Fluorescencja i fosforescencja to istotne zjawiska w takich dziedzinach jak chemia analityczna, obrazowanie biologiczne i nauka o materiałach, w których wykrywają właściwości molekularne i wizualizują struktury komórkowe. Zrozumienie zmiennych wpływających na te zachowania luminescencyjne jest kluczowe dla maksymalizacji dokładności i wydajności w ich zastosowaniach. Zmienne te można ogólnie podzielić na strukturę chemiczną, właściwości rozpuszczalników i warunki zewnętrzne, z których każdy odgrywa odrębną rolę w określaniu intensywności i wydajności fluorescencji i fosforescencji.

Struktura chemiczna

Struktura chemiczna ma znaczny wpływ na fluorescencję i fosforescencję.

Związki aromatyczne z przejściami wiązania π-π-niewiązania o niskiej energii mają tendencję do wykazywania intensywnej i praktycznej fluorescencji. Natomiast struktury karbonylowe alifatyczne i alicykliczne lub silnie sprzężone struktury wiązania podwójnego mogą również fluoryzować, ale w mniejszym stopniu. Związki pierścieni skondensowanych, takie jak chinolina i izochinolina, często również wykazują fluorescencję. Podstawienie pierścienia benzenowego może znacząco wpłynąć na długości fal maksimów absorpcji i emisję fluorescencji. Na przykład podstawienie halogenu wykazuje efekt ciężkich atomów, co zwiększa prawdopodobieństwo przejścia międzysystemowego do stanu trypletowego. Tymczasem podstawienie kwasu karboksylowego lub grupy karbonylowej zwykle hamuje fluorescencję. Cząsteczki o sztywnych strukturach, takie jak fluoren, częściej wykazują wyższą wydajność kwantową, podczas gdy cząsteczki niesztywne doświadczają zwiększonych wewnętrznych współczynników konwersji, co prowadzi do dezaktywacji bezpromieniowej.

Właściwości rozpuszczalnika

Wybór rozpuszczalnika ma kluczowe znaczenie dla intensywności fluorescencji. Wyższe temperatury zmniejszają wydajność kwantową w miarę wzrostu zderzeń cząsteczkowych. Rozpuszczalniki o niskiej lepkości wzmacniają zewnętrzną konwersję, zmniejszając fluorescencję, podczas gdy rozpuszczalniki z ciężkimi atomami tłumią fluorescencję i pobudzają fosforescencję. Obecność rozpuszczonego tlenu może wygasić fluorescencję, indukując utlenianie fluorescencyjnych gatunków lub promując przejście międzysystemowe do stanu trypletowego.

Warunki zewnętrzne

Czynniki środowiskowe, takie jak pH, odgrywają rolę w zachowaniu fluorescencji, szczególnie w związkach aromatycznych z podstawnikami kwasowymi lub zasadowymi. Formy protonowane i nieprotonowane tych związków wykazują różnice zarówno w intensywności emisji, jak i długości fali, zasada ta jest stosowana w titracji kwasowo-zasadowej do wykrywania punktów końcowych.