荧光光谱分析基本原理
荧光是一种光致发光现象，那么，由于分子对光的选择性吸收，不同波长的入射光便具有不同的激发频率。如果固定荧光的发射波长（即测定波长）而不断改变激发光（即入射光）的波长，并记录相应的荧光强度，所得到的荧光强度对激发波长的谱图称为荧光的激发光谱（简称激发光谱）。如果使激发光的波长和强度保持不变，而不断改变荧光的测定波长（即发射波长）并记录相应的荧光强度，所得到的荧光强度对发射波长的谱图则称为荧光的发射光谱（简称发射光谱）。激发光谱反映了在某一固定的发射波长下所测量的荧光强度对激发波长的依赖关系；发射光谱反映了在某一固定的激发波长下所测量的荧光的波长分布。激发光谱和发射光谱可用以鉴别荧光物质，并可作为进行荧光测定时选择合适的激发波长和测定波长的依据。
荧光测量仪器有各自的特性，如光源的能量分布、单色器的透射率和检测器的敏感度都随波长而改变，因而一般情况下测得的激发光谱和发射光谱，皆为表观的光谱。同一份荧光化合物的溶液在不同的荧光测量仪上所测得的表观光谱彼此间往往有所差异。只有对上述仪器特性的波长因素加以校正之后，所获得的校正光谱（或称真是光谱）才可能是彼此一致的。某种化合物的荧光激发光谱的形状，理论上应与其吸收光谱的形状相同，但是由于上述仪器特性的波长因素，表光激发光谱的形状与吸收光谱的形状大都有所差异，只有校正的激发光谱才与吸收光谱非常接近。在化合物的浓度足够小，对不同波长激发光的吸收正比于其吸光系数，且荧光的量子产率与激发波长无关的条件下，校正的激发光谱在形状上与吸收光谱相同。
分子的吸收光谱可能含有几个吸收带，但其发射光谱却通常只含有一个发射带。绝大多数情况下即使分子被激发到S2电子态以上的不用振动能级，但是由于内转化和振动松弛的速率是那样的快，以致很快地丧失多余的能量而衰变到S1态的最低振动能级，然后发射荧光，因而其发射光谱通常只含一个发射带，且发射光谱的形状与激发波长无关，只与基态中振动能级的分布情况以及各振动带的跃迁概率有关。但是也有例外，例如有些荧光体具有两个电离态，而每个电离态显示不同的吸收和发射光谱，等等。
物质在吸收入射光的过程中，光子的能量传递给了物质分子。分子被激发后，发生了电子从较低的能级到较高能级的跃迁。该跃迁过程经历的时间约10-15s。跃迁所涉及的两个能级间的能量差，等于所吸收光子的能量。紫外、可见光区的光子能量较高，足以引起分子中的电子发生电子能级间的跃迁。处于该激发态的分子称为电子激发态分子。
电子激发态的多重态用2S+1表示，S是电子自旋角动量量子数的代数和，其数值为0或1。分子中同一轨道里同一轨道里所占据的两个电子必须具有相反的自旋方向，即自选配对。如果分子中的全部电子都是自旋配对的，即S=0，该分子便处于单重态（或称单线态），用符号S表示。大多数有机物分子的基态是处于单重态的。如果分子吸收能量后电子在跃迁过程中不发生自旋方向的变化，这时分子处于激发的单重态；倘若电子在跃迁过程中还伴随着自旋方向的改变，这时分子便具有两个自旋不配对的电子，即S=1，分子处于激发的三重态（或称三线态），用符号T表示。符号S0、S1和S2分别表示分子的基态、第一和第二电子激发单重态，T1和T2则分别表示第一和第二电子激发三重态。处于激发态的分子不稳定，它可能通过辐射跃迁和非辐射跃迁的衰变过程而返回基态。另外，激发态分子也可能由于分子间的作用过程而失活。
辐射跃迁的衰变过程伴随着光子的发射，即产生荧光活磷光；非辐射跃迁的衰变过程，包括振动松弛（VR）、内转化（ic）、和系间窜越（isc），这些衰变过程导致激发能转化为热能传递给介质。振动松弛是指分子将多余的振动能量传递给介质而衰变到同一电子态的最低振动能级的过程。内转化指相同多重态的两个电子态间的非辐射跃迁过程（例如S1～S0，T2～T1）；系间窜越则指不同多重态的两个电子态间的非辐射跃迁过程（例如S1～T1，T1～S0）。图5.6.1为分子内所发生的激发过程以及辐射跃迁和非辐射跃迁过程的示意图。
图 分子内的激发和衰变过程
A1.A2.吸收；F.荧光；P.磷光；ic.内转化；isc.系间窜越；VR.振动松弛.
如果分子被激发到S2以上的某个电子激发单重态的不同振动能级上，处于这种激发态的分子很快（约10-12～10-14s）发生振动松弛而衰变到该电子态的最低振动能级，然后又经由内转化及振动松弛而衰变到S1态的最低振动能级。接着，有如下几种衰变到基态的途径：①S1→S0的辐射跃迁而发射荧光；②S1～S0内转化；③S1～T1系间窜越。而处于T1态的最低振动能级的分子，则可能发生T1～S0的辐射跃迁而发射磷光，也可能同时发生T1～S0系间窜越。
从比较荧光与激发光的波长这一角度出发，荧光又可分为斯托克斯（Stokes）荧光、反斯托克斯荧光以及共振荧光。斯托克斯荧光的波长比激发光源的长，反斯托克斯荧光的波长则比激发光源的短，而共振荧光具有与激发光相同的波长。在溶液中观察到的通常是斯托克斯荧光。由荧光在电磁辐射中所处的波段范围，又有X射线荧光、紫外荧光、可见荧光和红外荧光之分。
