Różnica między fluorescencją a fosforescencją

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


Fluorescencja i fosforescencja to dwa procesy atomowe, w których materiał emituje światło; jednakże fluorescencja i fosforescencja są wytwarzane przez różne procesy. Zarówno w zjawiskach fluorescencji, jak i fosforescencji cząsteczki materiału pochłaniają światło i emitują fotony o niższej energii (lub dłuższej fali), ale we fluorescencji proces ten jest znacznie szybszy niż w przypadku fosforescencji; ponadto kierunek wirowania elektronów nie zmienia się.

Co to jest fotoluminescencja?

Luminescencja to właściwość niektórych materiałów polegająca na emitowaniu promieniowania świetlnego (fotonów o energii w zakresie widzialnym) po poddaniu ich działaniu określonego bodźca zewnętrznego. W szczególności substancje fotoluminescencyjne to takie, które po wystawieniu na działanie źródła promieniowania elektromagnetycznego, takiego jak promieniowanie ultrafioletowe (UV), emitują światło widzialne w wyniku wzbudzenia ich atomów lub cząsteczek wywołanego otrzymanym promieniowaniem.

Jednym ze sposobów, w jaki materiał może absorbować bodziec energetyczny, jest wzbudzenie elektronów jego atomów na wyższym poziomie energii niż przed otrzymaniem bodźca; w tym przypadku mówimy, że cząsteczki lub atomy są wzbudzane lub zwiększają swoje wibracje, w którym to przypadku następuje nagrzewanie materiału . Cząsteczki lub atomy mogą zostać wzbudzone przez pochłanianie różnych rodzajów energii: promieniowania elektromagnetycznego (światło o różnych długościach fal, a więc o różnej energii), energii chemicznej, w wyniku jakiejś egzoergicznej reakcji chemicznej, lub energii mechanicznej, na przykład tarcia lub ciśnienia. zmiany. 

Absorpcja energii elektromagnetycznej (światła) lub fotonów przez materiał może wywołać dwa efekty, o których wspomnieliśmy: nagrzewanie się cząsteczek lub atomów materiału lub ich wzbudzenie. Po wzbudzeniu elektrony przechodzą na wyższy poziom energii niż przed otrzymaniem bodźca energetycznego; gdy powracają do swojego pierwotnego poziomu energii lub bardziej stabilnego stanu podstawowego , emitują fotony o energii odpowiadającej różnicy energii między stanem wzbudzonym i podstawowym. Ta różnica energii jest właściwością materiału, niezależną od energii, którą pochłania. Są to substancje lub materiały fotoluminescencyjne, a emitowane fotony są odbierane jako fotoluminescencja. 

Fluorescencja i fosforescencja to dwie formy fotoluminescencji materiału. Inne mechanizmy luminescencji, związane z innym rodzajem bodźca energetycznego lub źródłem pobudzenia, to tryboluminescencja (związana z tarciem), bioluminescencja (związana z procesami biologicznymi, takimi jak świetliki) i chemiluminescencja (związana z reakcjami chemicznymi).

fluorescencja

Fluorescencja to mechanizm, w którym światło o wysokiej energii (krótka długość fali lub wysoka częstotliwość) jest absorbowane, generując wzbudzenie elektronów w materiale. Zwykle absorbowane światło mieści się w zakresie ultrafioletu, a proces absorpcji przebiega szybko, bez zmiany kierunku wirowania elektronu. Jak już wspomniano, fluorescencja jest procesem szybkim, więc gdy źródło wzbudzenia ustaje, materiał natychmiast przestaje świecić.

Kolor (długość fali) światła emitowanego przez materiał fluorescencyjny jest niezależny od długości fali padającego światła i może odpowiadać widmu widzialnemu lub podczerwonemu (niższa częstotliwość lub dłuższa długość fali niż światło widzialne). Odwzbudzenie do stanu podstawowego elektronów emituje światło widzialne lub podczerwone. Różnica długości fali między widmem absorpcji i emisji materiału fluorescencyjnego nazywana jest przesunięciem Stokesa.

Podstawowe parametry mechanizmów fluorescencji to:

  • Średni czas życia (τ): średni czas, jaki cząsteczka spędza w stanie wzbudzonym przed powrotem do stanu podstawowego (~10 ns).
  • Wydajność kwantowa (φF): stosunek liczby fotonów wyemitowanych do fotonów pochłoniętych. Zawsze jest mniejszy od 1.

przykłady fluorescencji

Niektóre przykłady fluorescencji to światła fluorescencyjne i neony, materiały, które świecą pod czarnym światłem (światłem ultrafioletowym), ale przestają świecić po wyłączeniu ekscytującego światła oraz pisaki. Bardzo osobliwym przykładem są skorpiony, które fluoryzują pod wpływem światła ultrafioletowego. Egzoszkielet zwierzęcia nie chroni go przed promieniowaniem ultrafioletowym, dlatego nie należy go narażać na dłuższe okresy czasu. 

fosforescencja

Podobnie jak w przypadku fluorescencji, materiał fosforyzujący pochłania światło o wysokiej energii (zwykle ultrafiolet), co powoduje wzbudzenie elektronów w materiale na wyższym poziomie energii niż przed wzbudzeniem. Ale w przeciwieństwie do fosforescencji, przejście do podstawowego stanu energetycznego następuje w znacznie dłuższym czasie, a kierunek wirowania elektronu można zmienić w procesie wzbudzenia i odwzbudzenia.

Materiały fosforyzujące mogą świecić przez kilka sekund lub do kilku dni po ustaniu wzbudzenia. Dzieje się tak, ponieważ skok energii wzbudzonych elektronów jest większy niż w przypadku zjawisk fluorescencyjnych; to znaczy, utrata energii elektronów podczas powrotu do stanu podstawowego jest większa, a odwzbudzenie można uzyskać przechodząc przez pośrednie stany energetyczne między stanem wzbudzonym a stanem podstawowym.

Elektron nigdy nie zmienia swojego kierunku rotacji ani wirowania podczas zdarzeń fluorescencyjnych, ale może to zrobić podczas zdarzeń fosforescencyjnych, więc zmiana ta może wystąpić podczas absorpcji energii lub podczas procesu odwzbudzenia. Zmiany wirowania spowodowane wzbudzeniem światłem pociągają za sobą dłuższe czasy dewzbudzenia, ponieważ elektron nie powróci do swojego najniższego stanu energetycznego, dopóki nie powróci do pierwotnego wirowania, a zatem materiały fosforyzujące świecą w ciemności nawet po przejściu przez źródło wzbudzenia . ustał.

Przykłady fosforescencji

Materiały fosforyzujące są używane w celownikach pistoletowych, w różnych farbach i we wskazówkach zegara do wskazywania czasu w nocy.

Fontanna

Thermofisher Scientific. Podstawy fluorescencji Podstawy fluorescencji | Thermo Fisher Scientific – AR 2021

-Reklama-

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

Artículos relacionados