Има някои термини, които създават объркване в обичайния ежедневен език. Сред тези термини имаме луминесценция, флуоресценция и фосфоресценция. Равни условия ли са? С какво се различават и за какво се отнася всеки от тях?
Ще видим всичко това в тази статия, така че не я пропускайте.
Какво е луминесценция
Терминът луминесценция основно се отнася до излъчването на светлина. В нашата среда повечето обекти излъчват светлина поради енергията, която получават от слънцето, което Това е най-ярката същност, видима за нас. За разлика от луната, която изглежда излъчва светлина, тя всъщност отразява слънчевата светлина, функционирайки подобно на колосално каменно огледало. За да разберете по-добре как работи луминесценцията в различни вещества, можете да се консултирате влиянието на астрономическите явления върху луминесценцията.
По принцип има три основни вида луминесценция: флуоресценция, фосфоресценция и хемилуминесценция. Сред тях флуоресценцията и фосфоресценцията се класифицират като форми на фотолуминесценция. Разликата между фотолуминесценцията и хемилуминесценцията е в механизма на активиране на луминесценцията; При фотолуминесценцията светлината действа като тригер, докато при хемилуминесценцията химическа реакция инициира излъчването на светлина.
Както флуоресценцията, така и фосфоресценцията, които са форми на фотолуминесценция, зависят от способността на веществото да абсорбира светлина и впоследствие да я излъчва при по-голяма дължина на вълната, което показва намаляване на енергията. обаче Продължителността на този процес е значително различна. При флуоресцентни реакции излъчването на светлина възниква мигновено и се наблюдава само докато светлинният източник остава активен (като ултравиолетови светлини).
Обратно, фосфоресциращите реакции позволяват на материала да задържи абсорбираната енергия, позволявайки му да излъчва светлина по-късно, което води до сияние, което продължава дори след като източникът на светлина е изгасен. Следователно, ако луминесценцията изчезне веднага, тя се класифицира като флуоресценция; Ако продължава, се идентифицира като фосфоресценция; и ако изисква химическа реакция за активиране, това се нарича хемилуминесценция.
Примери за това могат да бъдат намерени в природни феномени и технологични приложения, като например в флуоресцентни и фосфоресциращи материали. Например, човек може да си представи нощен клуб, където тъканта и зъбите светят под черна светлина (флуоресценция), знакът за авариен изход излъчва светлина (фосфоресценция), а светещите пръчици също произвеждат светлина (хемилуминесценция). Също така при маркиране на обекти и в научни изследвания, където разликата в продължителността на луминисценцията е съществена.
Флуоресценция
Материалите, които моментално излъчват светлина, се наричат флуоресцентни. В тези материали атомите абсорбират енергия, което ги кара да влязат в „възбудено“ състояние. Връщайки се към нормалното си състояние за приблизително една стохилядна от секундата (вариращи от 10^-9 до 10^-6 секунди), те освобождават тази енергия под формата на малки частици светлина, известни като фотони.
формално казано, Флуоресценцията е радиационен процес, при който се възбуждат електрони Те преминават от най-ниско възбудено състояние (S1) към основно състояние (S0). По време на този преход електронът разсейва част от енергията си чрез вибрационна релаксация, което води до излъчения фотон с намалена енергия и, следователно, по-голяма дължина на вълната.
За практически приложения и примери за флуоресценция можете да се обърнете към „Приложения и употреби на флуоресценция в науката и технологиите“.
Фосфоресценция
За да се разберат разликите между флуоресценция и фосфоресценция, е необходимо да се изследва накратко концепцията за въртене на електрони. Спинът представлява основна характеристика на електрона, действайки като вид ъглов импулс, който влияе върху поведението му в електромагнитно поле. Това свойство може да приема само стойност ½ и може да показва ориентация нагоре или надолу. В рамките на една и съща орбитала на атом, електроните постоянно проявяват антипаралелен спин, когато са в синглетно основно състояние (S0). При преминаване към възбудено състояние, електронът запазва своята спинова ориентация, което води до образуването на синглетно възбудено състояние (S1), където и двете спинови ориентации остават сдвоени в антипаралелна конфигурация. Важно е да се отбележи, че всички процеси на релаксация, свързани с флуоресценцията, са спин-неутрални, което гарантира, че ориентацията на спина на електрона се запазва през цялото време.
В случай на фосфоресценция, Процесът се различава значително, тъй като включва преходи между състояния с различни ориентации на спина.. Бързи преходи (вариращи от 10^-11 до 10^-6 секунди) възникват между системи, които преминават от синглетно възбудено състояние (S1) към енергийно по-благоприятно триплетно възбудено състояние (T1). Този преход води до обръщане на спина на електрона; Получените състояния се характеризират с паралелни завъртания на двата електрона и се класифицират като метастабилни. В този случай се получава релаксация чрез фосфоресценция, което води до друго обръщане на въртенето на електрона и последващо излъчване на фотон.
Преходът обратно към отпуснато синглетно състояние (S0) може да настъпи след дълго забавяне (вариращо от 10^-3 до повече от 100 секунди). По време на този процес на релаксация нерадиационните механизми консумират повече енергия при фосфоресцираща релаксация в сравнение с флуоресценцията, което води до по-голяма енергийна разлика между абсорбираните и излъчените фотони и, следователно, по-голямо изместване на дължината на вълната. Интересно е да се наблюдава как разликата в атомната структура на материалите причинява тези вариации в луминесцентните явления.
Спектри на възбуждане и излъчване
Луминесценцията възниква, когато електроните на дадено вещество се възбудят чрез абсорбиране на фотони, впоследствие освобождавайки тази енергия под формата на радиация. В определени случаи, Излъчваното лъчение може да се състои от фотони, които имат същата енергия и дължина на вълната като абсорбираните; Това явление е известно като резонансна флуоресценция. По-често излъченото лъчение има по-голяма дължина на вълната, което показва по-ниска енергия в сравнение с погълнатите фотони.
Този преход към по-дълги дължини на вълните е известен като изместване на Стокс. Когато електроните се възбудят от кратко, невидимо лъчение, те се издигат до по-високи енергийни състояния. След като се върнат в първоначалното си състояние, те излъчват видима светлина със същата дължина на вълната, като пример за резонансна флуоресценция. Въпреки това, тези възбудени електрони могат също така да се върнат към междинно енергийно ниво, което води до излъчване на светлинен фотон, който носи по-малко енергия от тази на първоначалното възбуждане. Този процес, когато се индуцира от ултравиолетова светлина, обикновено се проявява като флуоресценция във видимия спектър. В случая на фосфоресциращи материали има забавяне между възбуждането на електроните до високи енергийни нива и връщането им в основно състояние.
Интересен аспект, който трябва да се отбележи, е, че интензитетът и цветът на излъчваната светлина зависят от веществото и дължината на вълната на възбуждане, което е от съществено значение при проектирането на флуоресцентни и фосфоресциращи материали. Връзката между дължините на вълните на възбуждане и излъчване, известна като спектри на възбуждане и излъчване, е ключова за разбирането как и кога възникват тези явления.
Важно е да се отбележи, че дължината на вълната на излъчване не зависи от дължината на вълната на възбуждане, освен в случаите, когато веществата притежават множество механизми на луминесценция. Следователно, минералите показват различни способности да абсорбират ултравиолетова светлина при определени дължини на вълната; някои флуоресцират под ултравиолетова светлина с къса дължина на вълната, докато други флуоресцират под дълги дължини на вълната, а някои показват неясна флуоресценция. Цветът на излъчената светлина често варира значително при различните дължини на вълната на възбуждане.
Възникването на тези явления не се ограничава само до използването на ултравиолетово лъчение; по-скоро възбуждането може да бъде постигнато от всяко излъчване, притежаващо подходяща енергия. например, Рентгеновите лъчи са способни да индуцират флуоресценция в различни вещества, много от които реагират и на различни видове радиация. Магнезиевият волфрамат, например, показва чувствителност към почти всички лъчения с дължини на вълните по-къси от 300 nm, обхващащи както ултравиолетовия, така и рентгеновия спектър. Освен това, някои материали могат лесно да бъдат възбудени от електрони, както е илюстрирано от луминофорите, използвани в телевизионните тръби.
И как тези явления са свързани с други природни събития?
Разбирането на разликите между луминесценция, флуоресценция и фосфоресценция също помага за разбирането на природни явления като перести облачни слоеве и други атмосферни явления. Това знание обогатява тълкуването на светлинните спектри и взаимодействието на светлината с различни материали в нашата среда, както и отваря вратата към нови научни и технологични приложения. Откриването на това как се случват тези явления и какви условия ги благоприятстват може да бъде от ключово значение за напредъка в области като минералогията, астрономията и биомедицината.
