**荧光光谱**是指某些物质经某波长入射光照射后，分子从能级Sa被激发至能级Sb，并在很短时间内去激发从Sb返回Sa，发出波长长于入射光的荧光。

荧光光谱原理
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设分子能级为基态Sa，激发态Sb。

分子在能级Sa和Sb上的分布按照波尔兹曼分布规律：

{\displaystyle n\_{b}/n\_{a}=e^{-(E\_{b}-E\_{a})}=e^{-h\nu /kT}}
基态上分子数目变化速率为

{\displaystyle -{\frac {dn\_{a}}{dt}}=I(\nu )n\_{a}B\_{ab}-I(\nu )n\_{b}B\_{ba}-n\_{b}A\_{ba}}
平衡时（稳定态），上式为0：
又有：

迁移几率（爱因斯坦系数）

B\_{{ab}}=B\_{{ba}}={\frac {2\pi }{3\hbar ^{2}}}D\_{{ab}}
偶极强度

D\_{{ab}}=\mid <\psi \_{b}\mid \underline {\mu }\mid \psi \_{a}>\mid 
频率ν处的入射光强

I(\nu )={\frac {8{\pi }h{\nu ^{3}}}{c^{3}(e^{{h{\nu }/kT}}-1)}}
推导出：
Sb通过发射光子从回到Sa的几率，即衰减常数λ

A\_{{ba}}=({\frac {32{\pi ^{3}}{\nu ^{3}}}{3c^{3}\hbar }})\mid <\psi \_{b}\mid \underline {\mu }\mid \psi \_{a}>\mid 
Sb上的分子去激发速率

{\displaystyle {\frac {dn\_{b}}{dt}}=-A\_{ba}n\_{b}}
上式的一个解为

n\_{b}(t)=n\_{b}(0)e^{{-A\_{{ba}}t}}
可见激发态上的分子数目以指数形式衰减，衰减常数为Aba
Sb的辐射寿命为（此处参考指数衰减）

\tau \_{R}={\frac {1}{A\_{{ba}}}}
此仅当吸收的光子和随后发射的光子相同时候有效，即全部吸收的光能量通过辐射过程全部发出光子消耗掉。
而实测时激发态寿命很少和上述寿命一致，因为激发态除了直接发射光子外有很多其他途径失去能量。

Sb通过发出荧光回到Sa的过程的反应速率，即固有荧光速率常数 kF

k\_{F}=A\_{{ba}}={\frac {1}{\tau \_{R}}}
Sb回到Sa的其他非辐射途径包括内转变，系统间转变，猝熄作用，其速率常数分别为kIC,kIS,kQ[Q]
则Sb总的去激化（熄灭）常数为kF+kIC+kIS+kQ[Q]

荧光量子产率

\phi \_{F}={\frac {k\_{F}}{k\_{F}+k\_{I}C+k\_{I}S+k\_{Q}[Q]}}
也可以写作发射光子数/吸收光子数，即发射的荧光光子数/入射光照射时的吸收量

因为大量的非辐射过程的存在，所以激发态实际衰减时间远小于理想的辐射寿命τR
描述此动力学过程

-{\frac {d[S\_{b}]}{dt}}=(k\_{F}+k\_{I}C+k\_{I}S+k\_{Q}[Q])[S\_{b}]
此方程的一个解为

S\_{b}(t)=S\_{b}(0)e^{{-t/\tau \_{F}}}
Sb是激发态上的分子数

斯托克斯位移
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条目：斯托克斯位移
吸收曲线的0,0跃迁与发射曲线的0,0跃迁不重合，之间有一位移，荧光光谱较相应的吸收光谱红移。
原因是分子在处于激发态期间进行了重定向/重排布，消耗了能量，故荧光光谱的0,0峰向低能量（高波长）方向平移。

荧光强度
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A=\epsilon cl=lg{\frac {I\_{0}}{I}}
得到

I=I\_{0}e^{{-2.303\epsilon cl}}
观测发射强度为

F(\lambda )=2.303\epsilon clI\_{0}\phi \_{F}f(\lambda )d=\epsilon \phi \_{F}f(\lambda )cI\_{0}k
k=2.303ld

给一束脉冲入射光后，发射光在脉冲后的时间t时的强度I(t)，与激发态的衰减率dSb/dt及激发态通过荧光衰减的比率φF（量子产率）成比例：

I(t)={\frac {dS\_{b}}{dt}}\phi \_{F}=S\_{b}(0)({\frac {\phi \_{F}}{\tau \_{F}}}e^{{-t/\tau \_{F}}}=k\_{F}S\_{b}(0)e^{{-t/\tau \_{F}}}
随时间表现为指数衰减

系统内有一种荧光物质时：

E\_{m}(t)=Ae^{{-t/\tau \_{F}}}
系统中有两种荧光物质时：

E\_{m}(t)=A\_{1}e^{{-t/\tau \_{{1F}}}}+A\_{2}e^{{-t/\tau \_{{2F}}}}
Em是荧光强度，上述公式为荧光衰减（decay）公式

内部滤光效应
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对高浓度溶液而言，荧光的再吸收不能忽略。大部分入射光在系统前半部分被吸收，发射的荧光被再吸收，只有少量的荧光通过狭缝入射到荧光探测器上，使得探测到的荧光强度减少。

外环境影响
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去激发同样可能由于碰撞或和溶剂分子的混合导致，以速率kQ[Q]发生。和其他过程不同，考虑碰撞时此猝熄是一个双分子过程。
Sb + Q → Sa + Q (kQ[Q])

因为Q通常浓度远大于Sb ，此过程被视为一个伪一级反应，kQ[Q]的值可通过变化猝熄剂Q的浓度，观察对φF的影响测得。芳香类发色基的辐射寿命通常为1\*10-9到100\*10-9秒。因此，相比较而言，猝熄过程是相当有效率的。普遍的猝熄剂如O2和I-离子，每和激发态分子碰撞一次就会使其去激发一次。此反应速率仅被扩散限制。在微摩尔浓度猝熄剂下，碰撞发生速率为108每秒，因此可以观察到明显的猝熄。

{\frac {F\_{0}}{F}}={\frac {\phi \_{0}}{\phi }}={\frac {k\_{F}+k\_{I}C+k\_{I}S+k\_{Q}[Q]}{k\_{F}+k\_{I}C+k\_{I}S}}=1+k\_{Q}[Q]
τ0可测，以F0/F对[Q]作图求得kQ

荧光共振能量迁移
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简称FRET，此过程适用与计算两端带发色基的高分子长度。

存在供体D和受体A，当光入射时，激发基态供体Da→Db，Db又去激发，通过共振将能量传递给Aa，使得Aa→Ab。

定义迁移效率（E）是Db去激发传递能量到Aa占总Db去激发的比例

E={\frac {k\_{T}}{k\_{T}+k\_{F}^{D}<+k\_{I}C^{D}<+k\_{I}S^{D}}}
通过一系列复杂的计算和变化，此处省略，得：

k\_{T}={\frac {1}{\tau \_{0}}}{\frac {R\_{0}}{R}}
R\_{0}=9.7\*10^{3}(J\kappa ^{2}n^{{-4}}\phi \_{D})^{{{\frac {1}{6}}}}cm
J=\int \epsilon (\nu )f\_{D}(\nu )\nu ^{{-4}}\,d\nu 
推导出：

E={\frac {R\_{0}^{6}}{R\_{0}^{6}+R^{6}}}
这里R0对一个固定的化学系统而言是常数，R是供体和受体之间的距离，R越接近R0，测计算越精确。

此外计算E的方法有：

{\frac {\phi \_{{D+A}}}{\phi \_{D}}}=1-E
{\frac {F\_{{D+A}}}{F\_{A}}}=1+{\frac {\epsilon \_{D}c\_{D}}{\epsilon \_{A}c\_{A}}}E
{\frac {\tau \_{{D,A}}}{\tau \_{D}}}=1-E

参考文献
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* C.P Cantor & P.R. Schimmel, BIOPHYSICAL CHEMISTRY, Part II. Techniques for the study of biological structure and function. Page 433-465.

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* 论
* 编
光谱学 |
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| 红外 | 
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* 拉曼光谱学
* 共振拉曼光谱学
* 分子振动
* 转动光谱学（英语：）
* 转动-振动光谱学（英语：）
* 振动圆二色性（英语：）
* 核共振振动光谱（英语：）

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* 紫外-可见分光光度法
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