Fluorestsentsspektroskoopia

Fluorestsents-spektroskoopia on optilise spektroskoopia haru, mis tegeleb ainete fluorestsentsi uurimisega. 
Fluorestsents on fotoluminestsentsi nähtus, mille puhul ainet ergastatakse UV-kiirguse või nähtava valgusega ja mille tagajärjel hakkab aine kiirgama üldjuhul juba pikema lainepikkusega valgust. Kui tekkinud kiirguse järelhelendus peaks kestma nii kaua, et see on silmaga märgatav, siis on tegemist juba fosforestsentsiga.
Seadet, millega fluorestsentsi mõõdetakse, nimetatakse fluorimeetriks.

Teoreetiline taust

Molekulidel on erinevate energiatega olekud, mida kutsutakse energiatasemeteks. Antud juhul on olulised elektronolekud, millega kaasneb hulk võnkeseisundeid, mille võnkeenergiad on väikesed võrreldes elektronoleku energiaga ja paiknevad seega energiaskaalal tihedalt. Energiatasemeid aitab mõista ja visualiseerida Jablonski diagramm. Normaalolekus paiknevad elektronid põhielektronseisundi madalaimal võnkenivool.
Molekuli ergastatakse optiliselt põhiolekust mõnele ergastatud elektronseisundi võnkenivoole. Ergastamisel neeldub aines footon ja täpselt selle footoni energia võrra liigub molekul energiatasemete skeemil kõrgemale. Ergastatud olek ei ole molekuli jaoks stabiilne ja kokkupõrgetel teiste molekulidega kaotab ta energiat (see protsess toimub väga kiiresti umbes pikosekundi jooksul ja seda nimetatakse termalisatsiooniks) ning langeb antud elektronseisundi madalaima energiaga võnkenivoole.
Järgmisena langeb molekul tagasi elektroni põhioleku mõnele võnkenivoole, mille käigus kiiratakse footon. Kuna võnkenivood paiknevad tihedalt ja molekuli sattumine ühele neist on juhuslik, siis kiiratavate footonite energiad ja ka lainepikkused on teatud määral erinevad. Sellest tulenevalt on võimalik määrata erinevate võnkenivoode struktuure.
Fluorestsentsi käigus kiiratud footon on reeglina väiksema energiaga kui ergastamiseks kasutatud footon. Seetõttu on ainest kiiratud valgus reeglina punasem, st pikema lainepikkusega kui tema ergastamiseks kasutatud valguskiirgus. Seda reeglit nimetatakse Stokesi seaduseks ja nende lainepikkuste erinevust nimetatakse Stokesi nihkeks. On ka võimalik n-ö anti-Stokesi olukord, kus neeldunud valguse lainepikkus on suurem kui kiiratud valguse oma, kuid see kuulub mittelineaarse optika valdkonda, kus tegeletakse suurte kiiritustihedustega.

Mõõtmistulemuste analüüs ja tõlgendamine

Arvestada tuleb paljude teguritega, mis mõõdetavat spektrit võivad moonutavad. Tõelise ehk mõõtmisviisidest sõltumatu spektri saamiseks tuleb sisse viia korrektsioone, mis kõiki arvesse võttes võib osutuda väga tülikaks. Siin välja toodavad moonutused pärinevad kas mõõteriistadelt või uuritavalt ainelt endalt.
Esiteks võivad valgusallika intensiivsuse ja lainepikkuse karakteristikud ajas muutuda ning seda juba ühe mõõtmise ajal. Lisaks ei kiirga ükski valgusallikas konstantse intensiivsusega kõigil lainepikkustel. Selle probleemi lahendamiseks võib kasutada kiirtejagajat ja teist võrdlevat detektorit, mis mõõdab ergastava valguse intensiivsust.
Teiseks tuleb arvestada monokromaatorite ja filtrite läbilaskvusega, mis sõltuvad lainepikkusest. Selle tõttu tuleks võrdlev detektor panna pärast ergastava kiire monokromaatorit või filtrit, mitte enne neid. Ka detektorite tundlikkus sõltub lainepikkusest.
Lisaks mõõteseadme poolt tekitatud moonutustele võivad veel esineda sisemised efektid. Võib juhtuda olukord, kus uuritavast ainest kiiratud footon neeldub selle aine mõnes teises molekulis. Ka ei ole mõistlik fluorofooride liiga suur kontsentratsioon, sest siis paljudeni enam ergastav kiirgus ei jõuagi. Sisemisi efekte tuleb arvestada, sest nende tõttu võivad kiiratud spekter ja intensiivsus muutuda.

Rakendused

Rakendusalade hulk on suur ja sinna kuuluvad näiteks biokeemia, meditsiin, materjaliteadus, keemia. Analüütilises keemias kasutatakse fluorestsents-spektroskoopiat kõrgsurve-vedelikkromatograafias.