Tabla de Contenidos
Флуоресценцията и фосфоресценцията са два атомни процеса, чрез които материалът излъчва светлина; обаче флуоресценцията и фосфоресценцията се произвеждат от различни процеси. Както при флуоресценцията, така и при фосфоресценцията, молекулите на материала абсорбират светлина и излъчват фотони с по-ниска енергия (или с по-голяма дължина на вълната), но при флуоресценцията процесът е много по-бърз отколкото при фосфоресценцията; освен това посоката на въртене на електроните не се променя.
Какво е фотолуминесценция?
Луминесценцията е свойството, което определени материали притежават, да излъчват светлинно лъчение (фотони с енергия във видимия диапазон), след като са били подложени на определен външен стимул. По-специално, фотолуминесцентните вещества са тези, които, когато са изложени на източник на електромагнитно лъчение като ултравиолетово (UV) лъчение, излъчват видима светлина в резултат на възбуждането на техните атоми или молекули, причинено от полученото лъчение.
Един от начините, по които даден материал може да абсорбира енергиен стимул, е чрез възбуждане на електроните на неговите атоми на по-високо енергийно ниво, отколкото преди получаването на стимула; в този случай казваме, че молекулите или атомите са възбудени или увеличават своята вибрация, в който случай настъпва нагряване на материала . Молекулите или атомите могат да се възбудят чрез поглъщане на различни видове енергия: електромагнитно излъчване (светлина с различни дължини на вълните и следователно с различна енергия), химическа енергия в резултат на някаква екзоергична химическа реакция или механична енергия, например триене или налягане промени.
Поглъщането на електромагнитна енергия (светлина) или фотони от материал може да доведе до двата ефекта, които споменахме: молекулите или атомите на материала да се нагряват или да се възбуждат. Когато са възбудени, електроните преминават на по-високо енергийно ниво, отколкото преди да получат енергийния стимул; докато се връщат към първоначалното си енергийно ниво или по-стабилно основно състояние , те излъчват фотони с енергия, съответстваща на разликата в енергията между възбуденото и основното състояние. Тази енергийна разлика е свойство на материала, независимо от енергията, която абсорбира. Това са фотолуминесцентните вещества или материали, а излъчените фотони се възприемат като фотолуминесценция.
Флуоресценцията и фосфоресценцията са две форми на фотолуминесценция на материал. Други механизми на луминесценция, свързани с друг тип енергиен стимул или източник на възбуждане, са триболуминесценция (свързана с триене), биолуминесценция (свързана с биологични процеси, като тази на светулките) и хемилуминесценция (свързана с химични реакции).
флуоресценция
Флуоресценцията е механизъм, при който се абсорбира високоенергийна светлина (с къса дължина на вълната или висока честота), генерирайки възбуждането на електроните в материала. Обикновено абсорбираната светлина е в ултравиолетовия диапазон и процесът на абсорбция протича бързо, без да се променя посоката на въртене на електрона. Както вече споменахме, флуоресценцията е бърз процес, така че когато източникът на възбуждане спре, материалът незабавно спира да свети.
Цветът (дължината на вълната) на светлината, излъчвана от флуоресцентен материал, не зависи от дължината на вълната на падащата светлина и може да съответства на видимия или инфрачервения спектър (по-ниска честота или по-голяма дължина на вълната от видимата светлина). Девъзбуждането до основно състояние на електроните излъчва видима или инфрачервена светлина. Разликата в дължината на вълната между спектъра на абсорбция и емисия на флуоресцентен материал се нарича отместване на Стокс.
Основните параметри на механизмите на флуоресценция са:
- Средна продължителност на живота (τ): Средното време, което молекулата прекарва във възбудено състояние, преди да се върне към базално (~10 ns).
- Квантов добив (φF): съотношение между броя на излъчените фотони спрямо погълнатите. Винаги е по-малко от 1.
примери за флуоресценция
Някои примери за флуоресценция са флуоресцентни светлини и неонови знаци, материали, които светят под черна светлина (ултравиолетова светлина), но спират да светят, след като вълнуващата светлина бъде изключена, и маркери. Много странен пример са скорпионите, които флуоресцират, когато са възбудени от ултравиолетова светлина. Екзоскелетът на животното не го предпазва от ултравиолетова радиация, така че не трябва да бъде изложено дълго време.
фосфоресценция
Както при флуоресценцията, фосфоресциращият материал абсорбира високоенергийна светлина (обикновено ултравиолетова), което кара електроните в материала да се възбудят на по-високо енергийно ниво, отколкото преди възбуждането. Но, за разлика от фосфоресценцията, преходът към основно енергийно състояние се случва за много по-дълго време и посоката на въртене на електрона може да се промени в процеса на възбуждане и девъзбуждане.
Фосфоресциращите материали могат да светят за няколко секунди или до няколко дни след спиране на възбуждането. Това се случва, защото енергийният скок на възбудените електрони е по-голям, отколкото при флуоресцентните явления; това означава, че загубата на енергия на електроните при връщане в основното състояние е по-голяма и девъзбуждането може да бъде произведено чрез преминаване през междинни енергийни състояния между възбуденото състояние и основното състояние.
Електронът никога не променя посоката си на въртене или въртене при флуоресцентни събития, но може да го направи при фосфоресцентни събития, така че тази промяна може да настъпи по време на абсорбция на енергия или по време на процеса на девъзбуждане. Промените в въртенето , причинени от светлинно възбуждане, включват по-дълги времена за девъзбуждане, тъй като електронът няма да се върне в най-ниското си енергийно състояние, докато не се върне към първоначалното си въртене, и по този начин фосфоресциращите материали светят в тъмното дори след като са преминали източника на възбуждане . е престанало.
Примери за фосфоресценция
Фосфоресциращите материали се използват в прицели за оръжия, в различни бои и в стрелките на часовника, за да разберат часа през нощта.
Фонтан
Thermofisher Scientific. Основи на флуоресценцията Основи на флуоресценцията | Thermo Fisher Scientific – AR 2021
