光ルミネセンスは、分子が光エネルギーを吸収し、それを光の形で再放出するプロセスです。この現象は、物質が光子を吸収し、その電子をより高いエネルギーレベルの励起状態に昇格させた後、緩和プロセスを経て電子が元の基底状態のエネルギーレベルに戻り、光を放出するときに発生します。光ルミネセンスは、半導体、有機化合物、無機化合物など、さまざまな材料で広く観察されています。
一重項スピン状態の電子のペアは、反対のスピンを持つ同じ電子基底状態を占めますが、三重項励起状態は、電子のスピンが基底状態のスピンとペアになっていない場合に発生します。関与する電子スピン状態に基づいて、光ルミネセンスには蛍光とリン光の 2 つの主なタイプがあります。
蛍光は、通常ナノ秒からマイクロ秒の範囲の急速な減衰時間を特徴とする光ルミネセンスの一種です。蛍光では、励起状態と基底状態の電子スピン多重度は同じであり、遷移中に電子スピンは変化しません。このプロセスには一重項-一重項遷移が伴い、励起状態と基底状態の両方が一重項状態となり、すべての電子が対になります。
リン光は、減衰時間がかなり長く、数ミリ秒から数分に及ぶことを特徴とする別のタイプの光ルミネセンスです。リン光では、励起状態と基底状態は電子スピンの多重度が異なります。このプロセスには三重項-一重項遷移が伴い、励起状態は三重項状態(平行スピンを持つ 2 つの不対電子)で、基底状態は一重項状態です。これらの遷移は「スピン禁制」であり、遷移中に電子スピンが変化する必要があります。
蛍光とリン光はどちらも、光センサー、バイオイメージング、有機発光ダイオードなど、さまざまな用途に使用できます。光ルミネセンススペクトルは、励起波長または発光波長に関連して放出された放射線の強度を測定することによって記録されます。励起スペクトルは、励起波長を変えながら固定波長での放出を監視することによって取得されます。放出スペクトルは、固定波長を使用して分子を励起することによって取得されます。
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