Fluorescenca proti fosforescenci

Razumeti razliko med fluorescenco in fosforescenco

Fluorescenca in fosforescenca sta dva mehanizma, ki oddajata svetlobo ali primera fotoluminiscence. vendar dva izraza ne pomenijo iste stvari in se ne pojavljajo na enak način. Tako pri fluorescenci kot pri fosforescenci molekule absorbirajo svetlobo in oddajajo fotone z manj energije (daljša valovna dolžina), vendar se fluorescenca pojavi veliko hitreje kot fosforescenca in ne spremeni smeri vrtenja elektronov.

Tukaj je opisano, kako deluje fotoluminiscenca, in pogled na procese fluorescence in fosforescence z znanimi primeri vsake vrste svetlobne emisije.

Ključni zaključki: fluorescenca proti fosforescenci

• Tako fluorescenca kot fosforescenca sta obliki fotoluminiscence. V nekem smislu oba pojava povzročita, da se stvari svetijo v temi. V obeh primerih elektroni absorbirajo energijo in sprostijo svetlobo, ko se vrnejo v bolj stabilno stanje.
• Fluorescenca se pojavi veliko hitreje kot fosforescenca. Ko je vir vzbujanja odstranjen, sij skoraj takoj preneha (delček sekunde). Smer vrtenja elektronov se ne spremeni.
• Fosforescenca traja veliko dlje kot fluorescenca (minut do nekaj ur). Smer vrtenja elektrona se lahko spremeni, ko se elektron premakne v nižje energijsko stanje.

Osnove fotoluminiscence

Fluorescenca je hiter fotoluminiscenčni proces, tako da sij vidite le, ko na predmet sveti črna svetloba. Don Farrall / Getty Images

Fotoluminiscenca nastane, ko molekule absorbirajo energijo. Če svetloba povzroči elektronsko vzbujanje, se imenujejo molekule navdušen . Če svetloba povzroči vibracijsko vzbujanje, se imenujejo molekule vroče . Molekule se lahko vzbudijo z absorpcijo različnih vrst energije, kot je fizična energija (svetloba), kemična energija ali mehanska energija (npr. trenje ali pritisk). Absorbiranje svetlobe ali fotonov lahko povzroči, da se molekule segrejejo in vzburijo. Ko so vzbujeni, se elektroni dvignejo na višjo energijsko raven. Ko se vrnejo na nižjo in stabilnejšo energijsko raven, se fotoni sprostijo. Fotone zaznavamo kot fotoluminiscenco. Dve vrsti fotoluminiscence in fluorescence ter fosforescence.

Kako deluje fluorescenca

Fluorescentna sijalka je dober primer fluorescence. Bruno Ehrs / Getty Images

Pri fluorescenci se visokoenergijska (kratka valovna dolžina, visoka frekvenca) svetloba absorbira in vrže elektron v vzbujeno energijsko stanje. Običajno je absorbirana svetloba ultravijolično območje , Proces absorpcije poteka hitro (v intervalu 10^{- petnajst}sekund) in ne spremeni smeri vrtenja elektronov. Fluorescenca se pojavi tako hitro, da material preneha svetiti, če ugasnete luč.

Barva (valovna dolžina) svetlobe, ki jo oddaja fluorescenca, je skoraj neodvisna od valovne dolžine vpadne svetlobe. Poleg vidne svetlobe se sprošča tudi infrardeča ali IR svetloba. Vibracijska sprostitev sprosti IR svetlobo približno 10^-12sekund po absorbciji vpadnega sevanja. Deekscitacija v osnovno stanje elektronov oddaja vidno in IR svetlobo in se pojavi približno 10^-9sekund po absorbciji energije. Razlika v valovni dolžini med absorpcijskim in emisijskim spektrom fluorescentnega materiala se imenuje njegova Stokesov premik .

Primeri fluorescence

Fluorescentne luči in neonski znaki so primeri fluorescence, prav tako materiali, ki svetijo pod črno svetlobo, vendar prenehajo svetiti, ko ultravijolično svetlobo izklopimo. Nekateri škorpijoni bodo fluorescirali. Svetijo, dokler ultravijolična svetloba zagotavlja energijo, vendar pa eksoskelet živali ne ščiti dobro pred sevanjem, zato ne smete dolgo prižgati črne luči, da vidite sijaj škorpijona. Nekatere korale in glive so fluorescentne. Številna pisala za osvetljevanje so tudi fluorescentna.

Kako deluje fosforescenca

Zvezde, naslikane ali nalepljene na stene spalnice, se svetijo v temi zaradi fosforescence. Dougal Waters / Getty Images

Kot pri fluorescenci, fosforescentni material absorbira svetlobo z visoko energijo (običajno ultravijolično), zaradi česar se elektroni premaknejo v stanje z višjo energijo, vendar se prehod nazaj v stanje z nižjo energijo zgodi veliko počasneje in smer vrtenja elektronov se lahko spremeni. Videti je, da fosforescentni materiali svetijo nekaj sekund do nekaj dni po izklopu luči. Razlog, da fosforescenca traja dlje kot fluorescenca, je ta, da vzbujeni elektroni preskočijo na višjo energijsko raven kot pri fluorescenci. Elektroni lahko izgubijo več energije in lahko preživijo čas na različnih ravneh energije med vzbujenim in osnovnim stanjem.

Elektron med fluorescenco nikoli ne spremeni smeri vrtenja, lahko pa to stori, če so med fosforescenco ustrezni pogoji. Ta vrtilni obrat se lahko pojavi med absorpcijo energije ali pozneje. Če ne pride do obrata spina, se reče, da je molekula v a singletno stanje . Če se elektron obrne, a tripletno stanje se oblikuje. Trojna stanja imajo dolgo življenjsko dobo, saj elektron ne pade v nižje energijsko stanje, dokler se ne obrne nazaj v prvotno stanje. Zaradi te zamude se zdi, da se fosforescentni materiali 'svetijo v temi'.

Primeri fosforescence

Fosforescentni materiali se uporabljajo v namerilnih napravah, svetijo v temi zvezde , in barva, ki se uporablja za izdelavo fresk zvezd. Element fosfor sveti v temi, vendar ne zaradi fosforescence.

Druge vrste luminiscence

Fluorescenca in fosforescenca sta samo dva načina, kako lahko svetloba oddaja material. Drugi mehanizmi luminiscence vključujejo triboluminiscenca , bioluminiscenca , inkemiluminiscenca.