12.10 : Fotoluminescencja: Fluorescencja i fosforescencja

Fotoluminescencja to proces, w którym cząsteczka pochłania energię świetlną i ponownie ją emituje w postaci światła. Zjawisko to występuje, gdy substancja pochłania fotony, promując swoje elektrony do stanów wzbudzonych o wyższym poziomie energii, po czym następuje proces relaksacji, w którym elektrony powracają do swoich pierwotnych poziomów energii stanu podstawowego i emitują światło. Fotoluminescencja jest powszechnie obserwowana w różnych materiałach, w tym półprzewodnikach oraz związkach organicznych i nieorganicznych.

Para elektronów w stanie spinowym singletowym zajmuje ten sam stan podstawowy z przeciwnymi spinami, podczas gdy stan wzbudzony trypletowy występuje, gdy spin elektronu nie jest już sparowany ze spinem stanu podstawowego. Istnieją dwa główne typy fotoluminescencji w zależności od zaangażowanych stanów spinu elektronowego: fluorescencja i fosforescencja.

Fluorescencja to typ fotoluminescencji charakteryzujący się szybkim czasem zaniku, zwykle wynoszącym od nanosekund do mikrosekund. We fluorescencji stan wzbudzony i podstawowy mają tę samą wielokrotność spinu elektronów, co oznacza, że spin elektronu pozostaje niezmieniony podczas przejścia. Proces ten obejmuje przejścia singlet-singlet, w których zarówno stan wzbudzony, jak i stan podstawowy są stanami singletowymi, w których wszystkie elektrony są sparowane.

Fosforescencja to inny rodzaj fotoluminescencji charakteryzujący się znacznie dłuższymi czasami zaniku, rozciągającymi się od milisekund do minut. W fosforescencji stan wzbudzony i stan podstawowy mają różne krotności spinów elektronowych. Proces ten obejmuje przejścia między stanem trypletowym a singletowym, gdzie stan wzbudzony jest stanem trypletowym (dwa niesparowane elektrony o równoległych spinach), a stan podstawowy jest stanem singletowym. Te przejścia są „zabronione spinowo”, co oznacza, że ​​spin elektronu musi się zmieniać podczas przejścia.

Zarówno fluorescencja, jak i fosforescencja mogą być wykorzystywane w różnych aplikacjach, takich jak czujniki optyczne, bioobrazowanie i organiczne diody emitujące światło. Widma fotoluminescencji są rejestrowane poprzez pomiar intensywności emitowanego promieniowania w odniesieniu do długości fali wzbudzenia lub długości fali emisji. Widma wzbudzenia są uzyskiwane poprzez monitorowanie emisji przy ustalonej długości fali przy jednoczesnej zmianie długości fali wzbudzenia. Widma emisyjne uzyskuje się poprzez wzbudzenie cząsteczek przy użyciu stałej długości fali.