107年:藥學二(第2次)

有關螢光光譜與磷光光譜之比較,下列何者錯誤?

A兩者皆為發散光譜
B螢光之半衰期較磷光短
C螢光之能量較磷光高
D螢光涉及電子自旋改變,磷光則無

詳細解析

本題觀念:

螢光(fluorescence)與磷光(phosphorescence)光譜的核心差異,在於電子自旋的變化。本題考「何者錯誤」,需要仔細辨別兩者在自旋、半衰期、能量三方面的關係。

選項分析

(A) 兩者皆為發散光譜 ✅ 螢光與磷光均屬於發射光譜(emission spectroscopy),分子吸收激發光後,再以較低能量的光子形式釋出能量,因此兩者皆為發射(發散)光譜。此陳述正確。

(B) 螢光之半衰期較磷光短 ✅ 螢光由單重態(singlet state, S₁)回到基態(S₀)的躍遷為「allowed」(自旋允許),半衰期極短,約為 10910^{-9}10610^{-6} 秒(奈秒至微秒)。磷光則由三重態(triplet state, T₁)回到基態,屬「forbidden」躍遷,半衰期長達毫秒至秒甚至數分鐘。因此螢光半衰期確實較磷光短。此陳述正確。

(C) 螢光之能量較磷光高 ✅ 磷光的發射波長比螢光更長(紅移),原因是三重態(T₁)的能量低於單重態(S₁)。依據 E=hν=hc/λE = h\nu = hc/\lambda,波長越長,能量越低。因此螢光的發射光子能量高於磷光。此陳述正確。

(D) 螢光涉及電子自旋改變,磷光則無 ❌(答案) 此陳述「錯誤」。正確機制恰好相反:

  • 螢光:S₁ → S₀,同為單

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