طیف‌سنجی لومینسانس

بندانگشتی|نمونه‌ای از یک دستگاه طیف‌سنج لومینسانس آزمایشگاهی
طیف‌سنجی لومینسانس (به انگلیسی: Luminescence Spectroscopy) شاخه‌ای از طیف‌سنجی نوری است که به مطالعهٔ نور گسیل‌شده از یک ماده پس از برانگیزش آن می‌پردازد. در این روش، نمونه با استفاده از یک منبع انرژی خارجی—همچون تابش الکترومغناطیسی، واکنش شیمیایی یا میدان الکتریکی—به حالت برانگیخته منتقل می‌شود و سپس نور ساطع‌شده در فرآیند بازگشت به حالت پایه ثبت و تحلیل می‌گردد.Lakowicz, J. R. Principles of Fluorescence Spectroscopy. Springer.

لومینسانس دربردارندهٔ پدیده‌های مختلفی نظیر فلورسنس، فسفرسانس، کمی‌لومینسانس و بیولومینسانس است. هر یک از این فرآیندها دارای سازوکارهای کوانتومی مشخص و زمان‌های واپاشی متفاوت هستند که تحلیل آن‌ها اطلاعات مهمی دربارهٔ ساختار الکترونی و دینامیک انرژی ماده فراهم می‌کند.

 اصول فیزیکی 
لومینسانس نتیجهٔ گذار الکترونی از ترازهای انرژی بالاتر به حالت پایه یا حالت‌های کم‌انرژی‌تر است. برانگیزش معمولاً از طریق:

 جذب فوتون،
 فرآیندهای شیمیایی،
 میدان الکتریکی،
 یا انتقال انرژی میان مولکولی انجام می‌شود.

پس از برانگیزش، الکترون‌ها از طریق گذارهای تابشی یا غیرتابشی به حالت پایه بازمی‌گردند. ویژگی‌های طیف لومینسانس—اعم از طول موج گسیل، شدت، پهنای نواری و زمان واپاشی—تابعی از ساختار الکترونی، محیط شیمیایی و شرایط فیزیکی نمونه هستند.Valeur, B. Molecular Fluorescence. Wiley-VCH.

 انواع لومینسانس 

 فلورسنس 
فلورسنس فرآیندی سریع (در حد نانوثانیه) است که در آن گذارهای تابشی بین حالت‌های تک‌تایی مولکولی رخ می‌دهد. این پدیده اساس بسیاری از روش‌های حساس در شیمی تجزیه و تصویربرداری زیستی است.

 فسفرسانس 
در فسفرسانس، گذار بین حالت‌های سه‌تایی و تک‌تایی انجام می‌شود که از نظر قواعد انتخاب اسپینی "ممنوع" است؛ بنابراین زمان واپاشی آن از میلی‌ثانیه تا چند ساعت متغیر است.

 کمی‌لومینسانس 
در کمی‌لومینسانس، نور در اثر یک واکنش شیمیایی بدون نیاز به برانگیزش نوری تولید می‌شود. این روش در تحلیل‌های ردیابی و آزمون‌های زیست‌تحلیلی اهمیت فراوان دارد.

 بیولومینسانس 
بیولومینسانس زیرشاخه‌ای از کمی‌لومینسانس است که در آن موجودات زنده—مانند کرم شب‌تاب یا برخی باکتری‌ها—نور تولید می‌کنند. این پدیده ناشی از واکنش‌های آنزیمی از جمله واکنش لوکیفراز است.

 ابزار و روش‌های اندازه‌گیری 
یک سامانهٔ معمولی طیف‌سنجی لومینسانس از بخش‌های زیر تشکیل می‌شود:

 منبع برانگیزش (لیزر، لامپ زنون یا LED)
 تک‌فام‌ساز برانگیزش و گسیل
 محفظهٔ نمونه
 آشکارساز (فتومولتی‌پلایر یا آشکارسازهای CCD)
 نرم‌افزار پردازش طیف

روش‌های رایج شامل:

 طیف‌سنجی گسیل،
 طیف‌سنجی حلّال وابسته،
 اندازه‌گیری عمر لومینسانس،
 و طیف‌سنجی وابسته به دما هستند.

 کاربردها 
طیف‌سنجی لومینسانس در حوزه‌های مختلف علمی و صنعتی به کار می‌رود، از جمله:

 شیمی تجزیه و اندازه‌گیری مقادیر ناچیز گونه‌ها
 زیست‌حسگرها، تصویربرداری سلولی و پروتئین‌شناسی
 مطالعهٔ مواد لومینسانس، نیمه‌هادی‌ها و نانوذرات
 کنترل کیفیت در صنایع دارویی و پزشکی
 پایش آلاینده‌های محیط‌زیستی
 بررسی نقص‌ها و ناپیوستگی‌های ساختاری در فیزیک حالت جامد

 مزایا 

 حساسیت بسیار بالا (تشخیص تا مقیاس زیر نانومولار)
 غیرمخرب بودن برای بسیاری از نمونه‌ها
 سازگاری با نمونه‌های مایع، جامد و زیستی
 امکان اندازه‌گیری سریع و انتخابی

 محدودیت‌ها 

 وابستگی شدید به شرایط محیطی (pH، دما، ماتریس نمونه)
 خاموشی لومینسانس در حضور برخی یون‌ها یا مولکول‌ها
 نیاز به منابع برانگیزش پایدار و دقیق

 جستارهای وابسته 

 طیف‌سنجی
 فلورسنس
 فسفرسانس
 بیولومینسانس
 طیف‌سنجی رامان
 طیف‌سنجی جذب

 منابع 

 پیوند به بیرون 

 Journal of Luminescence
 Applied Spectroscopy
 Analytical Chemistry (ACS)