Nekateri izrazi povzročajo zmedo v vsakdanjem jeziku. Med temi izrazi imamo luminiscenca, fluorescenca in fosforescenca. Ali so enaki pogoji? V čem se razlikujejo in na kaj se vsak nanaša?
Vse to bomo videli v tem članku, zato ga ne zamudite.
Kaj je luminiscenca
Izraz luminiscenca se v osnovi nanaša na emisijo svetlobe. V našem okolju večina predmetov oddaja svetlobo zaradi energije, ki jo prejme od sonca, kar Je najsvetlejša entiteta, ki jo vidimo. Za razliko od lune, za katero se zdi, da oddaja svetlobo, dejansko odbija sončno svetlobo in deluje podobno kot ogromno kamnito ogledalo. Če želite bolje razumeti, kako deluje luminiscenca v različnih snoveh, se lahko posvetujete vpliv astronomskih pojavov na luminiscenco.
V bistvu obstajajo tri glavne vrste luminiscence: fluorescenca, fosforescenca in kemiluminiscenca. Med njimi sta fluorescenca in fosforescenca razvrščeni kot obliki fotoluminiscence. Razlika med fotoluminiscenco in kemiluminiscenco je v mehanizmu aktivacije luminiscence; Pri fotoluminiscenci svetloba deluje kot sprožilec, pri kemiluminiscenci pa kemična reakcija sproži emisijo svetlobe.
Tako fluorescenca kot fosforescenca, ki sta obliki fotoluminiscence, sta odvisni od sposobnosti snovi, da absorbira svetlobo in jo nato oddaja pri daljši valovni dolžini, kar kaže na zmanjšanje energije. vendar Trajanje tega procesa se bistveno razlikuje. Pri fluorescentnih reakcijah se svetlobna emisija pojavi v trenutku in jo je mogoče opazovati le, ko vir svetlobe ostane aktiven (kot so ultravijolične luči).
Nasprotno pa fosforescentne reakcije materialu omogočajo, da zadrži absorbirano energijo, kar mu omogoča, da kasneje oddaja svetlobo, kar ima za posledico sij, ki se nadaljuje tudi po tem, ko vir svetlobe ugasne. Če torej luminiscenca takoj izgine, je razvrščena kot fluorescenca; Če vztraja, se identificira kot fosforescenca; in če je za aktiviranje potrebna kemična reakcija, se imenuje kemiluminiscenca.
Primere tega lahko najdemo v naravnih pojavih in tehnoloških aplikacijah, kot je npr fluorescentni in fosforescentni materiali. Lahko bi si na primer predstavljali nočni klub, kjer tkanina in zobje svetijo pod črno svetlobo (fluorescenca), znak za izhod v sili seva svetlobo (fosforescenca), svetleče palice pa prav tako proizvajajo osvetlitev (kemiluminiscenca). Tudi pri označevanju predmetov in v znanstvenih študijah, kjer je bistvena razlika v trajanju luminiscence.
Fluorescenca
Materiali, ki takoj oddajajo svetlobo, se imenujejo fluorescentni. V teh materialih atomi absorbirajo energijo, zaradi česar preidejo v "vzburjeno" stanje. Ko se vrnejo v svoje normalno stanje v približno stotisočinki sekunde (v razponu od 10^-9 do 10^-6 sekund), sprostijo to energijo v obliki drobnih delcev svetlobe, znanih kot fotoni.
Formalno gledano, Fluorescenca je sevalni proces, pri katerem se vzbujajo elektroni Prehajajo iz najnižjega vzbujenega stanja (S1) v osnovno stanje (S0). Med tem prehodom elektron razprši nekaj svoje energije z vibracijsko sprostitvijo, kar ima za posledico oddani foton zmanjšano energijo in posledično daljšo valovno dolžino.
Za praktične uporabe in primere fluorescence se lahko obrnete na "Uporabe in uporabe fluorescence v znanosti in tehnologiji".
Fosforescenca
Da bi razumeli razlike med fluorescenco in fosforescenco, je treba na kratko raziskati koncept elektronskega spina. Spin predstavlja temeljno lastnost elektrona, saj deluje kot vrsta vrtilne količine, ki vpliva na njegovo obnašanje v elektromagnetnem polju. Ta lastnost ima lahko samo vrednost ½ in je lahko usmerjena navzgor ali navzdol. Znotraj iste orbite atoma imajo elektroni dosledno antiparalelni spin, ko so v singletnem osnovnem stanju (S0). Po napredovanju v vzbujeno stanje elektron ohrani svojo orientacijo spina, kar ima za posledico nastanek enojnega vzbujenega stanja (S1), kjer obe orientaciji spina ostaneta seznanjeni v antiparalelni konfiguraciji. Pomembno je omeniti, da so vsi relaksacijski procesi, povezani s fluorescenco, spinsko nevtralni, kar zagotavlja, da se usmeritev spina elektronov ves čas ohranja.
V primeru fosforescence, Proces se bistveno razlikuje, saj vključuje prehode med stanji z različnimi usmeritvami spina.. Med sistemi, ki prehajajo iz singletno vzbujenega stanja (S10) v energijsko ugodnejše tripletno vzbujeno stanje (T11), se pojavijo hitri prehodi (v razponu od 10^-6 do 1^-1 sekund). Ta prehod ima za posledico obračanje vrtenja elektrona; Za nastala stanja so značilni vzporedni vrtljaji na obeh elektronih in so razvrščena kot metastabilna. V tem primeru pride do relaksacije s fosforescenco, kar vodi do ponovnega obrata vrtenja elektrona in posledične emisije fotona.
Prehod nazaj v sproščeno singletno stanje (S0) se lahko pojavi po dolgem zamiku (variira od 10^-3 do več kot 100 sekund). Med tem procesom relaksacije nesevalni mehanizmi porabijo več energije pri fosforescentni relaksaciji v primerjavi s fluorescenco, kar ima za posledico večjo energijsko razliko med absorbiranimi in oddanimi fotoni in posledično večji premik valovne dolžine. Zanimivo je opazovati, kako razlika v atomski strukturi materialov povzroča te variacije v pojavih luminescence.
Vzbujevalni in emisijski spektri
Luminescenca se pojavi, ko se elektroni snovi vzbudijo z absorpcijo fotonov, ki nato sprostijo to energijo v obliki sevanja. V določenih primerih Oddano sevanje je lahko sestavljeno iz fotonov, ki imajo enako energijo in valovno dolžino kot absorbirani; Ta pojav je znan kot resonančna fluorescenca. Pogosteje ima oddano sevanje daljšo valovno dolžino, kar kaže na manjšo energijo v primerjavi z absorbiranimi fotoni.
Ta prehod na daljše valovne dolžine je znan kot Stokesov premik. Ko so elektroni vzburjeni s kratkim, nevidnim sevanjem, se povzpnejo v višja energijska stanja. Ko se vrnejo v prvotno stanje, oddajajo vidno svetlobo z enako valovno dolžino, kar ponazarja resonančno fluorescenco. Vendar pa se ti vzbujeni elektroni lahko tudi vrnejo na vmesno energijsko raven, kar povzroči emisijo svetlobnega fotona, ki nosi manj energije kot energija začetnega vzbujanja. Ta proces, kadar je inducirana z ultravijolično svetlobo, se običajno kaže kot fluorescenca v vidnem spektru. V primeru fosforescentnih materialov obstaja zamik med vzbujanjem elektronov na visoke energijske nivoje in njihovo vrnitvijo v osnovno stanje.
Zanimiv vidik, ki ga je treba omeniti, je, da sta intenzivnost in barva oddane svetlobe odvisni od snovi in valovne dolžine vzbujanja, kar je bistvenega pomena pri načrtovanju fluorescentnih in fosforescentnih materialov. Razmerje med valovnimi dolžinami vzbujanja in emisij, znano kot spektri vzbujanja in emisij, je ključnega pomena za razumevanje, kako in kdaj pride do teh pojavov.
Pomembno je omeniti, da valovna dolžina emisije ni odvisna od valovne dolžine vzbujanja, razen v primerih, ko imajo snovi več mehanizmov luminescence. Posledično imajo minerali različne sposobnosti absorbiranja ultravijolične svetlobe pri določenih valovnih dolžinah; nekateri fluorescirajo pod kratkovalovno ultravijolično svetlobo, medtem ko drugi fluorescirajo pod dolgimi valovnimi dolžinami, nekateri pa kažejo nejasno fluorescenco. Barva oddane svetlobe se pogosto močno spreminja z različnimi valovnimi dolžinami vzbujanja.
Pojav teh pojavov ni omejen le na uporabo ultravijoličnega sevanja; namesto tega lahko vzbujanje dosežemo s katerimkoli sevanjem, ki ima ustrezno energijo. na primer Rentgenski žarki lahko povzročijo fluorescenco v različnih snoveh, od katerih se mnoge odzivajo tudi na različne vrste sevanja. Magnezijev volframat, na primer, kaže občutljivost na skoraj vsa sevanja z valovno dolžino, krajšo od 300 nm, ki zajema ultravijolični in rentgenski spekter. Poleg tega lahko nekatere materiale zlahka vzbudijo elektroni, kot ponazarjajo fosforji, ki se uporabljajo v televizijskih ceveh.
In kako so ti pojavi povezani z drugimi naravnimi dogodki?
Razumevanje razlik med luminiscenco, fluorescenco in fosforescenco prav tako pomaga razumeti naravne pojave, kot je npr. plasti cirusnih oblakov in drugih atmosferskih pojavov. To znanje bogati interpretacijo svetlobnih spektrov in interakcijo svetlobe z različnimi materiali v našem okolju ter odpira vrata novim znanstvenim in tehnološkim aplikacijam. Odkrivanje, kako se ti pojavi pojavljajo in kakšni pogoji jim dajejo prednost, bi lahko bilo ključno za napredek na področjih, kot so mineralogija, astronomija in biomedicina.
