発光体

発光とは、周囲環境と熱平衡状態にない電子励起または振動励起された種からの放射線の自発的な放出である。^{[ 9 ]}分子系では、発光は一般的に、ヤブロンスキー図で示されるように、発光する励起状態のスピン特性と運動学によって分類される。^{[ 10 ]}

• 蛍光は、基本的に照射中にのみ発生する発光であり（つまり、励起が停止するとすぐに停止する）、通常は励起一重項状態から発生する。 ^{[ 11 ]}
• リン光は一般的に長寿命の発光と関連付けられており、機構的にはスピン多重度の変化（多くの場合、三重項→一重項）を伴う発光である。 ^{[ 12 ]}

「フルオロフォア」と「リン光体」はそれぞれ分子蛍光発光体と固体リン光/残光材料によく使われるが、多くの実用的な発光体は混合または中間的な挙動を示す（例えば、電荷移動状態、遅延蛍光、または重原子増強項間交差）。^{[ 2 ] [ 8 ]}

基本的な経験原理はカシャの法則であり、これは、特定のスピン多重度に対して、内部転換と振動緩和が通常放射崩壊よりも速いため、通常はその多重度の最低励起状態から発光が起こるというものである。^{[ 13 ]}現代の議論では、緩和経路が阻害される場合や、特定の条件下でより高い励起状態が発光性を維持する場合など、注目すべき例外（例えば、「反カシャ」発光）があることが強調されている。^{[ 14 ]}

多くの有機発光体は、π共役骨格（例えば、芳香族系、ポリメチン、ドナー・アクセプターモチーフ）に基づいており、励起と発光にはπ→π*遷移または電荷移動特性が関与している。^{[ 2 ] [ 8 ]}分光法やイメージングで発光体として使用される一般的な色素ファミリーには、フルオレセインおよびローダミン誘導体、シアニン色素、BODIPY型色素などがあり、これらは明るさ、スペクトル調整、および化学官能基化の適合性に基づいて選択されている。^{[ 2 ] [ 8 ]}

多くの発光性配位錯体は、電荷移動励起状態から発光します。古典的な例として、トリス(ビピリジン)ルテニウム(II)塩化物(Ru(bpy) ₃ ) ²⁺があり、その発光は三重項金属-配位子電荷移動(3MLCT)状態に由来すると説明されることが多く^、比較的長い寿命と効率的な励起状態酸化還元化学を可能にします。[5] 関連する Ru(II) および Ir(III) 錯体は、強い^{スピン軌道結合}により項間交差と三重項発光チャネルが促進されるため、電気化学発光、光物理学、およびオプトエレクトロニクスで広く使用されています。^{[ 5 ]}

無機発光体には以下が含まれる。

• 蛍光体：ランタニドイオン（例：Eu ²⁺、Eu ³⁺、Tb ³⁺）や遷移金属イオン（例：Mn ²⁺）などのドーパント（活性剤）によって活性化された結晶性または多結晶性のホスト材料で、特徴的な発光帯を提供する。^{[ 4 ] [ 15 ]}
• ランタニド発光体：狭いf-f発光帯と長い寿命を持つランタニド錯体および材料。錯体における効率的な発光は、光を吸収してエネルギーをランタニド中心に伝達する有機配位子による増感（「アンテナ効果」）に依存することが多い。^{[ 6 ] [ 16 ]}
• 半導体ナノ結晶（量子ドット）：量子閉じ込め効果により光学特性が粒子サイズに強く依存するサイズ調整可能な発光体であり、ディスプレイやバイオイメージングに広く使用されている。^{[ 7 ]}

発光体の中には、光励起ではなく化学励起によって発光するものがある。例えば、ルミノールとその誘導体は、分析アッセイや法医学において広く用いられている化学発光試薬であり、現在も明るさ、安定性、生物環境との適合性を向上させるための研究が続けられている。^{[ 17 ]}生物発光では、酵素反応によって電子的に励起された生成物が生成され、それが光を発する（例えば、ルシフェリン/ルシフェラーゼ系）。この場合、発光分子種が反応経路における発光体として機能する。^{[ 9 ]}