Det finns några termer som skapar förvirring i det vanliga vardagsspråket. Bland dessa termer har vi luminescens, fluorescens och fosforescens. Är de lika villkor? Hur är det olika och vad syftar var och en på?
Vi kommer att se allt detta i den här artikeln, så missa inte det.
Vad är luminescens
Termen luminescens hänvisar i grunden till emission av ljus. I vår miljö avger de flesta föremål ljus på grund av den energi de får från solen, vilket Det är den ljusaste enheten som är synlig för oss. Till skillnad från månen, som verkar avge ljus, reflekterar den faktiskt solljus och fungerar på samma sätt som en kolossal stenspegel.
I grund och botten finns det tre huvudtyper av luminescens: fluorescens, fosforescens och kemiluminescens. Bland dem klassificeras fluorescens och fosforescens som former av fotoluminescens. Skillnaden mellan fotoluminescens och kemiluminescens ligger i mekanismen för aktivering av luminescens; I fotoluminescens fungerar ljus som en trigger, medan i kemiluminescens initierar en kemisk reaktion utsläpp av ljus.
Både fluorescens och fosforescens, som är former av fotoluminescens, beror på ett ämnes förmåga att absorbera ljus och därefter avge det vid en längre våglängd, vilket indikerar en minskning av energin. Dock, Varaktigheten av denna process skiljer sig avsevärt. I fluorescerande reaktioner sker ljusemission omedelbart och är bara observerbar medan ljuskällan förblir aktiv (som ultraviolett ljus).
Däremot tillåter fosforescerande reaktioner materialet att behålla absorberad energi, vilket gör att det kan avge ljus senare, vilket resulterar i en glöd som fortsätter även efter att ljuskällan har släckts. Därför, om luminescensen försvinner omedelbart, klassificeras den som fluorescens; Om det kvarstår identifieras det som fosforescens; och om det kräver en kemisk reaktion för att aktiveras kallas det kemiluminescens.
Till exempel skulle man kunna tänka sig en nattklubb där tyget och tänderna avger ett självlysande sken under svart ljus (fluorescens), nödutgångsskylten utstrålar ljus (fosforescens), och glödstiften även producerar belysning (kemiluminescens).
Fluorescens
Material som avger ljus omedelbart kallas fluorescerande. I dessa material absorberar atomer energi, vilket får dem att gå in i ett "exciterat" tillstånd. När de återgår till sitt normala tillstånd på ungefär hundra tusendels sekund (från 10-9 till 10-6 sekunder), frigör de denna energi i form av små ljuspartiklar som kallas fotoner.
Formellt sett, Fluorescens är en strålningsprocess där exciterade elektroner går från det lägsta exciterade tillståndet (S1) till grundtillståndet (S0). Under loppet av denna övergång försvinner elektronen en del av sin energi genom vibrationsrelaxation, vilket resulterar i att den emitterade fotonen har en reducerad energi och följaktligen en längre våglängd.
Fosforescens
För att förstå skillnaderna mellan fluorescens och fosforescens är det nödvändigt att kort utforska begreppet elektronspin. Spinn representerar en grundläggande egenskap hos elektronen och fungerar som en typ av rörelsemängd som påverkar dess beteende inom ett elektromagnetiskt fält. Den här egenskapen kan bara ta ett värde av ½ och kan uppvisa en upp- eller nedorientering. Följaktligen betecknas en elektrons spinn som +½ eller -½, eller alternativt representerad som ↑ eller ↓. Inom samma omloppsbana av en atom uppvisar elektroner konsekvent antiparallell spin när de är i singlett-grundtillståndet (S0). När elektronen befordras till ett exciterat tillstånd behåller elektronen sin spinnorientering, vilket resulterar i bildandet av ett singlettexciterat tillstånd (S1), där båda spinnorienteringarna förblir parade i en antiparallell konfiguration. Det är viktigt att notera att alla avslappningsprocesser förknippade med fluorescens är spinneutrala, vilket säkerställer att elektronspinorienteringen bevaras hela tiden.
När det gäller fosforescens, Processen skiljer sig markant. Snabba övergångar (som sträcker sig från 10^-11 till 10^-6 sekunder) inträffar mellan system som går från singlettexciterat tillstånd (S1) till ett triplettexciterat tillstånd (T1) som är energetiskt mer gynnsamt. Denna övergång resulterar i omkastning av elektronspinnet; De resulterande tillstånden kännetecknas av parallella spinn i båda elektronerna och klassificeras som metastabila. I det här fallet sker avslappning genom fosforescens, vilket leder till ytterligare en omkastning av elektronspinnet och den efterföljande emissionen av en foton.
Övergången tillbaka till det avslappnade singlettillståndet (S0) kan ske efter en lång fördröjning (från 10^-3 till mer än 100 sekunder). Under denna avslappningsprocess förbrukar icke-strålningsmekanismer mer energi vid fosforescerande avslappning jämfört med fluorescens, vilket resulterar i en större energiskillnad mellan absorberade och emitterade fotoner och följaktligen en större förändring i längd.
Excitations- och emissionsspektra
Luminescens uppstår när elektronerna i ett ämne exciteras genom att absorbera fotoner och sedan frigör den energin i form av strålning. I vissa fall, Den emitterade strålningen kan bestå av fotoner som har samma energi och våglängd som de som absorberas; Detta fenomen är känt som resonansfluorescens. Oftare har den utsända strålningen en längre våglängd, vilket indikerar lägre energi jämfört med de absorberade fotonerna.
Denna övergång till längre våglängder är känd som Stokes shift. När elektroner exciteras av kort, osynlig strålning, stiger de till högre energitillstånd. När de återvänder till sitt ursprungliga tillstånd avger de synligt ljus med samma våglängd, vilket exemplifierar resonansfluorescens. Emellertid kan dessa exciterade elektroner också återgå till en mellanliggande energinivå, vilket resulterar i emission av en lysande foton som bär mindre energi än den för den initiala excitationen. denna process, när det induceras av ultraviolett ljus, manifesterar det sig i allmänhet som fluorescens inom det synliga spektrumet. När det gäller fosforescerande material finns det en fördröjning mellan exciteringen av elektroner till höga energinivåer och deras återgång till grundtillståndet.
Ett specifikt ämne reagerar inte på alla våglängder. Emellertid finns det vanligtvis ett samband mellan excitationsvåglängden och amplituden för den resulterande emissionen. Detta förhållande är känt som excitationsspektrumet. Liknande, En korrelation kan observeras mellan amplituden och våglängden för den emitterade strålningen, känd som emissionsspektrum.
Det är viktigt att notera att emissionsvåglängden inte beror på excitationsvåglängden, förutom i de fall där ämnen har flera luminescensmekanismer. Följaktligen visar mineraler olika förmågor att absorbera ultraviolett ljus vid specifika våglängder; vissa fluorescerar under kortvågigt ultraviolett ljus, medan andra fluorescerar under långa våglängder, och vissa visar otydlig fluorescens. Färgen på det emitterade ljuset varierar ofta avsevärt med olika excitationsvåglängder.
Förekomsten av dessa fenomen är inte begränsad enbart till användningen av ultraviolett strålning; snarare kan excitation uppnås genom vilken strålning som helst som har lämplig energi. Till exempel, Röntgenstrålar kan inducera fluorescens i olika ämnen, av vilka många också svarar på olika typer av strålning. Magnesiumvolframat, till exempel, visar känslighet för nästan all strålning med våglängder mindre än 300 nm, som spänner över både ultraviolett och röntgenspektrum. Dessutom kan vissa material lätt exciteras av elektroner, vilket exemplifieras av tändstickorna som används i TV-rör.
Jag hoppas att du med denna information kan lära dig mer om skillnaderna mellan fluorescens, fosforescens och luminescens.