Luminiscencia

En el uso común, la luminiscencia se suele analizar en términos de fluorescencia y fosforescencia .

• La fluorescencia es una luminiscencia que ocurre esencialmente solo mientras una sustancia está siendo irradiada (es decir, inmediatamente después de la excitación). ^{[ 5 ]}
• La fosforescencia es una luminiscencia que implica un cambio en la multiplicidad de espín (comúnmente emisión desde un estado triplete), lo que a menudo hace que la transición radiativa sea comparativamente lenta; el término también se ha utilizado fenomenológicamente para la persistencia luminosa de larga duración. ^{[ 6 ]}

Cabe señalar que los materiales prácticos comercializados como "brillan en la oscuridad" a menudo se basan en la luminiscencia persistente (luminiscencia residual mediada por trampas) en lugar de la fosforescencia estrictamente prohibida por el espín; la emisión persistente puede durar de minutos a horas después de la excitación, dependiendo de la profundidad de la trampa y la cinética de liberación. ^{[ 7 ]}

Un material luminiscente se describe a menudo por sus:

• Espectro de emisión (distribución espectral de los fotones emitidos)
• Espectro de excitación (distribución espectral incidente que produce luminiscencia a una longitud de onda de emisión específica) ^{[ 8 ]}

En muchos sistemas fotoluminiscentes, la emisión se produce a longitudes de onda mayores (menor energía fotónica) que la absorción. La diferencia entre los máximos de las bandas de absorción y luminiscencia que surgen de la misma transición electrónica se conoce como desplazamiento de Stokes . ^{[ 9 ]}

Dos indicadores de mérito comunes son:

• Rendimiento cuántico (fracción de excitaciones que producen fotones emitidos)
• Vida útil (escala de tiempo típica de la desintegración del estado excitado)

Ambos dependen de las tasas relativas de las vías de desactivación radiativa y no radiativa y pueden verse fuertemente afectados por el entorno local (disolvente, temperatura, oxígeno, defectos, etc.). ^{[ 4 ]}

• La fotoluminiscencia es la luminiscencia producida por la absorción de radiación óptica. ^{[ 10 ]} Incluye la mayor parte de la fluorescencia/fosforescencia molecular y muchas emisiones de semiconductores y nanomateriales.
  • En los sistemas fotoluminiscentes, la emisión rápida se denomina típicamente fluorescencia , mientras que la emisión más lenta que implica un cambio en la multiplicidad de espín se denomina fosforescencia . ^{[ 5 ] [ 6 ]}
  • Muchos pigmentos que "brillan en la oscuridad" muestran luminiscencia persistente (resplandor posterior mediado por trampas) en lugar de fosforescencia estrictamente prohibida por el espín. ^{[ 7 ]}
  • En materiales con carga atrapada, la estimulación óptica puede liberar la carga almacenada y producir emisión (por ejemplo, luminiscencia estimulada ópticamente ), ampliamente utilizada en datación y dosimetría. ^{[ 11 ]}

• La electroluminiscencia surge cuando la energía eléctrica crea estados excitados que se relajan radiativamente; en los semiconductores, la recombinación radiativa electrón-hueco es fundamental para los LED y los OLED. ^{[ 12 ]}
• La electroquimioluminiscencia (también llamada quimioluminiscencia electrogenerada) es la luminiscencia iniciada por reacciones electroquímicas, típicamente en solución cerca de electrodos. ^{[ 13 ]}
• La galvanoluminiscencia es un término histórico para la luminiscencia observada en un electrodo durante la electrólisis (por ejemplo, en un ánodo en una celda electrolítica). ^{[ 14 ]}

• La quimioluminiscencia es una emisión producida por una reacción química (por ejemplo, luminol). ^{[ 3 ]}
  • La bioluminiscencia es quimioluminiscencia en sistemas vivos. ^{[ 15 ]}
  • La lioluminiscencia es la emisión de luz que se observa cuando ciertos sólidos irradiados se disuelven en un disolvente (desarrollada históricamente en la dosimetría de radiación). ^{[ 16 ]}
• La candoluminiscencia es una emisión no térmica de sólidos excitados por llamas; se ha estudiado tanto como un fenómeno básico como una señal analítica basada en llamas para el análisis de trazas. ^{[ 17 ] [ 18 ]}
• La piroluminiscencia (emisión de llama) es una radiación espectral característica de un gas o vapor excitado por alta temperatura (por ejemplo, sales vaporizadas en una llama). ^{[ 19 ]}

• La radioluminiscencia es la luminiscencia excitada por partículas de alta energía o radiación ionizante. ^{[ 20 ]}
  • Un breve destello, evento por evento, se denomina centelleo . ^{[ 21 ]} Los centelleadores acoplados a fotodetectores son fundamentales para muchos detectores de radiación. ^{[ 22 ]}
• La catodoluminiscencia es la luminiscencia causada por el impacto de electrones, utilizada en la caracterización de materiales y en microscopía. ^{[ 23 ]}
• La ionoluminiscencia (a menudo descrita operativamente como luminiscencia inducida por haz de iones, IBIL) es una luminiscencia excitada por iones rápidos y se utiliza como sonda analítica de defectos y enlaces en materiales. ^{[ 24 ]}

• La mecanoluminiscencia es la emisión producida por la acción mecánica sobre un sólido (frotamiento, agrietamiento, presión). ^{[ 25 ]}
  • La triboluminiscencia y la fractoluminiscencia se utilizan comúnmente para la emisión asociada con el roce y/o la fractura.
  • La piezoluminiscencia es la emisión de luz inducida por presión (típicamente dinámica) o deformación elástica en ciertos sólidos. ^{[ 26 ]}
• La sonoluminiscencia es la emisión de luz de burbujas que colapsan, impulsada por campos sonoros intensos. ^{[ 27 ]}

• La termoluminiscencia surge cuando el calentamiento libera carga atrapada o especies excitadas atrapadas en una matriz rígida, produciendo una emisión retardada. ^{[ 28 ]}
• La cristaloluminiscencia es la luminiscencia producida durante la cristalización (a menudo se informa durante la precipitación rápida o la nucleación). ^{[ 29 ]}
• La crioluminiscencia se ha utilizado para la emisión de luz observada al enfriar o congelar ciertos materiales luminiscentes (a veces se discute como lo "opuesto" a la emisión liberada térmicamente). ^{[ 30 ]}

• Las lámparas fluorescentes y otras lámparas de descarga convierten la energía eléctrica en emisión ultravioleta que es convertida posteriormente por fósforos en luz visible. ^{[ 3 ]}
• Los diodos emisores de luz y los diodos orgánicos emisores de luz (OLED) producen electroluminiscencia directamente en capas semiconductoras u orgánicas y se utilizan ampliamente para indicadores, iluminación general y pantallas. ^{[ 12 ]}
• Los pigmentos luminiscentes persistentes se utilizan en señalización de seguridad, esferas de relojes y productos decorativos porque pueden seguir emitiendo luz después de cargarse con ella. ^{[ 7 ]}

La luminiscencia es una modalidad de detección fundamental en el análisis químico (por ejemplo, ensayos de fluorescencia, extinción de oxígeno, inmunoensayos y detección basada en electroquimioluminiscencia), valorada por su alta sensibilidad y bajo ruido de fondo. ^{[ 4 ] [ 13 ]}

Las proteínas fluorescentes, los colorantes orgánicos y los fósforos de nanopartículas permiten la obtención de imágenes de células y tejidos. Se investigan los fósforos luminiscentes de infrarrojo cercano y las nanopartículas luminiscentes persistentes para la obtención de imágenes de tejidos más profundos con autofluorescencia reducida. ^{[ 32 ] [ 7 ] [ 35 ]}

Los centelleadores convierten la radiación de alta energía en fotones visibles detectados por fotomultiplicadores o fotodiodos, lo que permite la espectroscopia y la obtención de imágenes en medicina nuclear, física de altas energías y control de seguridad. ^{[ 22 ]} Los materiales luminiscentes basados ​​en trampas también son la base de los dosímetros termoluminiscentes y detectores relacionados. ^{[ 22 ]}

La datación por termoluminiscencia y la datación por luminiscencia estimulada ópticamente (OSL) miden las señales de luminiscencia de carga atrapada para estimar el tiempo transcurrido desde que los minerales fueron calentados o expuestos por última vez a la luz solar, ampliamente utilizados en arqueología y geología del Cuaternario. ^{[ 11 ]} Una aplicación industrial de la luminiscencia de rayos X es su uso en la clasificación automatizada de diamantes. Para mejorar la recuperación de diamantes con luminiscencia débil o anómala, su superficie puede modificarse con un agente que contiene un luminóforo. Este tratamiento mejora su señal de luminiscencia de rayos X, haciéndolos detectables por la máquina de clasificación y aumentando significativamente las tasas de recuperación ^{[ 36 ]} .

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