Tabla de Contenidos
Fluoresenssi ja fosforesenssi ovat kaksi atomiprosessia, joilla materiaali lähettää valoa; fluoresenssia ja fosforesenssia tuotetaan kuitenkin eri prosesseilla. Sekä fluoresenssi- että fosforesenssiilmiöissä materiaalin molekyylit absorboivat valoa ja lähettävät matalamman energian (tai pidemmän aallonpituuden) fotoneja, mutta fluoresenssissa prosessi on paljon nopeampi kuin fosforesenssissa; Lisäksi elektronien pyörimissuunta ei muutu.
Mikä on fotoluminesenssi?
Luminesenssi on ominaisuus, jolla tietyt materiaalit emittoivat valosäteilyä (fotoneita, joiden energia on näkyvällä alueella) sen jälkeen, kun ne on altistettu tietylle ulkoiselle ärsykkeelle. Erityisesti fotoluminoivia aineita ovat ne, jotka joutuessaan alttiiksi sähkömagneettisen säteilyn lähteelle, kuten ultraviolettisäteilylle (UV) lähettävät näkyvää valoa atomiensa tai molekyyliensä virittymisen seurauksena vastaanotetun säteilyn aiheuttamana.
Yksi tapa, jolla materiaali voi absorboida energisen ärsykkeen, on virittää atomiensa elektronit korkeammalle energiatasolle kuin ennen ärsykkeen vastaanottamista; tässä tapauksessa sanomme, että molekyylit tai atomit ovat virittyneitä tai lisäävät niiden värähtelyä, jolloin tapahtuu materiaalin kuumenemista . Molekyylit tai atomit voivat virittyä absorboimalla erilaisia energiatyyppejä: sähkömagneettista säteilyä (valoa eri aallonpituuksilla ja siksi eri energialla), kemiallista energiaa jonkin eksoergisen kemiallisen reaktion seurauksena tai mekaanista energiaa, esimerkiksi kitkaa tai painetta. muutoksia.
Sähkömagneettisen energian (valon) tai fotonien absorptio materiaaliin voi aiheuttaa kaksi mainitsemamme vaikutusta: materiaalin molekyylit tai atomit kuumenevat tai ne kiihtyvät. Virittyessään elektronit siirtyvät korkeammalle energiatasolle kuin ennen energiaärsykkeen vastaanottamista; kun ne palaavat alkuperäiselle energiatasolle tai vakaampaan perustilaan , ne lähettävät fotoneja, joiden energia vastaa virittyneen ja perustilan välistä energiaeroa. Tämä energiaero on materiaalin ominaisuus, joka ei riipu sen absorboimasta energiasta. Nämä ovat fotoluminoivia aineita tai materiaaleja, ja emittoidut fotonit havaitaan fotoluminesenssina.
Fluoresenssi ja fosforesenssi ovat kaksi materiaalin fotoluminesenssin muotoa. Muita luminesenssimekanismeja, jotka liittyvät toisentyyppiseen energiseen ärsykkeeseen tai virityksen lähteeseen, ovat triboluminesenssi (liittyy kitkaan), bioluminesenssi (liittyy biologisiin prosesseihin, kuten tulikärpästen prosessiin) ja kemiluminesenssi (liittyy kemiallisiin reaktioihin).
fluoresenssi
Fluoresenssi on mekanismi, jossa suuren energian valo (lyhytaallonpituus tai korkea taajuus) absorboituu, mikä synnyttää materiaalissa olevien elektronien virittymisen. Yleensä absorboitunut valo on ultraviolettialueella ja absorptioprosessi tapahtuu nopeasti muuttamatta elektronin pyörimissuuntaa. Kuten jo mainittiin, fluoresenssi on nopea prosessi, joten kun virityslähde lakkaa, materiaali lakkaa heti hehkumasta.
Fluoresoivan materiaalin lähettämän valon väri (aallonpituus) on riippumaton tulevan valon aallonpituudesta ja voi vastata näkyvää tai infrapunaspektriä (matala taajuus tai pidempi aallonpituus kuin näkyvä valo). Elektronien deaktivoituminen perustilaan lähettää näkyvää tai infrapunavaloa. Fluoresoivan materiaalin absorptio- ja emissiospektrin välistä aallonpituuseroa kutsutaan Stokes-siirtymäksi.
Fluoresenssimekanismien perusparametrit ovat:
- Keskimääräinen elinikä (τ): Keskimääräinen aika, jonka molekyyli viettää virittyneessä tilassa ennen kuin se palaa perustilaan (~10 ns).
- Kvanttituotto (φF): emittoitujen fotonien lukumäärän ja absorboituneiden fotonien lukumäärän välinen suhde. Se on aina pienempi kuin 1.
esimerkkejä fluoresenssista
Joitakin esimerkkejä fluoresenssista ovat loistelamput ja neonkyltit, materiaalit, jotka hehkuvat mustassa valossa (ultraviolettivalo), mutta lakkaavat hehkumasta, kun jännittävä valo sammutetaan, ja tussit. Hyvin erikoinen esimerkki ovat skorpionit, jotka fluoresoivat ultraviolettivalon vaikutuksesta. Eläimen ulkoinen luuranko ei suojaa sitä ultraviolettisäteilyltä, joten sitä ei pidä altistaa pitkiä aikoja.
fosforesenssi
Kuten fluoresenssissa, fosforoiva materiaali absorboi korkeaenergistä valoa (yleensä ultraviolettia), mikä saa materiaalissa olevat elektronit virittymään korkeammalla energiatasolla kuin ennen viritystä. Mutta toisin kuin fosforesenssi, siirtyminen maaenergiatilaan tapahtuu paljon pidempiä aikoja, ja elektronin pyörimissuuntaa voidaan muuttaa viritys- ja deaktivaatioprosessissa.
Fosforoivat materiaalit voivat hehkua useita sekunteja tai jopa pari päivää virityksen lakkaamisen jälkeen. Tämä johtuu siitä, että virittyneiden elektronien energiahyppy on suurempi kuin fluoresenssiilmiöissä; eli elektronien energiahäviö perustilaan palatessa on suurempi ja viritys voidaan saada aikaan käymällä läpi virittyneen tilan ja perustilan välissä olevia energiatiloja.
Elektroni ei koskaan muuta pyörimissuuntaansa tai spiniä fluoresenssitapahtumissa, mutta se voi tehdä niin fosforesenssitapahtumissa, joten tämä muutos voi tapahtua energian absorption tai viritysprosessin aikana. Valon virityksen aiheuttamiin spinmuutoksiin liittyy pidempiä deviritysaikoja, koska elektroni ei palaa alimpaan energiatilaansa ennen kuin se palaa alkuperäiseen spiniinsä ja siten fosforoivat materiaalit hohtavat pimeässä jopa ohitettuaan. virityksen lähde on lakannut.
Esimerkkejä fosforesenssista
Fosforoivia materiaaleja käytetään aseen tähtäyksissä, erilaisissa maaleissa ja kellonosoittimissa kellonajan ilmaisemiseen yöllä.
Suihkulähde
Thermofisher Scientific. Fluoresenssin perusteet Fluoresenssin perusteet | Thermo Fisher Scientific – AR 2021
