Nejstarší zmínku o luminiscenci najdeme v Pliniově záznamu indických a arabských pověstí o svítících drahokamech. V roce 1602 Cascialorus žíhal těživec a osvětlený kámen přinesl do tmy, kde svítil červenavým světlem. Kámen byl nazván bononským svítícím kamenem a byl považován za magický a čarovný. Roku 1674 objevil Balduin světélkování fosforu. První systematický výzkum luminiscence provedli Gabriel Stokes a Jacques Becquerel. Označení luminiscence (z latinského lumen – světlo) pochází od Eilharda Wiedermanna.
Luminiscencí rozumíme samovolné (spontánní) vyzařování fotonů pevnými nebo kapalnými látkami. Podstata luminiscence spočívá v tom, že elektrony za určitých podmínek přecházejí náhodně z vyšších energetických hladin na hladiny nižší. Každý přechod elektronu představuje kvantum viditelného záření. Luminiscenční jevy byly známy už ve starověku, kdy jich bylo používáno při nočních slavnostech. Pak byla příprava těchto látek několikrát zapomenuta a znovu objevena. Prudký rozvoj luminiscence a jejích technických aplikací souvisí těsně s rozvojem kvantové fyziky.
Látky u nichž se projevuje luminiscence, se nazývají luminofory. Jsou to převážně pevné látky patřící mezi polovodiče nebo izolanty. Nejznámější a nejvíce používané luminofory jsou sulfidy zinečnatý a kademnatý, v nichž jsou jako příměsi atomy Ag, Au, Cu, Mn aj. a alkalické halogenidy (např. NaCl, KCl, NaJ aj.) s příměsí atomů Tl, Ag, Ca aj. Tyto příměsi vytvářejí v luminoforech tzv. luminiscenční centra, v nichž dochází k emisi luminiscenčního záření.
Photinus pyralis.
Zdroj: commons.wikimedia.org. Under Creative Commons.
Podle toho, jakým způsobem dodáváme luminoforu energii, rozlišujeme různé druhy luminiscence. Při fotoluminiscenci se energie dodává prostřednictvím fotonů viditelného nebo ultrafialového záření. Pohlcená energie se znovu vyzařuje ve formě světla, zpravidla o větší vlnové délce.
Katodoluminiscence vzniká při bombardování luminoforu elektrony. V klasické televizní obrazovce nebo v monitoru počítače se uplatňuje katodoluminiscence, při níž budí světlo luminoforu dopadající elektrony. Na vnitřní ploše obrazovky je speciálně upravená struktura tří typů luminoforů, které září červeně, zeleně a modře. Současnému pozorování těchto světel o různé intenzitě odpovídají požadované barevné odstíny televizního obrazu. Elektroluminiscence vzniká působením elektrického pole. Triboluminiscence vzniká mechanickým působením na látku např. při roztírání třtinového cukru. O termoluminiscenci hovoříme u některých látek, které když mírně zahřejeme na teplotu od 50 do 250 °C, tak vydávají studené světlo (na rozdíl od teplého světla, které vydávají všechna rozžhavená tělesa). Jsou to např. diamant, mramor nebo kazivec.
Nejvhodnějším zdrojem pro vybuzení fotoluminiscence je rtuťová výbojka. Ta emituje kromě viditelných vlnových délek (577 nm, 579 nm, 546 nm, 435 nm, 408 nm a 405 nm) i ultrafialové záření o vlnové délce 366 nm a 254 nm. Protože viditelné světlo ruší pozorování poměrně slabého luminiscenčního záření, zadržuje se vhodným filtrem, který ale ultrafialové záření propouští. Takovým tmavým filtrem je např. jenské sklo nebo sklo Woodovo. Chemoluminiscence nastává při nižších teplotách při chemických reakcích. Pozorovat ji můžeme u látek anorganických jako fosfor, arsen nebo čerstvě ukrojená plocha sodíku a draslíku. Jedním z druhů chemoluminiscence je bioluminiscence, která označuje chemickou reakci luciferinu s kyslíkem za pomocí enzymu luciferázy, při které se uvolňuje zelenomodré až červené světlo. To vydává řada živočichů – hmyz, ryby nebo houby, které světélkováním komunikují, snaží se zaujmout partnera nebo se brání. Tato přeměna je velmi účinná, protože se např. u světlušek přemění až 95 % energie přímo na světlo.
Chemoluminiscence.
Zdroj: commons.wikimedia.org. Under Creative Commons.
Luminiscence minerálů a nerostných surovin je značně závislá na jejich čistotě i znečištění. Pravděpodobně jako první Wilhelm Homberg v roce 1694 poznal, že luminiscenci potlačuje železo, ale podporuje ji měď. Teprve v roce 1886 Verneuil zjistil, že svítivost fialově zářící Balmainovy barvy je podmíněna obsahem nepatrného množství vizmutu. Zelenou luminiscenci jeví řada minerálů uranu obsahující skupinu UO++ (kromě minerálu torbrenitu, který obsahuje i měď, a karnotitu, který obsahuje vanad). Dále světélkují scheelity s obsahem molybdenu menším než 0,5 % modře, s vyšším obsahem bíle až žlutě. Willemit svítí zeleně, zirkon obvykle oranžově. Pro ostatní minerály není luminiscence nijak typická, protože se její charakter může značně měnit, nebo nemusí nastat vůbec. Jde např. o minerály jako sádrovec, strontianit, leukofan, safír, kalcit, fluorit aj. Fluoreskují-li vápence oranžově, obsahují mangan, ty, které svítí zeleně až modře, obsahují stopy mědi. Teplem stimulovanou luminiscenci (termoluminiscenci) jeví nejlépe kazivec (fluorit CaF2), což umožňuje jeho rozeznání v hornině. Stačí směs minerálů zahřát ve tmě na desce elektrického vařiče. Fluority (ne všechny) se rozzáří fialově nebo zelenavě. Záření je patrně podmíněno předchozí aktivací dlouhým působením radioaktivního záření a obsahem stop vzácných zemin.
Scheelit.
Zdroj: commons.wikimedia.org. Autor: Rob Lavinsky. Under Creative Commons.Uplatnění luminiscence v mineralogii je značně omezené a problematické a lze ji využít především k důkazu minerálů uranu (nikoliv všech) a k důkazu scheelitu. Ve většině ostatních případů slouží luminiscence jen k doplnění charakteristiky minerálu z určité lokality nebo pro zcela speciální případy, např. k detekci některých diamantů, zirkonů aj.
Jestliže luminiscenční záření nastane již v době vzbuzení atomů nebo molekul nebo v době kratší než 10–8 s, mluvíme o fluorescenci. Projevuje se u některých látek, především u kapalin (nápadně u fluoresceinu). Vyzařování trvá prakticky, jen pokud je látka ozařována. U jiných látek, zejména pevných, trvá vyzařování mnohem déle, několik minut, ba i hodin po ozáření. Tento jev se označuje jako fosforescence. Je zajímavé, že je název jevu odvozený od fosforu, u kterého ale neprobíhá. Fosfor světélkuje díky chemiluminiscenci.
