一、如何解读荧光光谱

荧光光谱分为分为稳态和瞬态荧光光谱两个大类，量子点的稳态荧光光谱又分为发射光谱（PL）和激发光谱（PLE）两种。

PL光谱用于测定样品的发光位置、相对荧光强度、缺陷态以及尺寸分布等信息。

PLE光谱主要是与对应的吸收光谱对比，可以得到不同发射峰位的样品的成分组成信息。

瞬态荧光发射光谱仪主要测试的是量子点在脉冲激发下的荧光衰减曲线。由此可以得到量子点的辐射寿命以及量子点缺陷态等相关信息。

激发光谱：固定发射光的波长，改变激发光的波长，记录荧光强度随激发波长的变化。

发射光谱：固定激发光的波长，记录不同发射波长处荧光强度随发射波长的变化。

激发光谱和荧(磷)光光谱

荧光光谱能够提供激发谱、发射谱、峰位、峰强度、量子产率、荧光寿命、荧光偏振度等信息，荧光分析定性和定量的基础。

无论是激发还是发射荧光光谱图，其都是记录发射荧光强度随波长的变化。所以荧光光谱中纵坐标为强度，横坐标为波长。首先从图中能获取峰位和半峰宽。峰位的直观体现是荧光的颜色；半峰宽则表示荧光的纯度。

荧光光谱常与吸收光谱同时出现。所以可以与分子的吸收光谱相比较。图3A为同一物质的吸收光谱（UV - Vis）、荧光激发光谱（PLE）和荧光发射光谱图（PL）。从图中不难发现激发光谱与吸收光谱非常相似。但是两者有着本质的不同，吸收光谱的纵坐标是吸光度（Absorbance），反应物质吸收光的情况；荧光光谱的纵坐标是分子发出的荧光强度（Intensity），其不仅与物质吸光能力有关还和量子效率有关。在很多研究体系中，常常结合两者分析问题。

二、稳态/瞬态荧光光谱原理

我们常见的稳态/瞬态荧光光谱仪（图1）就是一种基于荧光光谱法原理，用于测定材料发光性能（如，激发光谱、发射光谱、量子产率、荧光强度以及荧光寿命等）的分析仪器，是一种综合型的荧光光谱仪，既可以测得覆盖200～1700 nm波段的紫外可见-近红外光的稳态光谱，同时又可测得瞬态光谱。

图1 爱丁堡FLS980型稳态/瞬态荧光光谱仪

稳态/瞬态荧光光谱仪主要以时间相关单光子计数原理（time-correlated single photon counting）来作为测量荧光寿命的工作基础，该原理简称为“单光子计数（SPC）法”，利用脉冲光源激发样品后，样品发出荧光光子信号，每次脉冲后只记录某特定波长单个光子出现的时间t，经过多次计数，测得荧光光子出现的几率分布P(t)，此P(t)曲线就相当于激发停止后荧光强度随时间衰减的I(t)曲线，这好比一束光通过一个小孔形成的衍射图与单个光子一个一个地通过小孔长时间的累计可得完全相同的衍射图的原理是一样的。

以FS920型稳态/瞬态荧光光谱仪为例，如图2所示。

图2 稳态/瞬态荧光光谱仪原理示意图[2]

当荧光光谱仪进行工作时，被测的荧光物质在激发光照射下所发出的荧光，经过单色器变成单色荧光后照射于光电倍增管上，由其所发生的光电流经过放大器放大输至记录仪。一个激发，一个发射，采用双单色器系统，可分别测量激发光谱和荧光光谱。

从得到的荧光光谱中，我们可以获得以下主要谱参数[1]：

（a）激发光谱和发射光谱：激发光谱与吸收光谱极为相似，呈正相关；吸收光谱与发射光谱呈镜像对称关系；

（b）荧光寿命：去掉激发光后，分子的荧光强度降到去掉激发光时刻荧光强度I0的1/e所需要的时间，称为荧光寿命（如图5）；

图5 荧光寿命示意图[2]

（c）量子产率: 荧光量子产率是物质荧光特性中最基本的参数之一。它表示物质发射荧光的效率，通常用来表示，定义为发射量子数和吸收量子数之比，即由荧光发射造成的退激分子在全部退激分子中所占的比例，又称为荧光效率。

（d）荧光强度：测定荧光的相对强度与一些因素有关。荧光的相对强度可以用式1-1表示：

式中，F---荧光强度，K---仪器常数，---量子产率，I---激发光强度，a---摩尔吸收系数，d---样品池的光径，c---样品的浓度。

三、稳态/瞬态荧光光谱仪器功能介绍

稳态/瞬态荧光光谱仪广泛应用于多个领域，主要得益于其能实现多种功能性测试：

（a）能够实现不同类型样品（包括液体，固体，薄膜以及粉末）的激发光谱、发射光谱（200～1700 nm）、同步扫描、动力学光谱、三维光谱的测试；

（b）通过配备紫外可见区多个波段皮秒脉冲激光器以及超连续稳态/脉冲白光激光器，能够实现覆盖紫外可见近红外波段稳态/瞬态激发，能够分别进行荧光寿命、上转换荧光寿命（30 ps～50 μs, 200 nm～1700 nm）和磷光寿命（1 μs～10 s, 200 nm～1700 nm）测试；

（c）利用大口径积分球置于样品仓内，通过直接光路测量绝对荧光量子产量（200 nm～1700 nm）；

（d）能够进行不同温区的变温荧光实验（4 K～500 K）；

（e）配备偏振附件能够实现荧光各向异性测试；

（f）可进一步同显微镜耦合，进行微区稳态瞬态荧光测量、电致荧光测量等。

四、稳态/瞬态荧光光谱测试制样要求

1、确定样品有荧光/磷光性能，样品要光激励下能发光，不然所有荧光类测试都没有意义！

看样品是否有荧光，对于发光在可见区的样品，最简单直观的：紫外激光灯照或者紫外暗箱照射下看看样品有没有发光。

一些荧光样品在uv365灯下的照片：

2、粉末样品：一般需要20mg以上，块状或薄膜样品要求尺寸在1*1cm-2*2cm之间；

3、液体样品：5ml左右，浓度自己把控；测液体的量子效率，需同时提供溶剂5ml；

4、需对比荧光强度的务必备注一下：同一测试条件下测试对比荧光强度；

五、稳态/瞬态荧光光谱测试常见问题

1、不知道激发波长，能进行PL测试吗？

答：在未知激发波长的情况下，需要反复调整参数进行测试，还很有可能达不到预期的测试要求，导致后面一系列的数据问题，所以在测试之前最好能确定激发波长。

2、稳态荧光和瞬态荧光的区别是什么？

答：稳态比较荧光强度，一般强度越低说明载流子分离效果越好；瞬态比较寿命，寿命长短对性能的影响要视机制而定。

3、样品一定先测稳态，再测量子产率、瞬态光谱？

答：产率测试前，样品要测过光谱，不要没有测过荧光就直接测产率。可同时预约“发射谱”+“量子产率”测试；

稳态谱的数据是寿命测试的必要条件，没有测过光谱的，不清楚监测波长的，务必选择发射谱测试。一般稳态谱和寿命用的激发波长是一样的，或者是相近波长的激光器。荧光寿命的监测波长通常是光谱峰位或根据样品发射机制来确定的。

4、样品激发波长是325mm，如果最大的发射峰在325或650mm左右，能不能测出来？

答：通常不能。因为在激发波长的整数倍都会出现倍频峰，这个情况只能通过加滤波片进行解决，关于这个需要提前沟通咨询。

5、荧光发射光谱峰比较弱是什么原因造成的？

答：如果不是最佳激发波长激发的，发射谱峰就会比较弱，测前应尽可能提供最佳激发波长。最佳激发波长激发时，会调节参数，在能力范围内给出最佳数据；但如果样品荧光效应本身不强，发射峰结果比较弱也是必然的。

6、样品发射波长会变化吗？

答：样品的发射波长都是一定的，不会随着激发波长的变化而变化，但是相对强度会有一定的变化。这是由于荧光发射发生在第一电子激发态的最低振动能级，而与荧光体被激发至哪一个电子态无关，所以荧光光谱通常与激发波长无关。

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