Luminiscencia

Akákoľvek energia absorbovaná systémom musí byť emitovaná. Prebieha niekoľkými spôsobmi, napr. vo forme luminiscencie, tepla alebo konformačných zmien v molekulách. Podľa vedca Sergeja Vavilova: „Luminiscencia je prebytok vyžarovania telesa nad teplotným vyžarovaním toho istého telesa v danej spektrálnej oblasti a pri danej teplote, ktorý je tiež charakterizovaný konečnou dobou osvetlenia, tj nezmizne. ihneď po prerušení budenia.“

Typy luminiscencie

Rôzne druhy luminiscencie rozlišujeme podľa faktora, ktorý ich vybudí k osvetleniu. Najpopulárnejšie sú:

1. Fotoluminiscencia, kde budiacim faktorom je elektromagnetické žiarenie z viditeľného, ultrafialového alebo infračerveného spektra. Vyžarovaná energia vo forme svetla je zvyčajne menšia ako excitačná energia.
2. Chemiluminiscencia, kde je látka excitovaná chemickými reakciami, k tomuto javu dochádza napríklad v dôsledku oxidácie luminolu. Používa sa na detekciu krvi na mieste činu – nastrieka sa zmes luminolu aperoxidu vodíka – silného oxidantu.
3. U svetlušiek možno pozorovať bioluminiscenciu charakterizovanú excitáciou látok v dôsledku biochemických reakcií. V praxi je tento typ emisie žiarenia spôsobený enzymatickou reakciou, ktorá vedie k oxidácii luciferínu luciferázou. Všetky živé organizmy majú potenciál bioluminiscencie, ale zvyčajne je príliš nízky na to, aby sme si ho všimli.
4. Elektroluminiscencia, kde excitácia pevnej látky prebieha v striedavom alebo konštantnom elektrickom poli, zatiaľ čo plyny podliehajú elektroluminiscencii pod elektrickými výbojmi. Tento jav sa využíva okrem iného v žiarivkách, elektroluminiscenčných kondenzátoroch a konvertoroch obrazu.
5. Röntgenová luminiscencia je emisia svetla spôsobená röntgenovými lúčmi. Vylepšovacie obrazovky používané na zlepšenie kvality obrazu sú založené na tomto fenoméne pomocou volfrámu vápenatého.

Okrem toho existuje mnoho ďalších typov luminiscencie, ako je rádioluminiscencia, elektrónmi stimulovaná luminiscencia, sonoluminiscencia, triboluminiscencia a termoluminiscencia.

Fotoluminiscencia

Fotoluminiscencia je najčastejšie používaný jav v chemickej analýze. Dá sa kategorizovať do dvoch hlavných kategórií podľa mechanizmov elektronických prechodov, alebo názornejšie podľa času medzi absorpciou a emisiou energie. Toto sú:

• Fluorescencia, čo je krátkodobé osvetlenie, pri ktorom od absorpcie energie po emisiu neprejde viac ako 10 ^-8 sekúnd. Nastáva pri samovoľnom prechode z vyššej energetickej hladiny elektrónu na nižšiu.
• Fosforescencia je jav dlhodobého osvetlenia, ku ktorému dochádza v čase dlhšom ako 10 ^-8 s od absorpcie energie. Niekedy dokonca trvá hodiny alebo dni, kým vyžaruje svetlo. Tento typ energie vyžaduje existenciu metastabilných úrovní a vzniká za účasti tepelnej energie média.

Energia fluorescencie a fosforescencie je oveľa nižšia ako energia excitačného žiarenia. Je výsledkom degradácie energie molekuly prostredníctvom nežiarivých, tepelných prechodov. Keďže emitované fotóny majú nižšiu energiu ako excitačné, emisné spektrum sa posúva smerom k dlhším vlnovým dĺžkam. Fosforescenčné spektrum je najviac posunuté, pretože k prechodu molekulárneho stavu nedochádza z úrovne nulového excitovaného singletového stavu S ₁ ako v prípade fluorescencie, ale z úrovne nulového tripletového stavu T ₁ do ľubovoľného oscilačno- úroveň rotácie základného stavu singletu S ₀ . Takéto prechody možno graficky pozorovať v Jablonského diagrame.

Fluorescencia

Fluorescencia je najčastejšie používaný fenomén luminiscencie v chemickej analýze. Takáto emisia žiarenia je opísaná niekoľkými základnými znakmi, tj: absorpčným spektrom, fluorescenčným spektrom, absolútnou fluorescenčnou kvantovou účinnosťou a trvaním emisie. Absolútny kvantový výťažok je pomer počtu kvánt emitovaného žiarenia k počtu kvánt excitačného žiarenia. Trvanie emisie je čas, za ktorý intenzita fluorescencie klesne na určitú hodnotu. Zaujímavým fenoménom je aj zhášanie koncentrácie. Vyznačuje sa koncentračným limitom fosforu v roztoku, po prekročení ktorého začína fluorescencia klesať. Fosfor je chemická zlúčenina, ktorá vykazuje luminiscenciu. Sú to napr. polyméry, eozín, sulfidy ZnS a oxysulfidy ytria.

Fotoluminiscencia organických zlúčenín

Ukazuje sa, že existuje veľa zákonitostí, ktoré organické molekuly vykazujú vo vzťahu k fotoluminiscencii. Ich fluorescenčné pásmo je vo vzťahu k absorpčnému pásmu posunuté smerom k dlhším vlnovým dĺžkam, ale spektrá sa čiastočne prekrývajú. Existuje tiež proporcionálny vzťah medzi intenzitou excitačného svetla, absorpciou a kvantovým výťažkom fluorescencie a fluorescencie. Preto je možné ho použiť v kvalitatívnej a kvantitatívnej analýze. Kvantitatívna analýza využívajúca tento jav sa nazýva spektrofluorimetria. Táto technika má v porovnaní s absorpčnou spektrofotometriou nižší limit detekcie a je vysoko selektívna. Selektivita vyplýva zo skutočnosti, že špecifické chemické zlúčeniny, deriváty arylových zlúčenín, ktoré majú konjugovaný systém dvojitých väzieb, podliehajú fluorescencii. V praxi to znamená, že čím viac aromatických kruhov je v štruktúre, tým silnejšie sú fluorescenčné vlastnosti chemikálie. Aplikácia spektrofluorimetrie v organickej chémii zahŕňa analýzu biologicky aktívnych zlúčenín, ako sú vitamíny, aminokyseliny , proteíny; liečivá vrátane antibiotík; potravinové zlúčeniny, ako sú uhľohydráty a tuky , a environmentálne toxické látky, ako sú PAH (polycyklické aromatické uhľovodíky).

Spektrofluorimetria anorganických zlúčenín

Anorganické chemické testy založené na fenoméne fluorimetrie sa uskutočňujú s použitím mechanizmu tvorby chelátových komplexov medzi prvkami ako hliník, berýlium, horčík, vápnik a prvky vzácnych zemín s vhodnými organickými ligandami. Tieto komplexy vykazujú špecifickú fluorescenciu a limity detekcie sú veľmi nízke.

Tabuľka 1. Príklady činidiel používaných na fluorimetrické stanovenie kovov a LoD.