电子光谱学

电子光谱学测量分子轨道之间电子的跃迁，主要在紫外和可见光区域，解释了颜色、光化学以及荧光和磷光的丰富现象。

Definition

电子光谱学是通过吸收或发射紫外、可见光及相关辐射来研究分子电子能级之间跃迁的学科，包括吸收光谱、发光和光电子能谱。

Scope

本主题涵盖分子电子态之间的跃迁：电子在轨道之间跃迁时产生的紫外-可见吸收、控制伴随振动结构的Franck-Condon原理，以及将吸光度与浓度关联起来的Beer-Lambert定律。它包括发色团和共轭、作为荧光、磷光和系间窜越基础的单重态和三重态（如Jablonski图所示），以及光电子能谱。在相关主题中讨论了跟踪激发态动力学的时间分辨和激光方法。

Core questions

• 分子轨道之间的电子跃迁如何产生紫外-可见光谱？
• Franck-Condon原理如何解释电子谱带的振动结构？
• Beer-Lambert定律如何将吸光度与浓度关联起来？
• 荧光、磷光和系间窜越是如何从激发态产生的？

Key concepts

• 电子跃迁和发色团
• Franck-Condon原理
• Beer-Lambert定律
• 单重态和三重态激发态
• 荧光、磷光和Jablonski图

Key theories

Franck-Condon原理

电子跃迁速度极快，以至于跃迁过程中原子核可以被认为是静止的，因此最强的振动电子谱带是那些基态和激发电子态之间振动波函数重叠最佳的谱带。

激发态衰变途径

激发分子可以通过从单重态发射光子产生荧光，或从三重态发射光子产生磷光来弛豫，也可以通过内部转换和系间窜越进行非辐射弛豫，这些过程在Jablonski图中有所组织。

Clinical relevance

电子光谱学是基于Beer-Lambert定律的紫外-可见定量分析、染料、颜料、光伏和发光材料设计、生命科学中基于荧光的检测和显微技术，以及对视觉和光化学理解的基础。

History

Franck于1926年提出并由Condon赋予量子形式的Franck-Condon原理，解释了电子谱带的强度模式；Jablonski在20世纪30年代提出的激发态过程图系统化了发光现象，现代光电子和激光方法将该领域扩展到电离和超快动力学。

Key figures

• James Franck
• Edward Condon
• Aleksander Jablonski

Seminal works

• atkins2018
• hollas2004

Frequently asked questions

为什么有些物质有颜色？

当物质的电子跃迁吸收可见光范围内的光时，它就会呈现颜色，这通常是因为扩展共轭或金属d轨道跃迁降低了能隙；观察到的颜色与吸收的波长互补。

荧光和磷光有什么区别？

荧光是从与基态自旋相同的激发单重态快速发射，而磷光是从通过系间窜越达到的三重态较慢发射；自旋变化使得磷光是禁阻的，因此寿命较长。