Fluorescencia
radiación gamma, rayos x, UV, luz azul, etc.), y luego la emiten nuevamente a una longitud de onda más larga, por ejemplo dentro del espectro visible; los ejemplos más notables de fluorescencia ocurren cuando la luz absorbida se encuentra dentro del rango ultravioleta del espectro -invisible al ojo humano- y la luz emitida se encuentra en la región visible.
El mecanismo de fluorescencia típico implica tres pasos secuenciales, llamados respectivamente absorción (1), disipación no radiativa (2) y emisión (3).
El ciclo completo es muy breve, transcurre en tiempos del orden de los nanosegundos, por lo que puede considerarse prácticamente instantáneo.
Es este tiempo tan corto lo que diferencia a la fluorescencia de otro conocido fenómeno luminoso, la fosforescencia.
Llamó a este fenómeno fluorescencia (fluorescence): «Casi me inclino a acuñar una palabra, y llamo la apariencia fluorescencia, de fluor-spar [es decir, la fluorita], como el término análogo opalescencia se deriva del nombre de un mineral».
Los electrones en un átomo se organizan ocupando diferentes orbitales, esto es, regiones en el espacio en torno al núcleo donde existe una cierta probabilidad de encontrarlos.
Los electrones ahora pueden ocupar regiones de probabilidad en torno a varios núcleos.
Como consecuencia moléculas relativamente simples poseen un número muy elevado de orbitales moleculares entre los cuales se pueden producir transiciones electrónicas.
Finalmente cabe considerar que en una molécula en estado basal, muchos de los electrones se encuentran en estado singlete, es decir, se encuentran complementados por otro electrón dentro del mismo orbital con un espín antiparalelo.
Pero pueden ocurrir otro tipo de transiciones, en la cual dos electrones en estado doblete, pueden ser promovidos a dos orbitales degenerados (de igual energía) adquiriendo un estado triplete en el cual sus espines son paralelos.
Eventualmente todos los electrones en estados excitados caen hasta el estado basal ya sea emitiendo luz (FE) o perdiendo energía por procesos no radiativos (NR) estos procesos se producen en la fluorescencia en tiempos de hasta 10-9 segundos.
En algunas moléculas sin embargo, existen orbitales degenerados con energías muy similares a las de los niveles excitados.
El estado triplete es metaestable y puede existir por tiempos enormemente largos si se lo compara con las transiciones entre estados dobletes; en el primer caso los tiempos de decaimiento usualmente van desde las centésimas de segundo hasta las horas.
En estos casos las diferencias de energía entre la radiación excitadora y la emitida son excepcionalmente grandes.
En resumen la fluorescencia ocurre cuando una molécula, átomo o nanoestructura vuelve a su estado fundamental después de haber sido excitada electrónicamente.
(Las frecuencias específicas de la luz excitadora y emitida son dependientes en cada sistema en particular.)
Las moléculas orgánicas excitadas también pueden relajarse mediante conversión a un estado triplete entregando energía a otro orbital molecular para obtener al final dos orbitales con energías intermedias, finalmente alguno de estos orbitales se relaja emitiendo un cuanto de luz, por fosforescencia o mediante un segundo paso no radiativo de decaimiento.
Para compuestos fluorescentes que emitan fotones con energías desde el UV hasta el infrarrojo cercano, los tiempos típicos de decaimiento del estado excitado se encuentran entre 0.5 a 20 nanosegundos.
Esto no es siempre cierto y se contradice a menudo en muchas moléculas simples.
La luz emitida se encuentra en el rango ultravioleta (UV), y es por lo tanto invisible para nuestros ojos; pero el tubo se encuentra revestido con una capa de un material fluorescente llamado fósforo, el cual absorbe la luz ultravioleta y la reemite en el espectro visible.
Típicamente, en estos dispositivos el semiconductor emisor produce luz en la parte azul del espectro, la cual choca con un compuesto fluorescente depositado en el chip; y este fluorescente emite en la región verde y roja del espectro.
Producen un cuarto del calor por lumen emitido que los bombillos incandescentes y duran hasta cinco veces más.
Adicionalmente, la tecnología que les permite ser usadas también reduce significativamente su vida útil y su fiabilidad en aplicaciones de luz crepuscular, por ejemplo al utilizarlas con los famosos atenuadores o dimmers.
Además, permite visualizar las manchas producidas por una TLC si los compuestos o los reactivos de reveladores son fluorescentes.
Existe entonces una mayor probabilidad que los átomos con energía baja sean excitados y liberen a su vez fotones, permitiendo así un análisis más eficiente.
Algunos ejemplos: También, diversas moléculas biológicas tienen fluorescencia intrínseca y por tanto, pueden ser empleadas sin necesidad de unirlas a una etiqueta química.
La bilirrubina, por ejemplo, es altamente fluorescente cuando se une a la albúmina sérica en un sitio específico.
La protoporfirina zinc, la cual se encuentra en las células sanguíneas cuando la producción del grupo hemo es inhibido por la existencia de plomo o la ausencia de hierro en la sangre, tiene una fuerte fluorescencia y puede ser, por tanto, empleada para detectar estos problemas.
Posteriormente, los filtros ópticos separan la luz excitada de la fluorescencia emitida, para permitir que sea detectada a simple vista, empleando una cámara o utilizando algún otro detector de luz como espectrógrafos, etc.
La scheelita presenta fluorescencia azulada, pero solamente bajpo la luz ultravioleta de onda corta.
