مقدمه

فوتولومینسانس انتشار نور از هر نوع ماده است که بر اثر جذب انرژی نور و برانگیخته شدن اکترونی، اتفاق می‌افتد (Lakowics, 2006). یک لومینوفر، یک گروه اتمی یا عملکردی است که در یک ترکیب شیمیایی، مسئولیت خواص لومینسانس را دارد (Karicka, 2003). لومینسانس ‌ها را می‌توان بر اساس طبیعت برانگیختگی شان به صورت رسمی به دو دسته فلورسانس و فسفرسانس تقسیم‌بندی کرد.

فلورسانس

در حالت‌هایی که یک خط واحد در حالت برانگیخته قرار دارند، الکترون برانگیخته شده به الکترون دوم در لایه پایدار متصل است(با چرخش در جهت مخالف). در نتیجه امکان بازگشت به حالت پایدار برای الکترون برانگیخته توسط انتشار فوتون بوجود می‌آید.

نرخ انتشار فلورسانس معمولا 10^{8 1-} s است. بنابراین طول عمر یک فلورسانس نزدیک به   10 ns می‌باشد. طول عمر یک فلورفر میانگین زمان حالت برانگیخته و بازگشت به حالت پایدار است.

فلورسانس معمولا از مولکول‌های آروماتیک رخ می‌دهد. شکل 1 برخی از شناخته‌شده ترین فلورفر‌ها را نشان می‌دهد. یک فلورفر که به صورت گسترده در معرض دید است، کویینین می‌باشد که در آب‌های انرژی‌زا یافت می‌شود. اگر یک لیوان از این آب در معرض نور آفتاب قرار بگیرد، نور آبی کمرنگی در سطح آن قابل روویت است. این نور آبی وقتی که در زاویه مناسب‌تری نسبت به زاویه تابش نور آفتاب قرار بگیریم و یا ثبات دی‌الکتریک با افزودن محلول‌های کمتر قطبی شده (مانند الکل) کاهش یابد؛ واضح‌تر می‌شود. کویینین توسط نور فرابنفش موجود در اشعه خورشید برانگیخته شده و هنگامی که در حال برگشت به حالت پایدار خود است، اشعه ای به رنگ آبی با طول موج 450 nm منتشر می‌کند.

شکل 1- ساختار شناخته‌شده ترین فلورفر‌ها

بسیاری از فلورفر‌های دیگر در زندگی روزمره موثرند. رنگ سبز یا قرمز-نارنجی که در ضدیخ‌ها وجود دارد به ترتیب بدلیل وجود مقادیر اندکی از فلورسن و رودامین در آن‌هاست (شکل1). هیدروکربن‌های آروماتیک چندهسته ای مانند آنتراسن و پریلن، نیز فلروسنت هستند و از نور منتشر شده از این‌ها برای ردیابی آلودگی نفت در محیط زیست استفاده می‌شود.

برخی ترکیبات جایگزین ارگانیک نیز فلورسنت هستند. برای مثال

1,4-bis(5-phenyloxazo1-2-y1)benzene(POPOP)

در شمارش جرقه‌های نور استفاده می‌شود. اکرییدین نارنجی معمولا به عنوان لکه DNA استفاده می‌شود. پیریدین1  و رودامین معمولا در لیزر‌های رنگی استفاده می‌شوند.

برخلاف مولکول‌های ارگانیک آروماتیک، اتم‌ها به طور کلی غیر فلورسنت هستند. یک استثنا قابل توجه در اتم‌ها لانتانید‌ها هستند. فلورسانس ناشی از یون‌های یوروپین و تربیوم نتیجه انتقال‌های الکترونی بین اربیتال‌های f است.

داده‌های طیفی فلورسانس به طور کلی به صورت طیف نشری ارائه می‌شوند. یک طیف فلورسانس نموداری است که شدت فلورسانس را در مقابل طول موج(نانومتر) یا تعداد موج(cm^-1) نشان می‌دهد. دو طیف نشری معمول فلورسانس در شکل2 نشان داده شده است. طیف نشری فلورسانس‌ها بسیار متفاوت از هم است و به ساختار فلورفر و حلال بستگی دارد.

شکل 2 طیف جذب و انتشار فلورسانس در کویینین و پریلن

فسفرسانس

فسفرسانس انتشار نور از حالت‌های سه‌تایی برانگیختگی است(در سه خط برخلاف فلورسانس که در یک خط بود) ، که در این حالت الکترون برانگیخته هم جهت با الکترون در سطح پایدار می‌چرخد. بازگشت به حالت پایدار در اینجا ممنوع است و نرخ انتشار آهسته است (10³– 10⁰ s^-1). بنابراین عمر فسفرسانس معمولا از چند میلی‌ثانیه تا چند ثانیه است. حتی عمر‌های طولانی تر هم برای این مواد امکان پذیر است، همانطور که در اسباب‌بازی های شبتاب قابل مشاهده است.

فسفرسانس معمولا در محلول های مایع در دمای اتاق دیده نمی شود. این به این دلیل است که فرآیندهای غیرفعال سازی بسیاری وجود دارند که با انتشار می توانند رقابت کنند، مانند فرآیند ناپایداری غیر اشباع و خنک سازی.

لازم بذکر است که تمایز بین فلورسانس و فسفرسانس همیشه روشن نیست. کمپلکی‌های فلز-لیگاند (MLCs) که شامل یک فلز و یک یا چند لیگاند آلی هستند، حالت‌های ترکیبی  سه‌گانه را نشان می‌دهند. این MCL ها عمر متوسط بین صد‌ها نانوثانیه تا چندین میکروثانیه را دارند.