fluorescenza
fluorescenza
Fenomeno luminoso consistente nell’emissione di radiazione da parte di una molecola che è stata eccitata, mediante un’altra radiazione, in uno stato elettronico di energia superiore rispetto allo stato di più bassa energia (fondamentale). È uno dei fenomeni di luminescenza mediante i quali una molecola che viene portata in uno stato elettronico (e vibrorotazionale) eccitato ritorna nel suo stato fondamentale, e compete con gli altri possibili processi di decadimento: decadimenti non radiativi (senza emissione di radiazione), fosforescenza, dissociazione e così via. Per atomi e per molecole in fase gassosa, può verficarsi che il sistema riemetta subito la radiazione assorbita, tornando in tempi rapidi (10−9÷10−7 s) nello stato fondamentale. In questo caso si ha un fenomeno di fluorescenza risonante e la radiazione emessa ha la stessa lunghezza d’onda di quella assorbita. In molti casi, però, e in particolare per sistemi in soluzione, l’eccesso di energia vibrorotazionale può essere ceduto in modo non radiativo (urti con molecole di solvente) su una scala di tempi di 10−13÷10−11 s; una volta raggiunto il livello vibrorotazionale più basso dello stato elettronico eccitato ha luogo il decadimento radiativo (10−9÷10−7 s) verso lo stato elettronico fondamentale. In tal caso si ha fluorescenza non risonante: essendo perduta non radiativamente una parte dell’energia di eccitazione, la radiazione emessa, che cade spesso nel campo visibile, ha lunghezza maggiore della radiazione eccitante, di frequente nel campo UV (spostamento di Stockes). Essa, inoltre, è composta di una serie di bande di lunghezza diversa, corrispondenti ai diversi livelli vibrorotazionali del livello elettronico fondamentale in cui decade la molecola. L’eccesso di energia rotovibrazionale nel livello fondamentale viene anch’esso perduto mediante urti. A causa della rapidità del decadimento, di fatto la fluorescenza persiste solamente fino a che è attiva la sorgente di eccitazione. Questo schema può essere complicato da altri fenomeni, quali, per es., quelli di conversione interna, nei quali la molecola prima di emettere il fotone di fluorescenza decade non radiativamente in un altro stato eccitato di singoletto a più bassa energia (se presente), con conseguente ulteriore abbassamento della frequenza emessa. I gruppi di atomi di una molecola responsabili della fluorescenza sono detti fluorofori. Tipicamente, mostrano fenomeni di fluorescenza molecole organiche aromatiche con sostituenti elettron-donatori. Le misure di fluorescenza (spettrofluorimetria) trovano applicazione nella determinazione analitica di varie molecole biologiche. Nella fluorescenza a raggi X si ha emissione di radiazione da parte di un materiale sottoposto a irraggiamento con raggi X. La radiazione X provoca l’espulsione di un elettrone interno dell’atomo e la conseguente creazione di una buca che viene colmata per decadimento di un elettrone di un guscio più esterno, con emissione di un fotone X. Questo tipo di fluorescenza trova ampio uso nell’analisi chimica elementare.