Skillnaden mellan fluorescens och fosforescens

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


Fluorescens och fosforescens är två atomära processer genom vilka ett material avger ljus; emellertid produceras fluorescens och fosforescens genom olika processer. I både fluorescens- och fosforescensfenomen absorberar materialets molekyler ljus och avger fotoner med lägre energi (eller längre våglängd), men i fluorescens är processen mycket snabbare än i fosforescens; vidare ändras inte rotationsriktningen för elektronerna.

Vad är fotoluminescens?

Luminescens är den egenskap som vissa material besitter att avge ljusstrålning (fotoner med energi i det synliga området) efter att ha utsatts för en viss yttre stimulans. I synnerhet är fotoluminescerande ämnen de som, när de utsätts för en källa av elektromagnetisk strålning, såsom ultraviolett (UV) strålning, avger synligt ljus som ett resultat av exciteringen av deras atomer eller molekyler orsakade av den mottagna strålningen.

Ett av sätten på vilket ett material kan absorbera en energisk stimulans är genom att excitera elektronerna i dess atomer på en högre energinivå än innan det fick stimulansen; i det här fallet säger vi att molekylerna eller atomerna exciteras eller ökar deras vibrationer, i vilket fall uppvärmning av materialet sker . Molekyler eller atomer kan exciteras genom att absorbera olika typer av energi: elektromagnetisk strålning (ljus med olika våglängder och därför med olika energi), kemisk energi, som ett resultat av någon exoergisk kemisk reaktion, eller mekanisk energi, till exempel friktion eller tryck. ändringar. 

Absorptionen av elektromagnetisk energi (ljus) eller fotoner av ett material kan ge de två effekter som vi nämnde: att materialets molekyler eller atomer värms upp eller att de blir exciterade. När de exciteras, passerar elektronerna till en högre energinivå än innan de fick energistimulansen; när de återgår till sin ursprungliga energinivå, eller mer stabila grundtillstånd , sänder de ut fotoner med en energi som motsvarar skillnaden i energi mellan det exciterade och marktillståndet. Denna energiskillnad är en egenskap hos materialet, oberoende av energin det absorberar. Dessa är de fotoluminescerande ämnena eller materialen, och de emitterade fotonerna uppfattas som fotoluminescens. 

Fluorescens och fosforescens är två former av fotoluminescens av ett material. Andra luminescensmekanismer, associerade med en annan typ av energetisk stimulans eller excitationskälla, är triboluminescens (associerad med friktion), bioluminescens (associerad med biologiska processer, såsom den hos eldflugor) och kemiluminescens (associerad med kemiska reaktioner).

fluorescens

Fluorescens är en mekanism där högenergiljus (kort våglängd eller hög frekvens) absorberas, vilket genererar excitationen av elektronerna i materialet. Vanligtvis är det absorberade ljuset i det ultravioletta området, och absorptionsprocessen sker snabbt utan att ändra riktningen för elektronens rotation. Som redan nämnts är fluorescens en snabb process, så att när excitationskällan upphör slutar materialet omedelbart att glöda.

Färgen (våglängden) på ljuset som emitteras av ett fluorescerande material är oberoende av det infallande ljusets våglängd och kan motsvara det synliga eller infraröda spektrumet (lägre frekvens eller längre våglängd än synligt ljus). De-exciteringen till grundtillståndet hos elektronerna avger synligt eller infrarött ljus. Skillnaden i våglängd mellan absorptions- och emissionsspektrumet för ett fluorescerande material kallas Stokes shift.

De grundläggande parametrarna för fluorescensmekanismer är:

  • Genomsnittlig livslängd (τ): Genomsnittlig tid som molekylen tillbringar i exciterat tillstånd innan den återgår till basal (~10 ns).
  • Kvantutbyte (φF): förhållandet mellan antalet emitterade fotoner i förhållande till de absorberade. Det är alltid mindre än 1.

exempel på fluorescens

Några exempel på fluorescens är lysrör och neonskyltar, material som lyser under ett svart ljus (ultraviolett ljus) men slutar glöda när det spännande ljuset släcks, och tuschpennor. Ett mycket märkligt exempel är skorpioner, som fluorescerar när de exciteras av ultraviolett ljus. Djurets exoskelett skyddar det inte mot ultraviolett strålning, så det bör inte exponeras under långa perioder. 

fosforescens

Liksom i fluorescens absorberar ett fosforescerande material högenergiljus (vanligtvis ultraviolett), vilket gör att elektronerna i materialet exciteras vid en högre energinivå än före excitationen. Men, till skillnad från fosforescens, sker övergången till markenergitillståndet på mycket längre tider, och riktningen för elektronens rotation kan ändras under excitation och de-excitation.

Fosforescerande material kan glöda i flera sekunder eller upp till ett par dagar efter att excitationen upphört. Detta inträffar eftersom energihoppet för de exciterade elektronerna är större än i fluorescensfenomen; det vill säga att elektronernas energiförlust när de återgår till grundtillståndet är större och de-excitationen kan produceras genom att gå igenom mellanenergitillstånd mellan det exciterade tillståndet och grundtillståndet.

En elektron ändrar aldrig sin rotationsriktning eller spinn vid fluorescenshändelser, men den kan göra det vid fosforescenshändelser, så denna förändring kan inträffa under energiabsorption eller under deexcitationsprocessen. Spinförändringar orsakade av ljusexcitation innebär längre deexcitationstider, eftersom elektronen inte kommer att återgå till sitt lägsta energitillstånd förrän den återgår till sitt ursprungliga spinn, och således lyser fosforescerande material i mörkret även efter att de har passerat excitationskällan . har upphört.

Exempel på fosforescens

Fosforescerande material används i sikten, i olika färger och i klockvisare för att visa tiden på natten.

Fontän

Thermofisher Scientific. Fluorescens Fundamentals Fluorescens Fundamentals | Thermo Fisher Scientific – AR 2021

-Annons-

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

Artículos relacionados

Flamfärgtestet