荧光和磷光有什么区别？
发布时间：2025-10-22 11:15:20 阅读数： 108
分子发光的方式可用光谱法来识别它。分子可以表现出两种光致发光，当它们的电子从激发态、高能态释放时就会发生。
在本文中，我们将研究两种类型的光致发光，即荧光和磷光，以及它们的发光机制有何不同。
荧光和磷光都是当分子束缚电子吸收光子时发生的，光子会激发电子，使其进入更高的分子能态。激发后，电子会弛豫并失去能量，最终回到基态并发射光子——这就是光致发光。究竟是荧光还是磷光取决于被激发的分子以及弛豫到基态的机制。
在光致发光中，电子跃迁至更高轨道，随后衰变至基态，这不会对分子的电子态产生影响。大多数分子具有偶数个电子（它们以相反的自旋配对），电子跃迁通常不会产生任何扰动效应。荧光和磷光的机制通常用雅布隆斯基图来描述。
荧光机制
能发出荧光的分子含有荧光团，即电子结构中能发出荧光的区域。室温下，这些分子通常处于能量最低的基态。基态中存在许多不同的振动能级，而处于非激发态的分子则处于最低振动能级。
当暴露于紫外/可见光时，荧光团会吸收光子。吸收后，光子使分子的电子进入更高的分子态和振动态。这通常是第一或第二激发单重态，分别称为 S 1和 S 2。
现在分子有额外的能量需要损失，其中一些能量会以动能的形式损失。额外的能量会导致分子与样品中的其他分子发生碰撞。这些碰撞会导致分子损失振动能量——这些能量损失被称为非辐射跃迁。一旦损失了部分能量，分子就会回到激发态的最低振动能级。一旦达到这个点，就不会再以动能的形式损失能量，为了回到基态，分子必须通过荧光弛豫。
S 1或 S 2电子通过将多余的能量以光子的形式释放出来，返回基态。由于部分能量损失，分子的能级返回基态（返回到基态的任意振动能级）。返回基态会导致一个光子从分子中释放出来。由于先前的非传递能量损失，这个光子的波长与激发分子的光子不同。这是荧光的特征。
荧光机制示意图——光子吸收引起激发，随后发生非辐射（动能）弛豫和辐射（荧光）弛豫。图片来源：维基百科。
由于荧光总是发生在从最低能量激发态到基态的跃迁过程中，因此无论用于激发分子的光的波长如何，荧光发射光谱的形状始终相同。此外，在激发下，分子形状不会发生扰动，因此激发态和基态的振动能级分布非常相似。电子的自旋方向在荧光中也得以保留。
并非只有分子才能发出荧光。原子也会表现出一种称为共振荧光的现象。原子中没有振动能级，因此它们无法像分子那样发出荧光。此外，原子发射的波长与入射光波长相同。这种现象在量子点中很常见。
磷光的机制
磷光遵循相同的初始激发机制。也就是说，一束单色光照射到一个分子上，使其从基态转变为S 1或S 2激发单重态。然而，在返回基态的过程中，磷光的机制却截然不同。
与荧光不同，激发态（和提升态）电子的自旋可以反转。这就产生了这样一种情况：两个电子不再配对，分子中有两个自旋相同的电子位于不同的电子轨道上。根据量子力学定律，这些电子可以存在于三种状态中。如果自旋反转，就会产生激发态三重三线态；如果自旋不变，就会产生单线态。
衰变时，磷光不会立即回到基态。相反，它会跃迁到一个亚稳态，称为T 1。这种跃迁被称为系间窜越，亚稳态的出现是因为激发三线态的衰变在偶数分子中是被禁止的。
T 1态的衰变要慢得多，因为严格来说，它是禁戒的，只有当所有能量都释放完毕后，分子才被认为回到了基态。磷光最常见于较重的分子，许多分子本质上是晶体，因为这赋予了它们足够的稳定性来应对禁戒跃迁。
荧光和磷光弛豫的比较图。磷光是通过系间窜越进入三线态而发生的，三线态随后缓慢弛豫至基态，并在此过程中发射光子
荧光和磷光的区别
尽管它们本质上相似，但也存在差异。关键的机制差异在于荧光在光子吸收后立即发光，而磷光则存在延迟。
此外，一旦激发源从荧光分子上移除，光发射就会停止。相比之下，磷光中，一旦激发源移除，光发射会持续一段时间。它们的可见外观也略有不同。荧光会立即闪烁，而磷光则是一种较弱的“暗夜辉光”外观。
