Světélkování

Veškerá energie absorbovaná systémem musí být vyzařována. Vyskytuje se několika způsoby, např. ve formě luminiscence, tepla nebo konformačních změn v molekulách. Podle vědce Sergeje Vavilova: „Luminiscence je přebytek záření tělesa nad teplotním zářením stejného tělesa v dané spektrální oblasti a při dané teplotě, který je také charakterizován konečnou dobou osvětlení, tj. nezmizí. ihned po přerušení buzení."

Typy luminiscence

Různé typy luminiscence rozlišujeme podle faktoru, který je vybudí k osvětlení. Nejoblíbenější jsou:

1. Fotoluminiscence, kde budícím faktorem je elektromagnetické záření z viditelného, ultrafialového nebo infračerveného spektra. Vyzařovaná energie ve formě světla je obvykle menší než excitační energie.
2. Chemiluminiscence, kdy je látka excitována chemickými reakcemi, k tomuto jevu dochází například oxidací luminolu. Slouží k detekci krve na místě činu – stříká se směs luminolu aperoxidu vodíku – silného oxidantu.
3. U světlušek lze pozorovat bioluminiscenci, charakterizovanou excitací látek v důsledku biochemických reakcí. V praxi je tento typ emise záření způsoben enzymatickou reakcí, která vede k oxidaci luciferinu luciferázou. Všechny živé organismy mají potenciál bioluminiscence, ale obvykle je příliš nízký na to, abychom si jej všimli.
4. Elektroluminiscence, kde excitace pevné látky probíhá ve střídavém nebo konstantním elektrickém poli, zatímco plyny podléhají elektroluminiscenci pod elektrickými výboji. Tento jev se využívá mimo jiné u zářivek, elektroluminiscenčních kondenzátorů a převodníků obrazu.
5. Rentgenová luminiscence je emise světla způsobená rentgenovými paprsky. Zdokonalovací obrazovky používané ke zlepšení kvality obrazu jsou založeny na tomto jevu pomocí wolframanu vápenatého.

Kromě toho existuje mnoho dalších typů luminiscence, jako je radioluminiscence, elektrony stimulovaná luminiscence, sonoluminiscence, triboluminiscence a termoluminiscence.

Fotoluminiscence

Fotoluminiscence je nejčastěji používaný jev v chemické analýze. Lze jej kategorizovat do dvou hlavních kategorií podle mechanismů elektronových přechodů, nebo názorněji podle doby mezi absorpcí a emisí energie. Tyto jsou:

• Fluorescence, což je krátkodobé osvětlení, kdy od absorpce energie k emisi neuběhne více než 10 ^-8 sekund. Dochází k němu v případě samovolného přechodu z vyšší energetické hladiny elektronu na nižší.
• Fosforescence je jev dlouhodobého osvětlení, ke kterému dochází v čase delším než 10 ^-8 s od pohlcení energie. Někdy dokonce trvá hodiny nebo dny, než vyzařuje světlo. Tento typ energie vyžaduje existenci metastabilních úrovní a vzniká za účasti tepelné energie média.

Energie fluorescence a fosforescence je mnohem nižší než energie excitačního záření. Vyplývá to z energetické degradace molekuly prostřednictvím neradiačních, tepelných přechodů. Protože emitované fotony mají nižší energii než excitační, posouvá se emisní spektrum směrem k delším vlnovým délkám. Nejvíce posunuté je fosforescenční spektrum, protože k přechodu molekulárního stavu nedochází z úrovně nulového excitovaného singletového stavu S ₁ jako v případě fluorescence, ale z úrovně nulového tripletového stavu T ₁ do libovolného oscilačně- úroveň rotace základního stavu singletu S ₀ . Takové přechody lze graficky pozorovat v Jablonského diagramu.

Fluorescence

Fluorescence je nejčastěji používaným fenoménem luminiscence v chemické analýze. Taková emise záření je popsána několika základními znaky, tj.: absorpčním spektrem, fluorescenčním spektrem, absolutní fluorescenční kvantovou účinností a dobou trvání emise. Absolutní kvantový výtěžek je poměr počtu kvant emitovaného záření k počtu kvant excitačního záření. Doba trvání emise je doba, za kterou intenzita fluorescence poklesne na určitou hodnotu. Zajímavým fenoménem je také zhášení koncentrace. Je charakterizována koncentrační hranicí fosforu v roztoku, za kterou začíná fluorescence klesat. Fosfor je chemická sloučenina, která vykazuje luminiscenci. Jsou to např. polymery, eosin, sulfidy ZnS a oxysulfidy yttria.

Fotoluminiscence organických sloučenin

Ukazuje se, že existuje mnoho zákonitostí, které organické molekuly vykazují ve vztahu k fotoluminiscenci. Jejich fluorescenční pásmo je ve vztahu k absorpčnímu pásmu posunuto směrem k delším vlnovým délkám, ale spektra se částečně překrývají. Existuje také proporcionální vztah mezi intenzitou excitačního světla, absorpcí a kvantovým výtěžkem fluorescence a fluorescence. Proto je možné jej použít v kvalitativní i kvantitativní analýze. Kvantitativní analýza využívající tento jev se nazývá spektrofluorimetrie. Tato technika má ve srovnání s absorpční spektrofotometrií nižší limit detekce a je vysoce selektivní. Selektivita vyplývá ze skutečnosti, že specifické chemické sloučeniny, deriváty arylových sloučenin, které mají konjugovaný systém dvojných vazeb, podléhají fluorescenci. V praxi to znamená, že čím více aromatických kruhů je ve struktuře, tím silnější jsou fluorescenční vlastnosti chemikálie. Aplikace spektrofluorimetrie v organické chemii zahrnuje analýzu biologicky aktivních sloučenin, jako jsou vitamíny, aminokyseliny , proteiny; léčiva, včetně antibiotik; potravinové sloučeniny, jako jsou sacharidy a tuky , a látky toxické pro životní prostředí, jako jsou PAH (polycyklické aromatické uhlovodíky).

Spektrofluorimetrie anorganických sloučenin

Anorganické chemické testy založené na fenoménu fluorimetrie jsou prováděny s využitím mechanismu tvorby chelátových komplexů mezi prvky jako je hliník, berylium, hořčík, vápník a prvky vzácných zemin s vhodnými organickými ligandy. Tyto komplexy vykazují specifickou fluorescenci a limity detekce jsou velmi nízké.

Tabulka 1. Příklady činidel používaných pro fluorimetrické stanovení kovů a LoD.