fotoluminescencja

fotoluminescencja

[gr.-łac.],

luminescencja zachodząca w wyniku powrotu do stanu podstawowego cząsteczek lub atomów wzbudzonych do wyższych stanów elektronowych promieniowaniem elektromagnetycznym (zakresu widzialnego i nadfioletu).

Emisja promieniowania (światła) związana ze spinowo dozwolonymi przejściami cząsteczki (atomu) między 2 stanami singletowymi jest zw. fluorescencją; emisja związana ze spinowo wzbronionymi przejściami, o małym prawdopodobieństwie, między stanem singletowym a trypletowym (multiplety widmowe) jest zw. fosforescencją. Fluorescencja zanika szybko (10^–9–10^–8 s) po ustaniu wzbudzenia, fosforescencja zanika w stosunkowo długim czasie.

W procesie fluorescencji cząsteczka wzbudzona do stanu S_n przechodzi zwykle najpierw do najniższego stanu wzbudzonego S₁ w wyniku przejść bezpromienistych, tj. nie związanych z emisją promieniowania (gł. przekazywanie energii w zderzeniach z innymi cząsteczkami lub wewnątrzcząsteczkowa przemiana energii elektronowej w oscylacyjną), a następnie ze stanu S₁ wraca do stanu podstawowego S₀ emitując promieniowanie o długości fali większej od długości fali promieniowania wzbudzającego. Jeśli nie zachodzą przejścia bezpromieniste i cząsteczka przechodzi wprost ze stanu S_n do stanu S₀, emitowane promieniowanie może mieć taką samą długość fali jak wzbudzające (fluorescencja rezonansowa). Fluorescencję obserwuje się w gazach, cieczach i kryształach.

W procesie fosforescencji cząsteczka ze stanu S₁ nie wraca od razu do stanu podstawowego, lecz przechodzi (w wyniku przejścia bezpromienistego) w stan trypletowy T₁ o stosunkowo długim czasie życia; z tego stanu dopiero następuje przejście do stanu podstawowego S₀; przejście S₁ → T₁ zachodzi pod wpływem silnego zaburzenia wywołanego np. obecnością ciężkiego atomu w cząsteczce (np. atom chloru podstawiony w miejsce atomu wodoru w cząsteczce węglowodoru) lub w jej otoczeniu (np. jony chloru, srebra itp. w roztworze); ze stanu T₁ cząsteczka może przejść do stanu podstawowego emitując promieniowanie (fosforescencja), może też nastąpić przekazanie energii cząsteczki podczas jej zderzeń z cząsteczkami ośr. i tzw. wygaszenie emisji; wystąpieniu emisji sprzyja więc „usztywnienie” cząsteczek uniemożliwiające ich zderzanie się i dlatego fosforescencję obserwuje się najczęściej w lepkich cieczach i stanie szklistym. Czasami cząsteczka wraca ze stanu T₁ do stanu S₁ (np. pochłaniając energię ε wskutek wzbudzenia termicznego), a następnie przechodzi do stanu podstawowego emitując promieniowanie (o widmie charakterystycznym dla fluorescencji, a czasie zaniku charakterystycznym dla fosforescencji); taki proces nosi nazwę fluorescencji opóźnionej.

Fotoluminescencję wykorzystuje się m.in. do badania rozkładu poziomów energ. atomów i cząsteczek oraz ich właściwości w stanie wzbudzonym, a także w analizie chemicznej.