【前情提要】上回我们说了受激辐射也就是激光的发光原理，是说激发态电子受到另一个光子的激发，回到基态并辐射出一个同样能量的光子。

【本回内容】但是激发态不宜久留，电子自己也会回到基态，多余的能量就会辐射出光子，这个过程叫自发辐射。自发辐射又可以分为荧光(fluorescence)和磷光(phosphorescence)，不同之处主要在于这两个过程产生辐射的激发态不一样。

Jablonski diagram

图1是电子能级示意图，S0基态，吸收一个紫色光子被激发到了S1激发态，如果从S1直接落回基态，这就是荧光。由于降落过程中会以振动形式损失一些能量，所以荧光发射的光可能是绿色的，从吸收光到发射光的波长差叫做斯托克斯位移。如果没有从S1直接回到S0，而是先来到了T1态再回到S0，那这个发光过程叫磷光。

spin states

那S和T是什么意思呢？S指的是单重态(singlet state)，在单重态下一对电子的自旋方向相反，图2左就是S0，两个电子都在能量最低轨道而且自旋方向相反，激发到S1（图2中）则两个电子的自旋方向不变，只是有一个来到了更高能级。如果被激发的电子改变了自旋方向，这一对电子的自旋方向就一样了，这就是一个三重态(triplet state)，见图2右，那么它要回到基态就得再把自己转回来，因为同一个轨道的两个电子自旋方向必然不同（泡利不相容原理）。T1的能量通常比S1低一些，但是电子自旋方向发生改变的概率比较小而且比较慢，所以磷光通常比荧光弱很多，而且发光寿命（τ）长很多。磷光和磷元素没啥关系。Java和javascript有啥关系吗？

至于水母，它们发光主要有两种蛋白的参与，第一种是水母素，这种蛋白结合钙离子和氧，会发出470nm蓝色光；第二种是绿色荧光蛋白(green fluorescent protein, GFP)，它吸收水母素发出的蓝色光，然后荧光辐射出绿色光，所以叫绿色荧光蛋白！荧光蛋白的研究工作在2008年获得了诺贝尔化学奖，授予了在普林斯顿抓了一万只水母提取1mg水母素和GFP的下村脩、率先把GFP编码DNA转入秀丽线虫让线虫发光的Marty Chalfie，以及诱导GFP突变获得其他很多色的钱永健。荧光蛋白标记让我们得以追踪活体生物过程，此前万古如长夜。

FP review fig 图3是钱永健课题组用转了不同色荧光蛋白的细菌涂的培养皿[1]

钱永健教授在2016年一次骑行旅程中不幸去世；中村教授在2018年去世，享年90岁。他们又归于长夜，但我们（其实没有我）的工作还要继续 😇

  1. Zimmer, Marc. “GFP: from jellyfish to the Nobel prize and beyond.” Chemical Society Reviews 38.10 (2009): 2823-2832.