La differenza tra fluorescenza e fosforescenza

Artículo revisado y aprobado por nuestro equipo editorial, siguiendo los criterios de redacción y edición de YuBrain.


La fluorescenza e la fosforescenza sono due processi atomici mediante i quali un materiale emette luce; tuttavia, la fluorescenza e la fosforescenza sono prodotte da processi diversi. In entrambi i fenomeni di fluorescenza e fosforescenza, le molecole del materiale assorbono luce ed emettono fotoni di energia inferiore (o lunghezza d’onda maggiore), ma in fluorescenza il processo è molto più veloce che in fosforescenza; inoltre il senso di rotazione degli elettroni non cambia.

Cos’è la fotoluminescenza?

La luminescenza è la proprietà che possiedono alcuni materiali di emettere radiazioni luminose (fotoni con energia nel campo del visibile) dopo essere stati sottoposti ad un certo stimolo esterno. In particolare, le sostanze fotoluminescenti sono quelle che, se esposte ad una sorgente di radiazione elettromagnetica come la radiazione ultravioletta (UV), emettono luce visibile a seguito dell’eccitazione dei propri atomi o molecole provocata dalla radiazione ricevuta.

Uno dei modi in cui un materiale può assorbire uno stimolo energetico è quello di eccitare gli elettroni dei suoi atomi a un livello energetico più alto rispetto a prima di ricevere lo stimolo; in questo caso si dice che le molecole o gli atomi sono eccitati o aumentano la loro vibrazione, nel qual caso avviene il riscaldamento del materiale . Le molecole o gli atomi possono eccitarsi assorbendo diversi tipi di energia: radiazione elettromagnetica (luce con diverse lunghezze d’onda, e quindi con diversa energia), energia chimica, come risultato di qualche reazione chimica esoergica, o energia meccanica, ad esempio attrito o pressione. i cambiamenti. 

L’assorbimento di energia elettromagnetica (luce) o fotoni da parte di un materiale può produrre i due effetti che abbiamo citato: che le molecole o gli atomi del materiale si riscaldino o che si eccitino. Quando sono eccitati, gli elettroni passano a un livello di energia superiore rispetto a prima di ricevere lo stimolo energetico; quando ritornano al loro livello di energia originale, o stato fondamentale più stabile , emettono fotoni con un’energia corrispondente alla differenza di energia tra lo stato eccitato e quello fondamentale. Questa differenza di energia è una proprietà del materiale, indipendente dall’energia che assorbe. Queste sono le sostanze o materiali fotoluminescenti e i fotoni emessi sono percepiti come fotoluminescenza. 

La fluorescenza e la fosforescenza sono due forme di fotoluminescenza di un materiale. Altri meccanismi di luminescenza, associati ad un altro tipo di stimolo energetico o fonte di eccitazione, sono la triboluminescenza (associata all’attrito), la bioluminescenza (associata a processi biologici, come quello delle lucciole) e la chemiluminescenza (associata a reazioni chimiche).

fluorescenza

La fluorescenza è un meccanismo in cui la luce ad alta energia (lunghezza d’onda corta o alta frequenza) viene assorbita, generando l’eccitazione degli elettroni nel materiale. Di solito, la luce assorbita è nella gamma degli ultravioletti e il processo di assorbimento avviene rapidamente senza cambiare la direzione della rotazione dell’elettrone. Come già accennato, la fluorescenza è un processo rapido, per cui quando la fonte di eccitazione cessa, il materiale smette immediatamente di brillare.

Il colore (lunghezza d’onda) della luce emessa da un materiale fluorescente è indipendente dalla lunghezza d’onda della luce incidente e può corrispondere allo spettro del visibile o dell’infrarosso (frequenza inferiore o lunghezza d’onda maggiore rispetto alla luce visibile). La diseccitazione allo stato fondamentale degli elettroni emette luce visibile o infrarossa. La differenza di lunghezza d’onda tra lo spettro di assorbimento e di emissione di un materiale fluorescente è chiamata spostamento di Stokes.

I parametri di base dei meccanismi di fluorescenza sono:

  • Durata media (τ): tempo medio che la molecola trascorre nello stato eccitato prima di tornare allo stato basale (~ 10 ns).
  • Resa quantistica (φF): rapporto tra il numero di fotoni emessi rispetto a quelli assorbiti. È sempre minore di 1.

esempi di fluorescenza

Alcuni esempi di fluorescenza sono luci fluorescenti e insegne al neon, materiali che brillano sotto una luce nera (luce ultravioletta) ma smettono di brillare una volta spenta la luce eccitante e pennarelli. Un esempio molto particolare sono gli scorpioni, che emettono fluorescenza quando vengono eccitati dalla luce ultravioletta. L’esoscheletro dell’animale non lo protegge dalle radiazioni ultraviolette, quindi non dovrebbe essere esposto per lunghi periodi di tempo. 

fosforescenza

Come nella fluorescenza, un materiale fosforescente assorbe la luce ad alta energia (solitamente ultravioletta), che provoca l’eccitazione degli elettroni nel materiale a un livello di energia più elevato rispetto a prima dell’eccitazione. Ma, a differenza della fosforescenza, la transizione allo stato energetico fondamentale avviene in tempi molto più lunghi e la direzione della rotazione dell’elettrone può essere cambiata nel processo di eccitazione e diseccitazione.

I materiali fosforescenti possono brillare per diversi secondi o fino a un paio di giorni dopo la cessazione dell’eccitazione. Ciò avviene perché il salto di energia degli elettroni eccitati è maggiore che nei fenomeni di fluorescenza; cioè la perdita di energia degli elettroni al ritorno allo stato fondamentale è maggiore e la diseccitazione può essere prodotta passando per stati energetici intermedi tra lo stato eccitato e lo stato fondamentale.

Un elettrone non cambia mai la sua direzione di rotazione o rotazione negli eventi di fluorescenza, ma può farlo negli eventi di fosforescenza, quindi questo cambiamento può verificarsi durante l’assorbimento di energia o durante il processo di diseccitazione. I cambiamenti di spin causati dall’eccitazione della luce comportano tempi di diseccitazione più lunghi, poiché l’elettrone non tornerà al suo stato energetico più basso fino a quando non ritorna al suo spin originale, e quindi i materiali fosforescenti brillano nell’oscurità anche dopo aver superato la fonte di eccitazione . è cessato.

Esempi di fosforescenza

I materiali fosforescenti sono usati nei mirini delle armi, in varie vernici e nelle lancette degli orologi per indicare l’ora di notte.

Fontana

Termofisher scientifico. Fondamenti di fluorescenza Fondamenti di fluorescenza | Thermo Fisher Scientific – AR 2021

-Annuncio-

mm
Sergio Ribeiro Guevara (Ph.D.)
(Doctor en Ingeniería) - COLABORADOR. Divulgador científico. Ingeniero físico nuclear.

Artículos relacionados