荧光的解释
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发布时间：2022-04-22 01:13
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时间：2023-09-17 11:42
荧光产生的微观机制
具有荧光性的分子吸收入射光的能量后，其中的电子从基态（通常为自旋单重态）跃迁至具有相同自旋多重度的激发态，即，这里h =普朗克常数，= 入射光光子的频率。处于激发态的电子可以通过各种不同的途径释放其能量回到基态。比如电子可以从经由非常快的（短于秒）内转换过程无辐射跃迁至能量稍低并具有相同自旋多重度的激发态：，紧接着从以发光的方式释放出能量回到基态：，这里发出的光就是荧光，其频率为。由于激发态的能量低于，故在这一过程中发出的荧光的频率低于入射光的频率。荧光态的寿命为至秒，这就是前面提到的＂立即＂退激发的具体含义。通常电子从激发态跃迁至的内转换过程非常的快，而且产生荧光的物质的分子可以通过所谓的振动弛豫过程很快地（约秒）经由碰撞达到热平衡，这两个效应使得绝大部分荧光源自于振动基态。总结产生荧光的反应过程为：
。
电子也可以从激发态经由系间跨越过程无辐射跃迁至能量较低且具有不同自旋多重度的激发态（通常为自旋三重态），再经由内转换过程无辐射跃迁至激发态，然后以发光的方式释放出能量而回到基态。由于激发态和基态具有不同的自旋多重度，这一跃迁过程是被跃迁选择规则禁戒的，从而需要比释放荧光长的多的时间（从秒到数分钟乃至数小时不等）来完成这个过程；而且与荧光过程不同，当停止入射光后，物质中还有相当数量的电子继续保持在亚稳态上并持续发光直到所有的电子回到基态。这种缓慢释放的光被称为磷光。
以上提到的电子退激发的机制可以用Jablonski 图来表示。
荧光物质的量子效率定义为出射荧光光子数和入射光光子数的比。
此外，就发光细胞而言，荧光的产生是一种氧化反应，因此必须在有氧气的环境下方能进行。细菌细胞中会产生一种发光酵素（luciferase）及醛类发光基质，而经由氧气与能量物质的参与，共同反应而发出荧光；与萤火虫的发光反应很类似。只是二者不同之处在于能量的供应有所不同；萤火虫的发光能量来自三磷酸腺苷（ATP），而细菌的发光能量则来自黄素单核苷酸（FMNH2）。细菌发光的反应式如下。
由于醛类发光基质受到氧化，反应后成为一种酸类，且FMNH2亦氧化成为氧化态的FMN，因此这在化学反应上而言是一个氧化及释放能量的过程，而释放出的能量便是以发出荧光的形式表现出来。事实上，自然界中（尤其是海洋中）存在着许多发光细菌，但因这些细菌的分布不够密集，其微弱的发光现象便因亮度不够而被我们忽略了。而唯有当大量发光细菌聚集在一起共同发光时，才能形成我们肉眼可以观看到的发光现象。这也是为什么通常只在具有发光器的海洋动物中才观察到生物荧光的原因（发光器中聚集共生著高密度的发光细菌）。
自然界中的荧光现象
含有稀土元素的矿物萤石和方解石
极光也是高层大气中的萤光现象。
此外，萤火虫会利用自身一些发光细胞的生化反应，产生肉眼可见的荧光用来达到传达讯息及求偶的目的。这种生物性的发光现象我们称之为“生物荧光”。在大自然中，除了萤火虫外，尚有许多其他生物可发出生物荧光，例如原生动物、真菌、甲壳类生物、昆虫、乌贼、水母、低等植物以及细菌等。这些发光的生物中有的是靠自身细胞的生化反应而发光，有些则是靠共生的细菌来发光。
