Frühe Untersuchungen
Obwohl Blitze, die Aurora Borealis und das schwache Licht von Glühwürmern und Pilzen der Menschheit schon immer bekannt waren, begannen die ersten Untersuchungen (1603) der Lumineszenz mit einem synthetischen Material, als Vincenzo Cascariolo, ein Alchemist und Schuster in Bologna, Italien, eine Mischung aus Bariumsulfat (in Form von Baryt, schwerem Holm) und Kohle erhitzte; das nach dem Abkühlen erhaltene Pulver zeigte nachts ein bläuliches Leuchten, und Cascariolo beobachtete, dass dieses Leuchten durch Sonneneinstrahlung des Pulvers wiederhergestellt werden konnte. Der Name Lapis solaris oder „Sonnenstein“ wurde dem Material gegeben, weil Alchemisten zunächst hofften, dass es niedere Metalle in Gold verwandeln würde, wobei das Symbol für Gold die Sonne ist. Das ausgeprägte Nachleuchten weckte das Interesse vieler Gelehrter dieser Zeit, die dem Material andere Namen gaben, einschließlich Phosphor, was „Lichtträger“ bedeutet, der danach auf jedes Material angewendet wurde, das im Dunkeln leuchtete.
Heute wird der Name Phosphor nur für das chemische Element verwendet, während bestimmte mikrokristalline Lumineszenzmaterialien als Leuchtstoffe bezeichnet werden. Cascariolos Leuchtstoff war offensichtlich ein Bariumsulfid; Der erste kommerziell erhältliche Leuchtstoff (1870) war „Balmain’s Paint“, ein Calciumsulfidpräparat. 1866 wurde der erste stabile Zinksulfid-Leuchtstoff beschrieben. Es ist einer der wichtigsten Leuchtstoffe in der modernen Technologie.
Eine der ersten wissenschaftlichen Untersuchungen der Lumineszenz von verrottendem Holz oder Fleisch und von Glühwürmern, die aus der Antike bekannt sind, wurde 1672 von Robert Boyle, einem englischen Wissenschaftler, durchgeführt, der, obwohl er sich des biochemischen Ursprungs dieses Lichts nicht bewusst war, dennoch einige der grundlegenden Eigenschaften von biolumineszenten Systemen feststellte: dass das Licht kalt ist; dass es durch chemische Mittel wie Alkohol, Salzsäure und Ammoniak gehemmt werden kann; und dass die Lichtemission von Luft abhängig ist (wie später festgestellt, von Sauerstoff).
In den Jahren 1885-87 wurde beobachtet, dass Rohextrakte, die aus westindischen Glühwürmchen (Pyrophorus) und aus der Bohrmuschel Pholas hergestellt wurden, beim Mischen eine lichtemittierende Reaktion zeigten. Eine der Zubereitungen war ein Kaltwasserextrakt, der eine gegenüber Hitze relativ instabile Verbindung, Luciferase, enthielt; der andere war ein Heißwasserextrakt, der eine relativ hitzestabile Verbindung, Luciferin, enthielt. Die Lumineszenzreaktion, die auftrat, wenn Lösungen von Luciferase und Luciferin bei Raumtemperatur gemischt wurden, deutete darauf hin, dass alle Biolumineszenzreaktionen „Luciferin–Luciferase-Reaktionen“ sind.“ Angesichts der Komplexität von Biolumineszenzreaktionen ist es nicht verwunderlich, dass dieses einfache Konzept der Biolumineszenz modifiziert werden musste. Nur eine kleine Anzahl von Biolumineszenzsystemen wurde auf ihr jeweiliges Luziferin und die entsprechende Luziferase untersucht, am bekanntesten ist die Biolumineszenz von Glühwürmchen aus den Vereinigten Staaten, einem kleinen im japanischen Meer lebenden Krebstier (Cypridina hilgendorfii) und zerfallenden Fischen und Fleisch (bakterielle Biolumineszenz). Obwohl biolumineszierende Systeme noch keine praktischen Anwendungen gefunden haben, sind sie aufgrund ihrer hohen Lumineszenzeffizienz interessant.
Die ersten effizienten Chemilumineszenzmaterialien waren nichtbiologische synthetische Verbindungen wie Luminol (mit der Formel 5-Amino-2,3-dihydro-1,4-phthalazindion). Die starke blaue Chemilumineszenz, die aus der Oxidation dieser Verbindung resultiert, wurde erstmals 1928 berichtet.