奧林巴斯顯微鏡雅布倫斯基的能量圖
熒光染料對能量的吸收發(fā)生之間密切間隔的振動和轉(zhuǎn)動能級的激發(fā)態(tài)中不同的分子軌道。不同能量水平參與的吸收和發(fā)射光的熒光經(jīng)典介紹由雅布倫斯基能量圖，波蘭物理學家亞歷山大 · 雅布倫斯基教授的名字命名。本教程將探討如何共同熒光團中的電子被激發(fā)從地面狀態(tài)到更高的電子能量狀態(tài)，和發(fā)生的事件，當這些激發(fā)的分子放松的時候由光子發(fā)射和其他機制對*終跌落到地面的能量狀態(tài)。
一個典型的雅布倫斯基圖說明了基態(tài) （套裝 (0)），以及*次 （S(1)） 和第二 (S(2)) 激發(fā)的單線國家作為堆棧的水平線。在本教程中，較粗的線條表示電子的能量水平，而薄的線表示 （忽略轉(zhuǎn)動能量狀態(tài)） 的各種振動能量狀態(tài)。作為直或呈波浪狀箭頭，取決于是否過渡與吸收或發(fā)射一個光子 （直箭頭） 相關(guān)聯(lián)，或從分子內(nèi)部轉(zhuǎn)換或非輻射弛豫過程 （波浪箭頭） 結(jié)果說明狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換。利用垂直向上箭頭的指示激發(fā)過程的瞬時性質(zhì)而波浪箭頭留給更長的時間尺度發(fā)生的那些事件。
與經(jīng)典的雅布倫斯基教程初始化圖出現(xiàn)在窗口，其中顯示地面狀態(tài) （套裝 (0)），以及*次 （S(1)） 和第二 (S(2)) 激發(fā)的單線態(tài)。位于右側(cè)的單線態(tài)狀態(tài)的振動能級的激發(fā)三重態(tài) （T(1)） 狀態(tài)。運行本教程中，單擊啟動按鈕啟動一連串的勵磁和放松事件由下拉式菜單 （熒光發(fā)射是默認值） 中列出的過程。一旦電子到達激發(fā)的態(tài)振動能級，它會慢慢地放松到*激發(fā)態(tài)的*低振動能級。從這個層面電子將根據(jù)所選進程的行為。電子躍遷的近似生存期教程窗口中顯示的每個過渡發(fā)生時。
光的吸收非常迅速地發(fā)生 （大約一飛，需要足夠的時間，為旅行單一波長的光子) 在離散量稱為廣達和對應(yīng)的熒光激發(fā)從地面狀態(tài)到興奮的狀態(tài)。同樣，一個光子通過熒光或磷光的排放也被衡量量程。在量子 （普朗克定律） 的能量是方程表示的：
其中E是能量， h是普朗克常數(shù)， ν和λ是頻率和波長的傳入的光子的和c是光的速度。普朗克定律支配被吸收的光子的輻射能量是直接成正比的頻率和波長成反比意味著更短的入射波長具有更大的量子的能量。吸收到的光子的能量由熒光基團，發(fā)生相互作用的光波的振蕩電場矢量與分子中的電荷 （電子），是一種全部或沒有的現(xiàn)象，出現(xiàn)的只有可以稱為吸收帶的特定波長的入射光。如果被吸收的光子包含更多的能量，不是一個簡單的電子遷移的必要條件，多余的能量是通常轉(zhuǎn)換成振動和轉(zhuǎn)動的能量。然而，如果一種分子和有沒有足夠的能量來推動轉(zhuǎn)型光子之間發(fā)生碰撞，沒有吸收會發(fā)生。光譜廣泛吸收帶出現(xiàn)從加間隔緊密的振動能級上使光子能量，以匹配特定轉(zhuǎn)換范圍的熱運動。因為激發(fā)的一種分子的吸收通常沒有電子自旋配對的改變發(fā)生時，激發(fā)的態(tài)也是單線態(tài)。一般情況下，熒光的調(diào)查具有波長從紫外到電磁波譜 （250 到 700 納米） 的可見區(qū)域的輻射。
用紫外或可見的光，常見的熒光團通常激發(fā)到較高振動能級 (S(1)) *或第二 (S(2)) 單重態(tài)能量狀態(tài)。到第二激發(fā)態(tài)的較高振動能級從*低的振動能級的基態(tài)的發(fā)生提出了圖 1 （左側(cè)綠色箭頭） 的吸收 （或勵磁） 轉(zhuǎn)換之一 （轉(zhuǎn)型記為套裝 (0) = 0 到S(2) = 3）。第二次勵磁過渡從第二次的振動能級基態(tài)的刻畫*高振動能級中的*激發(fā)態(tài) （記為套裝 (0) = 1 到S(1) = 5）。在典型的熒光基團，照射較大范圍的波長將生成整個范圍的允許填充各種振動能級的激發(fā)態(tài)的躍遷。一些這些轉(zhuǎn)換將的概率比其他人更高的學位和組合時，將會構(gòu)成分子的吸收譜。請注意對于大多數(shù)熒光團，吸收和激發(fā)光譜是不同的但往往重疊可以有時幾可亂真。在其他情況下 (熒光素) 清楚地分隔的吸收和激發(fā)光譜。
緊接著吸收一個光子，幾個進程會發(fā)生同不同的概率，但*有可能將是*激發(fā)態(tài)的*低振動能級弛豫 (S(1)= 0 ；圖 1）。這個過程被稱為內(nèi)部轉(zhuǎn)換或振動弛豫(在沒有光的發(fā)射能量損失)，通常會發(fā)生在皮秒或更少。因為大量的振動周期發(fā)生在激發(fā)態(tài)的生存期內(nèi)，分子幾乎總是接受完整的振動弛豫，在他們激動的一生期間。多余的振動能量轉(zhuǎn)化為熱量，鄰近溶劑分子與激發(fā)的態(tài)熒光基團發(fā)生碰撞后被吸收。
一種興奮的分子存在于*低激發(fā)的態(tài) （S(1)） 為納秒 （熒光過程由幾個數(shù)量級的時間*長的時間段） 前*后放寬至基態(tài)的周期。如果從這長壽命狀態(tài)松弛伴隨一個光子發(fā)射，過程被正式稱為熒光。間隔緊密的振動能級的基態(tài)，當正常的熱運動，再加上在發(fā)射過程中產(chǎn)生了廣泛的光子能量。其結(jié)果是，熒光是通常觀察到排放強度作為一個樂隊的波長，而不是一條鋒利的線。大多數(shù)的熒光團可以重復的激發(fā)和發(fā)射周期很多幾百到幾千次才高活性激發(fā)的態(tài)分子是光漂白，導致破壞的熒光。例如，充分研究的探針熒光素異硫氰酸酯 （FITC） 可以進行勵磁、 前分子不再響應(yīng)入射光照到大約 3 萬次的放松。
其它幾個有不同程度的概率的松弛通路的熒光發(fā)射過程與競爭。激發(fā)的態(tài)能量可以非-輻射熱 （由圖 1 中的青色波浪箭頭所示） 作為消退、 熒光激發(fā)可以與另一個分子傳遞能量的非輻射過程 （例如，淬滅，如圖 1 中的紫色波浪箭頭所示），第二個類型中碰撞或稱為系統(tǒng)間穿越到*低激發(fā)的態(tài)的現(xiàn)象可以發(fā)生 （圖 1 中的藍色波浪箭頭）。后者的事件相對較少，但*終結(jié)果無論是在發(fā)射的光子通過磷光或轉(zhuǎn)回收益率延遲熒光激發(fā)的單線態(tài)。轉(zhuǎn)換從三重態(tài)到基態(tài)的激發(fā)的態(tài)都是禁止的這導致速率常數(shù)中的三重態(tài)排放都比那些為熒光低幾個數(shù)量級。
兩者的三重態(tài)狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖解上右手邊的圖 1 所示的雅布倫斯基能源配置文件。系統(tǒng)互通過境的可能性很低而引起的分子必須首先接受自旋轉(zhuǎn)換來產(chǎn)生未成對的電子，不利的過程。三重態(tài)的基本重要性是化學反應(yīng)中這種狀態(tài)，其結(jié)果往往在光漂白和生產(chǎn)的有害的自由基的分子所表現(xiàn)出的高度。生物標本中溶解的氧是非常有效的三重態(tài)的熒光猝滅劑。基態(tài)氧分子，這通常是一個三重態(tài)，可以激發(fā)到無功單線態(tài)，導致反應(yīng)，漂白熒光基團或表現(xiàn)對活細胞的光毒性效應(yīng)。熒光團在三重態(tài)也可以直接與其他的生物分子，經(jīng)常造成失能的這兩個物種反應(yīng)。分子中含有重原子，鹵素和許多過渡金屬等經(jīng)常方便系統(tǒng)互通過境，頻繁地磷光。
它是有趣地注意到的熒光發(fā)射譜通常是套裝 (0) S(1)吸收譜過渡到一個鏡像。這是，電子激發(fā)并不能改變原子核的幾何形狀和激發(fā)的態(tài)振動能級的間距是相似的基態(tài)。*終的結(jié)果是熒光發(fā)射光譜記錄分光光度法測定常顯示類似，但逆轉(zhuǎn)，振動結(jié)構(gòu)對那些在吸收譜中觀察到。