振動弛豫

第一次記錄熒光現象的是16世紀西班牙的內科醫生和植物學家N.Monardes，他於1575年提到，在含有一種稱為“Lignum Ncphriticum”的木頭切片的水溶液中，呈現出極為可愛的天藍色。以後逐步有一些學者也觀察和描述過熒光現象，但對其本質及含義的認識都沒有明顯的進展。

直到1852年，對熒光分析法具有開拓性工作的Stokes在考察奎寧和綠色素的熒光時，用分光計觀察到其熒光的波長比入射光的波長稍為長些，而不是由光的漫反射引起的，從而導入熒光是光發射的概念，並提出了 “熒光”這一術語，他還研究了熒光強度與熒光物質濃度之間的關係，並描述了在高濃度或某些外來物質存在時的熒光猝滅現象。可以説，他是第一個提出應用熒光作為分析手段的人。 1867年，Goppelsriide應用銘一桑色素配位化合物的熒光測定鋁，這是歷史上首次進行的熒光分析工作。 ^[1] 

熒光

是指一種光致發光的冷發光現象。當某種常温物質經某種波長的入射光（通常是紫外線）照射，吸收光能後進入激發態，並且立即被激發併發出比入射光的的波長長的出射光（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。

分子能級和躍遷

分子能級比原子能級複雜；在每個電子能級上，都存在振動，轉動能級；

激發：基態（

）

激發態（

，

激發態振動能級）：吸收特定頻率的輻射；量子化；躍遷一步到位；

失活：從激發態

基態：速度最快，激發態壽命最短的途徑佔優勢； ^[1] 

電子激發態的多重度

每個分子中都具有一系列嚴格分立相隔的能級，稱為電子能級，而每個電子能級中又包含有一系列的振動能級和轉動能級。分子中電子的運動狀態除了電子所處的能級外，還包含有電子的多重態，用M=2S+1表示，S為各電子自旋量子數的代數和，其數值為0或1。根據Pauli不相容原理，分子中同一軌道所佔據的兩個電子必須具有相反的自旋方向，即自旋配對。若分子中所有電子都是自旋配對的，則S=0，M=1，該分子便處於單重態（或叫單重線），用符號S表示。大多數有機化合物分子的基態都處於單重態。基態分子吸收能量後，若電子在躍遷過程中，不發生自旋方向的變化，這時仍然是M=l，分子處於激發的單重態；如果電子在躍遷過程中伴隨着自旋方向的變化，這時分子中便具有兩個自旋不配對的電子， 即 S=1，M=3，分子處於激發的三重態，用符號T表示。

電 子激發態的多重度：M=2S+1；S為電子自旋量子數的代數和（0或1）；處於分立軌道上的非成對電子 ， 自旋平行要比自旋配對更穩定些（洪特規則），三重態能級比相應單重態能級低 ；大多數有機分子的基態處於單重態； ^[1] 

躍遷規則

Franck-Condon 原理 ：在電子躍遷完成的瞬間 ，分子中原子核構型是來不及改變的 。躍遷前後原子核的構型沒有發生改變 、躍遷過程中電子自旋沒有改變 、躍遷前後電子的軌道在空間有較大的重疊和軌道的對映性發 生了改變的躍遷是允許的。躍遷過程中電子自旋發生了改變 、躍遷前後電子的軌道在空間不重疊或軌道的對映性未發生改變的躍遷是禁阻的 。

激發態到基態的能量傳遞途徑

電子處於激發態是不穩定狀態，返回基態時，通過輻射躍遷和無輻射躍遷等方式失去能量。激發態停留時間短，返回速度快的途徑，發生的幾率大； ^[2] 

（1）處於基態最低振動能級的熒光物質分子受到紫外線的照射，吸收了和它所具有的特徵頻率相一致的光線，躍遷到第一電子激發態的各個振動能級；（2）被激發到第一電子激發態的各個振動能級的分子通過無輻射躍遷降落到第一電子激發態的最低振動能級；（3）降落到第一電子激發態的最低振動能級的分子繼續降落到基態的各個不同振動能級，同時發射出相應的光量子，這就是熒光：（4）到達基態的各個不同振動能級的分子再通過無輻射躍遷最後回到基態的最低振動能級。 ^[3] 

振動弛豫（Vibration relaxation）： 當分子吸收光輻射後可能從基態的最低振動能級(v=0)躍遷到激發單重態

的較高振動能級上。然後，在液相或壓力足夠高的氣相中，分子間的碰撞幾率很大，分子可能將過剩的振動能量以熱的形式傳遞給周圍環境，而自身從激發態的高振動能級躍遷至該電子能級的最低振動能級上，這個過程稱為振動弛豫。發生振動他豫的時間為

數量級。 ^[4] 

熒光探針

與 蛋白質或其他大分子結構非共價作用而使一種或幾種熒光性質發生改變的小分子物質。可用於研究大分子物質的性質和行為。常用的熒光探針有熒光素類探針、無機離子熒光探針、熒光量子點、分子信標等。熒光探針除應用於核酸和蛋白質的定量分析外，在核酸染色、DNA電泳、核酸分子雜交、定量PCR技術以及DNA測序上都有着廣泛的應用。 ^[5]