La fluorescenza e la fosforescenza sono dei fenomeni essenziali in campi come la chimica analitica, l'imaging biologico e la scienza dei materiali, dove rilevano proprietà molecolari e visualizzano strutture cellulari. Comprendere le variabili che influenzano questi comportamenti luminescenti è fondamentale per massimizzare l'accuratezza e l'efficienza nelle loro applicazioni. Queste variabili possono essere ampiamente raggruppate in una struttura chimica, con proprietà del solvente e condizioni esterne, ciascuna delle quali svolge un ruolo distinto nel determinare l'intensità e l'efficienza della fluorescenza e della fosforescenza.

Struttura chimica

La struttura chimica ha un impatto significativo sulla fluorescenza e sulla fosforescenza.

I composti aromatici con delle transizioni dal legame γ a un non legame γ a bassa energia, tendono a mostrare una fluorescenza intensa e pratica. Al contrario, anche le strutture carboniliche alifatiche e alicicliche o le strutture a doppio legame altamente coniugate possono fluorescere, ma in misura minore. Anche i composti ad anello fuso, come la chinolina e l’isochinolina, spesso mostrano fluorescenza. La sostituzione di un anello benzenico può influenzare significativamente le lunghezze d'onda massime di assorbimento e l'emissione di fluorescenza. Per esempio, la sostituzione di alogeni dimostra l'effetto di atomi pesanti, che aumenta la probabilità di attraversamento intersistema allo stato di tripletto. Nel frattempo, la sostituzione di acido carbossilico o gruppo carbonilico inibisce tipicamente la fluorescenza. Le molecole aventi strutture rigide, come il fluorene, hanno maggiori probabilità di esibire un'efficienza quantica più elevata, mentre le molecole non rigide sperimentano tassi di conversione interna maggiori, portando a una disattivazione senza radiazioni.

Proprietà del solvente

La scelta del solvente è fondamentale per l'intensità della fluorescenza. Le temperature più elevate man mano che aumentano le collisioni molecolari, riducono l'efficienza quantica. I solventi a bassa viscosità migliorano la conversione esterna, diminuendo la fluorescenza, mentre i solventi aventi atomi pesanti sopprimono la fluorescenza e favoriscono la fosforescenza. La presenza di ossigeno disciolto può estinguere la fluorescenza inducendo l'ossidazione di specie fluorescenti o promuovendo l'attraversamento intersistema allo stato di tripletto.

Condizioni esterne

I fattori ambientali, come il pH, svolgono un ruolo nel comportamento della fluorescenza, in particolare nei composti aromatici aventi sostituenti acidi o basici. Le forme protonate e non protonate di questi composti mostrano delle variazioni sia nell'intensità di emissione che nella lunghezza d'onda, un principio applicato nelle titolazioni acido-base per rilevare i punti finali.