光譜（PLE）和發射光譜（PL）。

激發光譜：固定發射光的波長，改變激發光的波長，記錄熒光強度隨激發波長的變化。

發射光譜：固定激發光的波長，記錄不同發射波長處熒光強度隨發射波長的變化。

無論是激發還是發射熒光光譜圖，其都是記錄發射熒光強度隨波長的變化。所以熒光光譜中縱坐標為強度，橫坐標為波長。首先從圖中能獲取峰位和半峰寬。峰位的直觀體現是熒光的顏色；半峰寬則表示熒光的純度。

圖 3

PS：圖3摘自Nano Letters，2，1027

熒光光譜常與吸收光譜同時出現。所以可以與分子的吸收光譜相比較。圖3A為同一物質的吸收光譜（UV - Vis）、熒光激發光譜（PLE）和熒光發射光譜圖（PL）。從圖中不難發現激發光譜與吸收光譜非常相似。但是兩者有著本質的不同，吸收光譜的縱坐標是吸光度（Absorbance），反應物質吸收光的情況；熒光光譜的縱坐標是分子發出的熒光強度（Intensity），其不僅與物質吸光能力有關還和量子效率有關。在很多研究體系中，常常結合兩者分析問題。

關於熒光光譜的更多問題，可以到微信公眾號「rationalscience」查看。

@yhHHh jjj 說的屬於原子發射譜和原子吸收譜，並不屬於熒光光譜的範疇。

在光照（激發光）的作用下，熒光分子從基態躍遷到激發態，在從激發態返回到基態的過程中，有可能會發射光子而發光（發射光），如果激發態到基態的躍遷過程是自旋允許的稱為熒光，自旋禁阻的稱為磷光。

發射光譜是固定激發波的波長，測定發射光強度與波長（有時候也測波數或者頻率等）的關係，通俗而不太嚴謹的說，發射光譜測定的是發射光的顏色。

激發光譜是固定發射光的波長，測量激發光的波長與熒光強度之間的關係。如從發射光譜知道某分子最大發射波長是500nm，我們希望知道用哪個波長的激發光照射這個分子，可以獲得最大的發射強度，就可以通過測定激發光譜來實現。

一般情況下，最大激發波長小於最大發射波長。

實際應用中，根據我個人經驗，發射光譜用得比激發光譜要多。

激發光譜和發射光譜之區別

激發光譜可以分析在不同激發波長下，物質的特定波長熒光的強度變化。熒光激發光譜的形狀與發射波長無關。

通過測量熒光體的某一波長發光強度隨激發光波長的變化而獲得的光譜，稱為激發光譜。

通過使不同波長的入射光照射激發熒光體，發出的熒光通過固定波長的發射單色器照射到檢測器上，檢測其熒光強度，記錄光強度對激發光波長的關係曲線，即為激發光譜。通過激發光譜，選擇最佳激發波長——發射熒光強度最大的激發光波長。

發射光譜可以分析在固定激發波長下，物質的熒光強度與波長的關係。熒光發射光譜的形狀與激發波長無關。

通過測量熒光體的發光強度隨發射光波長的變化而獲得的光譜，稱為發射光譜。

固定激發光的波長，掃描發射光的波長，記錄發射光強度與發射光波長的關係曲線，即為發射光譜。

如要測試一個物質是否有熒光，到底該選用哪一種譜，是激發光譜還是發射光譜？

A同學說：所謂的熒光光譜是指發射光譜，固定好激發波長，然後測不同波長處的熒光強度，可以先用紫外測一下最大吸收峰的位置作為激發波長。

B同學說：判斷是否有熒光，主要是看發射譜。激發波長可以通過測吸收光譜來得到，一般先測吸收找到最大吸收位置，再用這個波長測發射，找到發射峰。

簡潔一點，激發光譜是表徵連續波長發射某一特定波長熒光的能力，發射光譜是表徵在某一特定波長激發下發射連續波長熒光的現象。

熒光光譜中的激發譜，是固定接收的波長不變，掃描激發波長得到的；而發射譜則是固定發射波長，掃描接收波長得到的。兩個譜往往有鏡像關係。

原子在不同的激發態躍遷時會以不同波長的光的形式釋放能量，這些光形成的系列稱為原子發射光譜，吸收光譜是一束白光通過某一物質的原子氛圍，原子吸收光的能量躍遷，所以光透過後會留下暗線所成的系列。