Diferența dintre fluorescență și fosforescență

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


Fluorescența și fosforescența sunt două procese atomice prin care un material emite lumină; cu toate acestea, fluorescența și fosforescența sunt produse prin procese diferite. Atât în ​​fenomenele de fluorescență, cât și în cele de fosforescență, moleculele materialului absorb lumina și emit fotoni cu energie mai mică (sau cu lungime de undă mai mare), dar în fluorescență procesul este mult mai rapid decât în ​​fosforescență; în plus, direcția de rotație a electronilor nu se modifică.

Ce este fotoluminiscența?

Luminescența este proprietatea pe care o posedă anumite materiale de a emite radiații luminoase (fotoni cu energie în domeniul vizibil) după ce au fost supuse unui anumit stimul extern. În special, substanțele fotoluminiscente sunt acelea care, atunci când sunt expuse la o sursă de radiații electromagnetice, cum ar fi radiația ultravioletă (UV), emit lumină vizibilă ca urmare a excitării atomilor sau moleculelor lor cauzată de radiația primită.

Unul dintre modurile prin care un material poate absorbi un stimul energetic este prin excitarea electronilor atomilor săi la un nivel energetic mai ridicat decât înainte de a primi stimulul; în acest caz, spunem că moleculele sau atomii sunt excitați sau își măresc vibrația, caz în care are loc încălzirea materialului . Moleculele sau atomii pot deveni excitați prin absorbția diferitelor tipuri de energie: radiații electromagnetice (lumină cu lungimi de undă diferite și, prin urmare, cu energie diferită), energie chimică, ca urmare a unei reacții chimice exoergice, sau energie mecanică, de exemplu frecare sau presiune. schimbări. 

Absorbția energiei electromagnetice (luminii) sau a fotonilor de către un material poate produce cele două efecte pe care le-am menționat: ca moleculele sau atomii materialului să se încălzească sau să devină excitați. Când sunt excitați, electronii trec la un nivel de energie mai ridicat decât înainte de a primi stimulul energetic; pe măsură ce revin la nivelul lor de energie inițial, sau la starea fundamentală mai stabilă , emit fotoni cu o energie corespunzătoare diferenței de energie dintre stările excitate și de bază. Această diferență de energie este o proprietate a materialului, independentă de energia pe care o absoarbe. Acestea sunt substanțele sau materialele fotoluminiscente, iar fotonii emiși sunt percepuți ca fotoluminiscență. 

Fluorescența și fosforescența sunt două forme de fotoluminiscență a unui material. Alte mecanisme de luminiscență, asociate cu un alt tip de stimul energetic sau sursă de excitație, sunt triboluminiscența (asociată cu frecare), bioluminiscența (asociată cu procese biologice, cum ar fi cel al licuricilor) și chemiluminiscența (asociată cu reacții chimice).

fluorescenţă

Fluorescența este un mecanism în care lumina de înaltă energie (lungime de undă scurtă sau frecvență înaltă) este absorbită, generând excitația electronilor din material. De obicei, lumina absorbită este în domeniul ultravioletei, iar procesul de absorbție are loc rapid, fără a schimba direcția de rotație a electronului. După cum sa menționat deja, fluorescența este un proces rapid, astfel încât atunci când sursa de excitare încetează, materialul încetează imediat să strălucească.

Culoarea (lungimea de undă) luminii emise de un material fluorescent este independentă de lungimea de undă a luminii incidente și poate corespunde spectrului vizibil sau infraroșu (frecvență mai mică sau lungime de undă mai mare decât lumina vizibilă). Dezexcitarea la starea fundamentală a electronilor emite lumină vizibilă sau infraroșie. Diferența de lungime de undă dintre spectrul de absorbție și emisie al unui material fluorescent se numește schimbarea Stokes.

Parametrii de bază ai mecanismelor de fluorescență sunt:

  • Durata medie de viață (τ): Timpul mediu pe care molecula îl petrece în starea excitată înainte de a reveni la baza (~10 ns).
  • Randament cuantic (φF): raport dintre numărul de fotoni emiși față de cei absorbiți. Este întotdeauna mai mică de 1.

exemple de fluorescență

Câteva exemple de fluorescență sunt luminile fluorescente și semnele de neon, materialele care strălucesc sub o lumină neagră (lumină ultravioletă), dar nu mai strălucesc odată ce lumina excitantă este stinsă și pixurile de marcare. Un exemplu foarte ciudat este scorpionii, care fluoresc atunci când sunt excitați de lumina ultravioletă. Exoscheletul animalului nu îl protejează de radiațiile ultraviolete, așa că nu trebuie expus perioade lungi de timp. 

fosforescenţă

Ca și în fluorescență, un material fosforescent absoarbe lumină de înaltă energie (de obicei ultravioletă), ceea ce face ca electronii din material să devină excitați la un nivel de energie mai mare decât înainte de excitare. Dar, spre deosebire de fosforescență, trecerea la starea de energie fundamentală are loc în timpi mult mai lungi, iar direcția de rotație a electronului poate fi schimbată în procesul de excitare și dezexcitare.

Materialele fosforescente pot străluci timp de câteva secunde sau până la câteva zile după încetarea excitației. Acest lucru se întâmplă deoarece saltul de energie al electronilor excitați este mai mare decât în ​​fenomenele de fluorescență; adică pierderea de energie a electronilor la revenirea la starea fundamentală este mai mare și dezexcitarea poate fi produsă prin trecerea prin stări de energie intermediare între starea excitată și starea fundamentală.

Un electron nu își schimbă niciodată direcția de rotație sau spin în evenimentele de fluorescență, dar poate face acest lucru în evenimentele de fosforescență, astfel încât această schimbare poate apărea în timpul absorbției de energie sau în timpul procesului de dezexcitare. Schimbările de spin cauzate de excitația luminii implică timpi mai lungi de dezexcitare, deoarece electronul nu se va întoarce la starea sa cea mai scăzută de energie până când nu revine la spinul său original și, astfel, materialele fosforescente strălucesc în întuneric chiar și după ce au trecut de sursa de excitație . a încetat.

Exemple de fosforescență

Materialele fosforescente sunt folosite în lunerile de pistol, în diverse vopsele și în acționarea ceasului pentru a indica ora pe timp de noapte.

Fântână

Thermofisher Scientific. Fundamentele fluorescenței Fundamentele fluorescenței | Thermo Fisher Scientific – AR 2021

-Publicitate-

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

Artículos relacionados