Principles of Fluorescence Spectroscopy 3rd(Springer2006)

### 表面等离子体耦合发射（Surface Plasmon-Coupled Emission, SPCE）原理 #### 一、引言 《荧光光谱学原理》第三版（Springer2006年出版）深入探讨了荧光光谱学的基础理论与应用技术。在该书中提到的一项重要现象是表面等离子体耦合发射（Surface Plasmon-Coupled Emission, SPCE），这一章节主要介绍了SPCE的基本概念及其背后的物理机制。 #### 二、SPCE的定义 当一个荧光分子（即荧光素）靠近金属表面时，可以与金属表面产生的等离子体振荡相互作用，从而形成一组振荡电子，这些振荡电子被称为“表面等离子体”（surface plasmons）。如果金属薄膜足够薄，并且位于合适的基底上，表面等离子体就会将其能量辐射到基底中。这种现象被称作表面等离子体耦合发射（SPCE）。 #### 三、SPCE的现象观察 为了更好地理解SPCE，首先可以通过一个具体的实验来观察这种现象。假设有一个激发态的荧光分子位于一层约50纳米厚的银薄膜上方。这层银薄膜是连续且视觉上不透明的。令人惊讶的是，荧光分子发出的光并不被反射回空气介质中，而是有效地通过薄膜传递到了下方的基底材料中。荧光的空间分布呈现各向同性或接近各向同性的特征。 然而，通过薄膜观测到的荧光只出现在一个特定的角度范围内，这个角度通常用θ_F表示，是从垂直方向测量的。由于样品在垂直z轴方向上是对称的，因此观测到的荧光呈现为围绕z轴的一个圆锥形分布。值得注意的是，这个圆锥并不是因为选择性地透过了某些角度范围内的光线所导致的，而是大约一半的总荧光强度出现在了这个圆锥中，另一半则是在远离薄膜的自由空间中发射出去的。无论是在圆锥内还是圆锥外，荧光的发射光谱都与荧光分子本身的光谱相同。 #### 四、SPCE的物理机制 SPCE中的光被认为是表面等离子体耦合发射（SPCE），这个名字反映了当前对该现象的理解。我们认为，激发态的荧光分子可以在金属表面产生表面等离子体。这些表面等离子体会与荧光分子的偶极子相互作用，改变其辐射衰变率。通常情况下，荧光分子的辐射衰变率不会因环境的变化而发生显著变化，但当它们靠近金属表面时，这种现象就变得尤为明显。 #### 五、SPCE的应用前景 SPCE作为一种能够高效收集并转换荧光发射为定向辐射的现象，具有广泛的应用前景。例如，在生物传感、成像技术和光学通信等领域，SPCE都能够发挥重要作用。通过对SPCE机制的研究，科学家们可以开发出更高效的荧光标记技术和生物探针，这对于提高生物医学研究和临床诊断的精度具有重要意义。 #### 六、结论 《荧光光谱学原理》第三版中介绍的表面等离子体耦合发射（SPCE）是一种独特而重要的现象，它不仅揭示了荧光分子与金属表面相互作用的新途径，也为开发新型光学器件和技术提供了理论基础。随着对SPCE研究的不断深入，相信未来将有更多的创新应用得以实现。