Tabla de Contenidos
Fluorescens og phosphorescens er to atomare processer, hvorved et materiale udsender lys; imidlertid produceres fluorescens og phosphorescens ved forskellige processer. I både fluorescens- og phosphorescensfænomener absorberer materialets molekyler lys og udsender lavere energi (eller længere bølgelængde) fotoner, men i fluorescens er processen meget hurtigere end i phosphorescens; endvidere ændres elektronernes rotationsretning ikke.
Hvad er fotoluminescens?
Luminescens er den egenskab, som visse materialer besidder til at udsende lysstråling (fotoner med energi i det synlige område) efter at have været udsat for en vis ydre stimulus. Især fotoluminescerende stoffer er dem, der, når de udsættes for en kilde til elektromagnetisk stråling, såsom ultraviolet (UV) stråling, udsender synligt lys som et resultat af excitationen af deres atomer eller molekyler forårsaget af den modtagne stråling.
En af måderne, hvorpå et materiale kan absorbere en energisk stimulus, er ved at excitere elektronerne i dets atomer på et højere energiniveau end før modtagelse af stimulus; i dette tilfælde siger vi, at molekylerne eller atomerne exciteres eller øger deres vibration, i hvilket tilfælde opvarmning af materialet sker . Molekyler eller atomer kan blive exciterede ved at absorbere forskellige typer energi: elektromagnetisk stråling (lys med forskellige bølgelængder og derfor med forskellig energi), kemisk energi, som et resultat af en eksoergisk kemisk reaktion, eller mekanisk energi, for eksempel friktion eller tryk ændringer.
Et materiales absorption af elektromagnetisk energi (lys) eller fotoner kan frembringe de to effekter, som vi nævnte: At materialets molekyler eller atomer opvarmes, eller at de bliver exciterede. Når de er exciterede, passerer elektronerne til et højere energiniveau end før de modtog energistimulus; da de vender tilbage til deres oprindelige energiniveau, eller mere stabile grundtilstand , udsender de fotoner med en energi svarende til forskellen i energi mellem den exciterede og grundtilstanden. Denne energiforskel er en egenskab ved materialet, uafhængig af den energi det absorberer. Det er de fotoluminescerende stoffer eller materialer, og de udsendte fotoner opfattes som fotoluminescens.
Fluorescens og phosphorescens er to former for fotoluminescens af et materiale. Andre luminescensmekanismer, der er forbundet med en anden type energetisk stimulus eller excitationskilde, er triboluminescens (associeret med friktion), bioluminescens (associeret med biologiske processer, såsom ildfluer) og kemiluminescens (associeret med kemiske reaktioner).
fluorescens
Fluorescens er en mekanisme, hvor højenergilys (kort bølgelængde eller høj frekvens) absorberes, hvilket genererer excitationen af elektronerne i materialet. Normalt er det absorberede lys i det ultraviolette område, og absorptionsprocessen sker hurtigt uden at ændre retningen af elektronens rotation. Som allerede nævnt er fluorescens en hurtig proces, så når excitationskilden ophører, stopper materialet straks med at gløde.
Farven (bølgelængden) af lyset, der udsendes af et fluorescerende materiale, er uafhængig af bølgelængden af det indfaldende lys og kan svare til det synlige eller infrarøde spektrum (lavere frekvens eller længere bølgelængde end synligt lys). De-excitationen til grundtilstanden af elektronerne udsender synligt eller infrarødt lys. Forskellen i bølgelængde mellem absorptions- og emissionsspektret af et fluorescerende materiale kaldes Stokes-skiftet.
De grundlæggende parametre for fluorescensmekanismer er:
- Gennemsnitlig levetid (τ): Gennemsnitlig tid, molekylet tilbringer i exciteret tilstand, før det vender tilbage til basal (~10 ns).
- Kvanteudbytte (φF): forholdet mellem antallet af udsendte fotoner i forhold til de absorberede. Det er altid mindre end 1.
eksempler på fluorescens
Nogle eksempler på fluorescens er fluorescerende lys og neonskilte, materialer, der lyser under et sort lys (ultraviolet lys), men stopper med at lyse, når det spændende lys er slukket, og tuschpenne. Et meget ejendommeligt eksempel er skorpioner, som fluorescerer, når de exciteres af ultraviolet lys. Dyrets eksoskelet beskytter det ikke mod ultraviolet stråling, så det bør ikke udsættes i længere tid ad gangen.
fosforescens
Som i fluorescens absorberer et fosforescerende materiale højenergilys (normalt ultraviolet), hvilket får elektronerne i materialet til at blive exciteret ved et højere energiniveau end før excitationen. Men i modsætning til phosphorescens sker overgangen til jordenergitilstanden i meget længere tid, og retningen af elektronens rotation kan ændres i excitationsprocessen og de-excitationsprocessen.
Fosforescerende materialer kan gløde i flere sekunder eller op til et par dage efter, at excitationen er ophørt. Dette sker, fordi de exciterede elektroners energispring er større end i fluorescensfænomener; det vil sige, at elektronernes energitab ved tilbagevenden til grundtilstanden er større, og de-excitationen kan frembringes ved at gå gennem mellemenergitilstande mellem den exciterede tilstand og grundtilstanden.
En elektron ændrer aldrig sin rotationsretning eller spin i fluorescenshændelser, men den kan gøre det i phosphorescenshændelser, så denne ændring kan forekomme under energiabsorption eller under de-excitationsprocessen. Spinændringer forårsaget af lysexcitation involverer længere de-excitationstider, da elektronen ikke vil vende tilbage til sin laveste energitilstand, før den vender tilbage til sit oprindelige spin, og dermed lyser fosforescerende materialer i mørket, selv efter at de har passeret excitationskilden . er ophørt.
Eksempler på fosforescens
Fosforescerende materialer bruges i våbensigter, i forskellige malinger og i urvisere for at fortælle tiden om natten.
Springvand
Thermofisher Scientific. Fluorescens Fundamentals Fluorescens Fundamentals | Thermo Fisher Scientific – AR 2021
