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pco.flim光致發(fā)光的原理
前言
pco.flim 白皮書介紹了有關熒光壽命成像原理和pco.flim 技術的相關內(nèi)容。本書分為七個章節(jié)，敬請關注。
1 光致發(fā)光
當光被某些化合物吸收時，光致發(fā)光描述了光與物質(zhì)的相互作用。
隨著能量的吸收，分子進入激發(fā)態(tài)。由于這種激發(fā)態(tài)不是穩(wěn)定狀態(tài)，因此會發(fā)生幾次能量躍遷。其中一些能量躍遷是無輻射的，另一些則會發(fā)光，發(fā)射光的能量低于吸收光的能量。這種輻射躍遷稱為發(fā)光（見圖 1）。根據(jù)引起光發(fā)射的物理過程的能量路徑，發(fā)光被稱為熒光或磷光。能量狀態(tài)的轉(zhuǎn)換可以用能級圖或雅布隆斯基（Jablonski）圖來描述，如圖 2 所示。
圖 1：熒光塑料載玻片和帶有熒光素溶液的比色皿的圖像。
圖 2：雅布隆斯基（Jablonski） 圖，光致發(fā)光的能級圖。
在吸收能量為 hνA（見圖 2）的光之后，分子從基能級 S0轉(zhuǎn)變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài) S1或 S2 或其他狀態(tài)。由于這些狀態(tài)是不穩(wěn)定的，分子試圖回到穩(wěn)定的基態(tài)。在內(nèi)部能量轉(zhuǎn)移過程中（圖 2，IC），部分吸收的光能被轉(zhuǎn)換為振動能或熱能至S1。從S1能級可能發(fā)生無輻射躍遷或發(fā)射光，能量為 hνF，稱為熒光。
另一種選擇則涉及系間跨越（圖 2，ISC），其中包括在量子力學上不太可能發(fā)生的電子自旋反轉(zhuǎn)和能量為 hνP 的光的連續(xù)發(fā)射，這稱為磷光。同一分子的原子之間也可能存在能量轉(zhuǎn)移，但這些能量轉(zhuǎn)移都是無輻射的，為簡單起見，它們被排除在圖 2 之外。所有這些能量躍遷都需要時間，因此可以通過它們相應的時間常數(shù)來表征和區(qū)分像熒光和磷光這樣的輻射躍遷。一般來說，熒光需要更少的時間，因此相應的衰減時間較短，在**長至 10-8 s (10 ns) 的范圍內(nèi)。系間跨越的可能性較小，這意味著，如果發(fā)生，則需要更多時間。因此，相應的衰減時間較長，在 10-6 – 10-3 s (μs – ms) 范圍內(nèi)。如果發(fā)光的機理過程未知，衰減時間是一個很好的區(qū)別發(fā)射光是熒光還是磷光的參數(shù)。
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