Als Phosphoreszenz bezeichnet man eine komplexere Form der Lumineszenz, im Gegensatz zur einfacheren Fluoreszenz.
Energieschema zur Phosphoreszenz
Nach Absorption von Licht werden Elektronen auf ein energetisch höheres Niveau befördert, auf einen angeregten Zustsand. Bei organischen Verbindungen sind das bestimmte Molekülorbitale.
Die derart angeregten Elektronen fallen nun aber nicht sofort in den Grundzustand zurück (bei org. Verbindungen meistens das höchste besetzte Molekülorbital, das sogenannte HOMO), sondern "landen" erst mal in einem weniger stabilen Zwischenzustand. Dabei wird aber keine elektromagnetische Strahlung abgegeben.
Erst von diesem metastabilen Zustand "fallen" die Elektronen dann in den Grundzustand zurück. Dabei werden dann Photonen emittiert, deren Energie niedriger ist als die der zuvor absorbierten Elektronen.
Oft hat dieser metastabile Zustand eine lange Lebensdauer, so dass die Phosphoreszenz lange nach Beendigung der Lichteinstrahlung fortdauern kann.
Phosphoreszenz bei organischen Verbindungen
Der angeregte Zustand wird bei organischen Verbindungen als Singulettzustand bezeichnet, der metastabile Zustand als Triplettzustand. Der Triplettzustand ist energetisch ungünstig und damit instabil, weil hier zwei ungepaarte Elektronen vorliegen, also zwei Elektronen mit dem gleichen Spin. Normalerweise muss ein MO von zwei Elektronen mit entgegengesetztem Spin besetzt sein. Wenn die Elektronen vom Triplettzustand in den Grundzustand zurückfallen, ist das mit einer Spinumkehr des einen Elektrons verbunden, so dass im Grundzustand wieder zwei Elektronen mit entgegengesetztem Spin vorliegen. Eigentlich ist eine solche Spinumkehr "verboten", aber aufgrund bestimmter physikalischer Gegebenheiten sind Ausnahmen möglich, die aber sehr selten sind. Daher kann es ziemlich lange dauern, bis alle Triplett-Elektronen einer organischen Verbindung in den Grundzustand zurückgekehrt sind, und das wiederum erklärt die lange Nachleuchtzeit bei der Phosphoreszenz.
Kritische Anmerkung
Im Römpp Chemie-Lexikon, Auflage von 1992, kann man lesen:
"Die Unterscheidung von Phosphoreszenz und Fluoreszenz... ist nicht immer eindeutig, zudem etwas veraltet u. sollte in Zukunft vermieden werden"