荧光和化学发光分析法
原子发射光谱,荧光光谱,化学发光谱的区别
原子发射光谱、荧光光谱和化学发光光谱是分析化学中常见的光谱技术，它们在原子结构分析和元素检测等方面具有重要的应用价值。
然而，这三种光谱具有不同的原理和特点。
下面将分别介绍原子发射光谱、荧光光谱和化学发光光谱的区别。
一、原子发射光谱1. 原理：原子发射光谱是利用原子在能级跃迁时所发射的特征光谱线进行分析的一种技术。
当原子受到激发能量后，原子的电子会跃迁至较高的能级，而后再跃迁至较低的能级时会发射出特征波长的光谱线。
通过测量这些特征光谱线的强度和波长，可以确定样品中各种元素的含量和种类。
2. 应用：原子发射光谱广泛应用于金属材料分析、环境污染物检测、地质勘探等领域，尤其在工业生产中具有重要的应用价值。
3. 优势：原子发射光谱的灵敏度高、测定范围广，能够同时检测多种元素，具有较高的分析精度和准确度。
二、荧光光谱1. 原理：荧光光谱是利用物质在受到紫外光激发后，发射出荧光光谱进行分析的一种技术。
当样品受到紫外光激发后，部分分子会吸收能量并跃迁至激发态，随后分子会再跃迁至基态并发射出荧光光谱，通过测量荧光光谱的强度和波长，可以得到样品的成分和结构信息。
2. 应用：荧光光谱在生物医学、材料科学、环境监测等领域具有广泛的应用，尤其在生物分析和药物检测中得到广泛应用。
3. 优势：荧光光谱对于生物分子具有较高的灵敏度和选择性，能够实现实时、非破坏性的分析。
三、化学发光光谱1. 原理：化学发光光谱是利用化学反应产生的发光进行分析的一种技术。
当两种或多种试剂混合后，在化学反应的作用下产生的化学发光可以被测定，通过测量化学发光的强度和时间，可以获得样品的化学成分和反应动力学信息。
2. 应用：化学发光光谱广泛应用于医学诊断、食品安全检测、环境监测等领域，尤其在微量分析和实时检测方面具有重要意义。
3. 优势：化学发光光谱对于微量物质具有较高的检测灵敏度和快速响应性，适用于多种复杂样品的分析。
原子发射光谱、荧光光谱和化学发光光谱分别具有不同的原理和应用特点，它们在元素分析和化学反应动力学研究中发挥着重要的作用。
化学发光和荧光的性质与应用
化学发光和荧光的性质与应用化学发光和荧光是一种具有独特性质和应用的化学现象。
这一现象在科学、工业、医药等领域有着广泛的应用。
化学发光，也称为化学发光分析或化学发光测定，是一种利用化学反应发生时产生的光来分析化合物的方法。
这种方法具有灵敏度高、分析速度快、对样品的数量要求低等优点，因此被广泛应用于环境监测、食品检测、医药研究等领域。
其中，最具代表性的化学发光方法是电化学发光法和化学发光酶标法。
电化学发光法利用电化学反应产生的活性中间体在后续反应中发生化学发光的方法。
这种方法对微量物质具有高度灵敏度，因此常被用于分析无机和有机化合物等微量物质。
化学发光酶标法则是利用化学发光酶标记化合物的方法进行检测。
这种方法处理简单，样品数量要求低，因此在食品、药品、环境检测等领域得到广泛应用。
荧光是一种发射可见光或紫外线的现象。
荧光分为自发荧光和诱导荧光两种类型。
其中，自发荧光通常是一些化合物在受到紫外线、X射线或自然光刺激后，从低能态激发至高能态，然后再退到低能态时发出的光。
而诱导荧光则是在化合物发生化学反应过程中，受到某些物质的激发而发出光。
荧光的应用领域广泛，如环境检测、医药研究、生物成像等。
其中，荧光成像技术则是一种用于研究生物过程和诊断疾病的重要手段。
通过对受体蛋白、细胞膜等进行染色，可以直接观察到这些物质在细胞内的动态变化。
同时，荧光成像技术在抗癌药物筛选、生物传感器等领域也有着广泛的应用。
在化学发光和荧光应用的同时，也面临着一些问题。
例如，荧光染料的选择和性能优化，化学发光方法的准确性和可靠性等。
因此，未来需要通过不断的技术创新和研究来解决这些问题，推动化学发光和荧光技术的应用和发展。
免疫荧光层析法 化学发光
免疫荧光层析法化学发光免疫荧光层析法（Immunofluorescence Assay，简称IFA）和化学发光（Chemiluminescence）是两种常用的检测技术，广泛应用于生物医学研究、临床诊断和生物工程等领域。
本文将介绍这两种技术的原理、步骤和应用，以及它们之间的区别和优缺点。
免疫荧光层析法是一种利用抗体与特定抗原结合后可发出荧光信号的检测方法。
它的原理是将标记有荧光染料（如荧光素）的抗体与待检样品中的目标抗原结合，形成免疫复合物。
通过荧光显微镜观察，可以检测到目标抗原的存在与否。
这种方法具有高灵敏度、高特异性和无需放射性标记物的优点，被广泛应用于病原微生物的检测、抗体的定量和细胞蛋白的定位等研究领域。
化学发光是一种利用化学反应产生的光信号来检测目标物质的方法。
它的原理是将待检样品中的目标物与标记有化学发光底物的抗体结合，形成免疫复合物。
当加入特定的激发剂后，底物会发生化学反应，产生可见的光信号。
通过光电倍增管或摄像机的检测，可以定量地测量化学发光强度，从而判断目标物的含量。
化学发光方法具有高灵敏度、宽线性范围和较低的背景信号等优点，因此在临床诊断和生物工程领域得到广泛应用。
免疫荧光层析法和化学发光在实验步骤上存在一些差异。
免疫荧光层析法的步骤包括样品制备、抗体标记、免疫反应、洗涤和显微镜观察等。
而化学发光的步骤则包括样品制备、抗体标记、免疫反应、洗涤和化学反应等。
两种方法的原理都是基于抗体与抗原的特异性结合，但在标记物和检测信号的产生上有所不同。
免疫荧光层析法和化学发光在应用上也存在一些差异。
免疫荧光层析法常用于检测细胞表面标记物、病原微生物和抗体等，广泛应用于免疫学研究和临床诊断。
而化学发光常用于检测肿瘤标志物、药物残留和基因表达等，被广泛应用于药物研发和生物工程领域。
两种方法在不同领域有着各自的优势和适用范围。
总的来说，免疫荧光层析法和化学发光是两种常用的生物分析技术，具有高灵敏度、高特异性和广泛应用的特点。
第5章 荧光分析法与化学发光分析法
散射光的影响
瑞利散射光
拉曼散射光
干扰荧光测定，应采取措施消除
30
硫酸奎宁在不同波长激发下的荧光与散射光谱
31
5.1.3
荧光分光光度计
32
1. 激发光源
高压氙灯 ——强谱线的连续光谱
连续分布在250-700nm波长范围内，尤其是300-400nm波 长之间的谱线强度几乎相等
汞灯 ——线光谱
高压：近紫外区365nm,398nm，405nm，436nm，546nm，579nm 低压:紫外区，最强254nm
－Cl、－Br、－I等
第三类取代基：－R、－SO3H、－NH3＋等
23
3．影响荧光强度的外部因素
温度 溶剂 pH值的影响
荧光熄灭剂的影响
散射光的干扰
24
温度和溶剂
温度：温度升高，荧光物质的荧光效率 和荧光强度下降 溶剂：溶剂极性增大，荧光波长随着而 长移，荧光强度增强；溶剂粘度减小， 荧光强度减小
化学发光分析主要用于定量分析。 1．化学发光强度与反应物浓度的关系
I Cl （t）＝ Cl dc A dt
55
2．常用发光试剂
（1）鲁米诺类 （2）光泽精类
（3）钌(Ⅱ)-联吡啶配合物
（4）其它化学发光试剂
56
5.2.5 应用与示例
1．无机化合物的分析 可以利用某些具有还原性的无 机阳离子和发光试剂作用对其进行测定；有些离子对 化学发光反应有增强或抑制作用，基于此，可直接测 定此类离子。此外，可利用置换偶合反应间接测定某 些离子。 2．有机化合物的分析 可以利用物质的还原性，直接 被氧化剂氧化发光测定。
51
3．液相化学发光
常用的发光物质有鲁米诺、光泽精、洛粉 碱、没食子酸、过氧草酸盐等，其中鲁米 诺是最常用的发光试剂 。
化学发光分析的原理及应用
化学发光分析的原理及应用在生命科学、医学、环保、食品安全等领域，化学发光分析技术得到了广泛应用。
化学发光分析是指利用感光剂发生化学反应释放出光的现象，通过测光仪来检测光的强度，从而获得定量和定性分析信息的过程。
本文将从化学发光分析的原理和应用入手，为读者全面介绍这一技术的特点和优势。
一、化学发光分析的原理化学发光分析的原理与荧光分析原理类似，都是利用分子在外界刺激下发出的光来检测分析样品的。
但是，化学发光分析与荧光分析有着本质上的不同。
荧光分析是指分子在外界的激发下带有一定的能量，发生弛豫过程时在瞬间发出的光，这种光是常规荧光光谱所显示的，纵向轴表示发出光的强度，横向轴表示光波长。
而化学发光分析是指在化学反应过程中，当反应中生成的某些种类的粒子、原子或分子受到外界作用而处于激发态时，它们会释放出一定的能量，这些能量使得感光剂处于激发态，而感光剂在弛豫过程中发出的光则可用于检测样品。
举例来说，将齐氏试剂和过氧化氢混合后，会出现化学反应放出大量的能量，这种能量会使得某些物质进入激发态，当这些物质从激发态跃迁到基态时，就会放出光。
常见的化学发光反应有：齐氏反应、硫酸铜-甲酸乙酯氛围中产生气态芳香族化合物的化学发光反应、偶氮氧基苯-二甲基亚硝胺化合物的产生及其化学发光等。
二、化学发光分析的应用1.环保领域化学发光分析是环保领域高精度分析的核心技术之一。
在环境污染监控中，化学发光分析技术可以用来检测各种危害物质的浓度，例如灰霾的微小颗粒物、大气中的挥发性有机物（VOC）和空气中的多环芳烃（PAHs）等。
2.食品安全领域化学发光分析广泛应用于食品安全领域，在快速检测、筛查食品中毒物质、农药、动物药残留以及食品中的微生物等方面有着独特的优势。
以检测食品中的微生物为例，化学发光分析技术中通常采用ATP (三磷酸腺苷)酶系统进行检测，通过测定样品中存在的微生物含量来判断食品是否安全。
3.生命科学和医学领域化学发光分析技术在生命科学和医学领域也有着广泛的应用。
荧光分析与化学发光分析
化学发光分析是利用化学发光现象进行分析测定 的一类方法。与荧光分析一样，属于发光分析的范 畴。化学发光与荧光分子的发光相似，他的大部分 性质和荧光相同，不同点在于荧光的激发能来自外 光源的激发(照射)，而化学发光的激发能则产生自 化学反应，也即某些物质在进行化学反应时，由于 吸收了反应时产生的化学能，使分子或原子被激发， 这种受激分子或原子返回基态时，以光辐射的方式 释放能量。其光辐射的能量及光谱范围由化学反应 的物质所控制(处于可见光区)。每一个化学反应都 有其特征的化学发射光谱，其发光强度则与物质的 浓度有关，这是化学发光分析的依据。
Em En
图6-7 菲、蒽、苝的光谱图
图6-8 萘、菲、蒽、苝、 并四苯混合物的常规荧光 光谱及混合物的同步光谱 图
图6-9 工厂区大气 样品萃取物中强致癌 物苯并(α)芘及其共 存物的荧光光谱和同 步光谱
三、 荧光定量分析
1. 荧光强度与浓度的关系 荧光的发光是由于物质在吸光之后发射出波长较长的荧光，因此溶液的荧光强度 与该溶液的吸光程度以及溶液中荧光物质的荧光效率有关。溶液被入射光(I0)激 发后，可以在溶液的各个方向观察到荧光强度(F)。但由于激发光源能量的一部 分被透过，因此，在透射光的方向观察荧光是不适宜的。一般是在与激发光源垂 直的方向观测。 根据比耳定律，透过光的比例为 I -ε b C (6-1) - =10 I0 式中： I0为入射光(激发光)强度； I为透过光强度；C为浓度，b为液层厚度；ε 为摩尔吸光系数。 相应地被吸收的部分是 I -ε b C (6-2) 1- - =1-10 I0 将上式重新排列，可得被吸收的光的量为 -ε b C I0-I= I0 (1-10 ) (6-3)
已知电子激发态的自旋多重性为2S+1，S是自 旋量子数的代数和。大多数分子含有偶数电子，在 基态时这些电子成对地存在于各个原子或分子轨道 中。然而，根据保利不相容原理，在一个轨道上的 这两个电子的自旋是相反的，自旋量子数为+½(↑) 和-½(↓)。由于自旋成对的结果，大多数分子的自旋 量子数的代数和S=0，此时这个分子所处的电子能 态称为单重态(singlet state)，即2S+1=1。如果分子 中有一个未成对的电子，则S=½，而2S+1=2，此 种状态称为双重态(doublet state)。若分子中有两个 未成对的电子，此时S=1,2S+1=3，这种状态称为 三重态(triplet state)。
原子光谱,荧光光谱,化学发光谱的区别
原子光谱,荧光光谱,化学发光谱的区别
原子光谱、荧光光谱和化学发光谱是三种不同的光谱分析方法，它们之间存在显著的区别。
1. 原子光谱：原子光谱是由原子中的电子在能量变化时所发射或吸收的一系列波长的光所组成的光谱。
原子吸收光源中部分波长的光形成吸收光谱，为暗淡条纹；发射光子时则形成发射光谱，为明亮彩色条纹。
每一种原子的光谱都不同，遂称为特征光谱。
原子光谱中各条谱线的强度互不相同，它与相应的两能级间的跃迁几率有关。
原子光谱是一些线状光谱，发射谱是一些明亮的细线，吸收谱是一些暗线。
原子的发射谱线与吸收谱线位置精确重合。
2. 荧光光谱：荧光是物质吸收电磁辐射后受到激发，受激发原子或分子在去激发过程中再发射波长与激发辐射波长相同或不同的辐射。
当激发光源停止辐照试样以后，再发射过程立刻停止，这种再发射的光称为荧光。
荧光光谱是物体经过较短波长的光照，把能量储存起来，然后缓慢放出较长波长的光，放出的这种光就叫荧光。
3. 化学发光谱：化学发光法是分子发光光谱分析法中的一类，它主要是依据化学检测体系中待测物浓度与体系的化学发光强度在一定条件下呈线性定量关系的原理，利用仪器对体系化学发光强度的检测，而确定待测物含量的一种痕量分析方法。
综上所述，这三种光谱分析方法在原理和应用上存在显著的区别。
原子光谱主要关注原子的能级跃迁和光的发射与吸收；荧光光谱则关注物质吸收电磁辐射后的激发和再发射过程；而化学发光谱则是利用化学反应过程中产生的光强来进行定量分析的方法。
荧光和化学发光免疫分析方法
荧光和化学发光免疫分析方法荧光和化学发光免疫分析方法是一种常用的生物分析技术，广泛应用于生命科学研究、临床诊断和药物研发等领域。
本文将详细介绍荧光和化学发光免疫分析方法的原理、应用以及优缺点等方面。
首先，荧光免疫分析方法利用标记有荧光物质的抗体或抗原与待检测物相互作用，通过检测荧光信号来定量分析目标物。
其原理是当荧光标记物被激发后，会发射出特定波长的荧光信号，利用荧光光谱仪测量荧光强度来确定目标物的浓度。
荧光免疫分析方法具有高灵敏度、高选择性和多样性的优点，可用于检测蛋白质、核酸、细胞等生物分子。
化学发光免疫分析方法则是利用特定的化学反应产生荧光信号来检测目标物。
常用的化学发光免疫分析方法有酶免疫分析和化学发光免疫分析。
在酶免疫分析中，酶标记的抗体或抗原与待检测物相互作用后，加入底物，酶催化底物发生化学反应产生荧光信号。
而化学发光免疫分析则是通过特定的化学反应产生激发态分子，激发态分子发生无辐射跃迁产生荧光信号。
化学发光免疫分析方法具有高灵敏度、快速、稳定性好的特点，常用于临床诊断和药物研发等领域。
荧光和化学发光免疫分析方法在生命科学研究中有广泛的应用。
例如，在蛋白质研究中，可以利用荧光免疫分析方法检测蛋白质的表达水平、相互作用以及酶活性等。
在细胞研究中，荧光免疫分析方法可以用于检测细胞的分子分布、内源性蛋白质的表达和细胞信号传导等。
此外，荧光和化学发光免疫分析方法还可以用于检测病原体、药物残留和环境污染物等。
荧光和化学发光免疫分析方法具有许多优点。
首先，这些方法具有高灵敏度，可以检测到非常低浓度的目标物。
其次，这些方法具有高选择性，能够在复杂的样品中准确地检测目标物。
此外，荧光和化学发光免疫分析方法还可以实现高通量分析，节省时间和成本。
然而，荧光和化学发光免疫分析方法也存在一些缺点。
首先，荧光信号受到背景干扰的影响，可能导致误差的产生。
其次，荧光标记物的稳定性较差，容易受到光照和温度等因素的影响。
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S0
l20120/6/12
16:09:22
l3
l 2 l 2 分子荧光和磷光发射过程
2.1.1.1 荧光及其产生
B 分子去激发过程及荧光的产生 电子处于激发态是不稳定状态，返回基态时，
通过辐射跃迁(发光)和非辐射跃迁(热)等方式失去能
量。
传递途径
辐射跃迁
非辐射跃迁
荧光 延迟荧光 磷光
系间跨越 内转换 外转换 振动弛豫
三重态（M=3）：分子中的电子对的电子自旋 平行的电子态称为三重态，用“T”表示。
M = 2S + 1
M自旋多重度 S总自旋量子数
S2 > T2 > S1 > T1 > S0
(洪特规则)
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内转换
振动弛豫 内转换
S2
系间跨越
S1
T2
能 量
吸 收
发
射
外转换
荧
光
T1
发 射 磷 振动弛豫 光
（2）. 磷光发射：电子由第一激发三重态的最低振 动能级→基态各振动能级。发光时间：10-4～10s 。
S2 S1 T1
hv
S0 e
hv′
S0 →激发态→振动弛豫→内转换→系间跨越→振动弛豫→ T1 → S0
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2.1.1.2 荧光激发光谱曲线和发射光谱曲线 1、荧光激发光谱
固定荧光测量波长， 改变激发光的波长，
M* + Q → M + Q + 热量
K f Ki
i
各种非辐射跃迁过程的速 率常数之和。取决于分子 所处的化学环境，同时也 与化学结构有关。
荧光发射过程的 速率常数，取决
于分子结构。
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2.1.1.4 猝灭
荧光分子与其他分子相互作用引起荧光强度 降低甚至荧光消失的现象为荧光猝灭，又称荧光 熄灭。
（1）、 碰撞猝灭---动态猝灭
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2.1.1 荧光分析法基本概念
2.1.1.1 荧光及其产生
A 分子的激发态————分子激发态和三线激发态
基态： 在正常状态下，分子处于最低能级的分子轨
道上称为基态。是分子的稳定状态。
激发态： 基态分子吸收能量后，价层电子跃迁到高能
级的分子轨道上称为电子激发态 。是分子的亚稳 定状态。
外转换使荧光或磷光减弱或“猝灭”。
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2.1.1.1 荧光及其产生
2、辐射跃迁
（1）. 荧光发射：电子由第一激发单重态的最低振动 能级→基态各振动能级，发射时间约为10-7～10-9 s 。
发射荧光的能量比分子吸收的能量小，波长长。
S2
S1
T1
hv
S0 e
16:09:22
hv′
2.1.1.1 荧光及其产生
电能 化学能 光能
生物活性参 与化学发光
电致发光 化学发光 光致发光 生物发光
荧光 磷光
分子发光：
M + 能量
光致发光：
M + hv
M*
M + hv
M*
M + hv'
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光
2.1 荧光分析法
2.1.1 荧光分析法基本概念 2.1.2 荧光强度及影响因素 2.1.3 仪器装置 2.1.4 定量分析方法 2.1.5 荧光分析测定方法、特点和应用
固定激发光波长和 强度，记录在不同波 长λem下所发射的荧光 强度所得关系曲线即 不同波长下荧光强度 的分布。
荧光发射光谱 荧光激发光谱
磷光光谱
200 260 320 380 440 500 560 620 室温下菲的乙醇溶液荧（磷）光光谱
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发射光谱的形状与激发波长无关。
2.1.1.2 荧光激发光谱曲线和发射光谱曲线
荧光发射光谱与吸收光谱成镜像关系
3 2
S1
1
0
3 2
S0
1
0
吸收光谱的形状表明了分子第一激发单重态的振动 能级；发射光谱表明分子基态的振动能级结构。 基态与激发态两者的振动能级结构相似，激发与去 激发组成相反的两个过程。
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2.1.1.3 荧光效率 分子产生荧光必须具备的条件
1. 具有合适的结构：通常是含有苯环和稠环的刚 性结构的有机分子； 2. 具有一定的荧光量子产率。
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2.1.1.1 荧光及其产生
电子自旋多重度
电子从基态跃迁到激发态，分子中的电子可 以处在不同的自旋状态,常用电子自旋多重度来 描述。
M = 2S + 1
S是电子的总自旋量子数，各电子自旋量子数的代数和。
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2.1.1.1 荧光及其产生
单重态（M=1）：电子自旋都配对的分子的电 子态称为单重态，用“S”表示。
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五颜六色雨后路面上水珠油膜呈现
Stokes 用分光计观察到： 荧光的波长比入射光的波长稍微长些
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分子发光：
基态分子吸收能量(电能、热能、化学能或光能等)，电子由 基态跃迁到激发态，当电子由激发态返回基态时，以发射电磁 辐射(即光)的形式释放能量。
分子 +
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荧光发射光谱 荧光激发光谱
磷光光谱
测 量 不 同 波 长 λex 激 发 光照射下荧光强度的
变化，记录荧光强度F
与激发光波长的关系
曲线。
200 260 320 380 440 500 560 620 室温下菲的乙醇溶液荧（磷）光光谱
16:09:22
2.1.1.2 荧光激发光谱曲线和发射光谱曲线
2、荧光发射光谱
返回速度快的途径，发生几率大!
16:09:22
2.1.1.1 荧光及其产生
1、非辐射跃迁
（1）. 振动弛豫：同一电子能级内以热能量交换形 式由高振动能级至低相邻振动能级间的跃迁。发生 振动时间10 -11~ 10 -13 s。
S2
16:09:22
hv
S0
e
2.1.1.1 荧光及其产生
（2）. 内转换：相同多重度的电子能级中, 相等能级 间的非辐射能级交换。发生内转换的时间10-12 s。
16:09:22
2.1.1.3 荧光效率
荧光量子产率（Φ）： 衡量荧光物质发光能力。 它表示激发分子发射出荧光(或磷光) 的比例。
发射荧光的分子数
Φ=
激发分子总数
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2.1.1.3 荧光效率
荧光量子产率与激发态能量释放各过程的速
率常数有关，可用各过程的速率常数来表示荧光
量子产率：
Kf
S2 S1
hv
16:09:22
S0 e
2.1.1.1 荧光及其产生
（3）. 系间跨越：不同多重态在有重叠的转动能级 间的非辐射跃迁。电子自旋改变，跃迁禁阻，通过自 旋-轨道耦合等跃迁。
S2 S1 T1
hv
16:09:22
S0 e
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2.1.1.1 荧光及其产生
（4）. 外转换：激发态分子与溶剂或其他分 子之间产生相互作用而损失能量回到基态的非 辐射跃迁。