Fluorescencja kontra fosforescencja

Zrozum różnicę między fluorescencją a fosforescencją

Fluorescencja i fosforescencja to dwa mechanizmy emitujące światło lub przykłady fotoluminescencji. Jednakże, dwa terminy nie oznaczają tego samego i nie występują w ten sam sposób. Zarówno we fluorescencji, jak i fosforescencji cząsteczki absorbują światło i emitują fotony z mniejszą energią (dłuższa długość fali), ale fluorescencja zachodzi znacznie szybciej niż fosforescencja i nie zmienia kierunku spinu elektronów.

Oto jak działa fotoluminescencja i przyjrzyjmy się procesom fluorescencji i fosforescencji, ze znanymi przykładami każdego rodzaju emisji światła.

Kluczowe wnioski: fluorescencja kontra fosforescencja

• Zarówno fluorescencja, jak i fosforescencja są formami fotoluminescencji. W pewnym sensie oba zjawiska powodują, że rzeczy świecą w ciemności. W obu przypadkach elektrony pochłaniają energię i uwalniają światło, gdy wracają do bardziej stabilnego stanu.
• Fluorescencja zachodzi znacznie szybciej niż fosforescencja. Gdy źródło wzbudzenia zostanie usunięte, jarzenie prawie natychmiast zanika (ułamek sekundy). Kierunek spinu elektronu nie zmienia się.
• Fosforescencja trwa znacznie dłużej niż fluorescencja (minuty do kilku godzin). Kierunek spinu elektronu może się zmienić, gdy elektron przechodzi do stanu o niższej energii.

Podstawy fotoluminescencji

Fluorescencja to szybki proces fotoluminescencji, więc poświatę widać tylko wtedy, gdy na obiekt pada czarne światło. Don Farrall / Getty Images

Fotoluminescencja występuje, gdy cząsteczki pochłaniają energię. Jeśli światło powoduje wzbudzenie elektronowe, cząsteczki nazywane są podekscytowany . Jeśli światło powoduje wzbudzenie wibracji, cząsteczki nazywane są gorący . Cząsteczki mogą zostać wzbudzone przez pochłanianie różnych rodzajów energii, takich jak energia fizyczna (światło), energia chemiczna lub energia mechaniczna (np. tarcie lub ciśnienie). Pochłanianie światła lub fotonów może spowodować, że cząsteczki staną się zarówno gorące, jak i pobudzone. Podekscytowane elektrony są podnoszone do wyższego poziomu energii. Gdy wracają do niższego i bardziej stabilnego poziomu energii, uwalniane są fotony. Fotony są odbierane jako fotoluminescencja. Dwa rodzaje fotoluminescencji oraz fluorescencja i fosforescencja.

Jak działa fluorescencja

Żarówka fluorescencyjna jest dobrym przykładem fluorescencji. Bruno Ehrs / Getty Images

We fluorescencji, światło o wysokiej energii (krótka długość fali, wysoka częstotliwość) jest absorbowane, co powoduje przemieszczenie elektronu w stan wzbudzonej energii. Zwykle pochłaniane światło jest w zakres ultrafioletowy , Proces wchłaniania zachodzi szybko (w odstępie 10^{-piętnaście}sekund) i nie zmienia kierunku spinu elektronu. Fluorescencja zachodzi tak szybko, że po wyłączeniu światła materiał przestaje się świecić.

Kolor (długość fali) światła emitowanego przez fluorescencję jest prawie niezależny od długości fali padającego światła. Oprócz światła widzialnego emitowane jest również światło podczerwone lub IR. Relaksacja wibracyjna uwalnia światło podczerwone około 10^-12sekund po pochłonięciu padającego promieniowania. Odwzbudzenie elektronu do stanu podstawowego emituje światło widzialne i podczerwone i występuje około 10^-9sekundy po pochłonięciu energii. Różnica w długości fali między widmami absorpcyjnymi i emisyjnymi materiału fluorescencyjnego nazywana jest jego Zmiana Stokesa .

Przykłady fluorescencji

Świetlówki i neony są przykładami fluorescencji, podobnie jak materiały, które świecą w czarnym świetle, ale przestają świecić po wyłączeniu światła ultrafioletowego. Niektóre skorpiony będą świecić. Świecą tak długo, jak długo światło ultrafioletowe dostarcza energii, jednak egzoszkielet zwierzęcia nie chroni go zbyt dobrze przed promieniowaniem, więc nie należy długo trzymać czarnego światła, aby zobaczyć blask skorpiona. Niektóre koralowce i grzyby są fluorescencyjne. Wiele zakreślaczy jest również fluorescencyjnych.

Jak działa fosforescencja

Gwiazdy namalowane lub naklejone na ścianach sypialni świecą w ciemności dzięki fosforescencji. Dougal Waters / Getty Images

Jak we fluorescencji, materiał fosforyzujący pochłania światło o wysokiej energii (zwykle ultrafioletowe), powodując przejście elektronów do stanu o wyższej energii, ale przejście z powrotem do stanu o niższej energii zachodzi znacznie wolniej i kierunek spinu elektronu może się zmienić. Materiały fosforyzujące mogą wydawać się świecić przez kilka sekund do kilku dni po wyłączeniu światła. Powodem, dla którego fosforescencja trwa dłużej niż fluorescencja, jest to, że wzbudzone elektrony przeskakują na wyższy poziom energii niż w przypadku fluorescencji. Elektrony mają więcej energii do stracenia i mogą spędzać czas na różnych poziomach energii między stanem wzbudzonym a stanem podstawowym.

Elektron nigdy nie zmienia swojego kierunku spinu we fluorescencji, ale może to zrobić, jeśli warunki są odpowiednie podczas fosforescencji. Ten obrót może wystąpić podczas absorpcji energii lub później. Jeśli nie nastąpi odwrócenie spinu, mówi się, że cząsteczka znajduje się w a stan singletowy . Jeśli elektron przechodzi odwrócenie spinu a stan trójkowy jest utworzona. Stany tripletowe mają długą żywotność, ponieważ elektron nie spadnie do stanu o niższej energii, dopóki nie powróci do swojego pierwotnego stanu. Z powodu tego opóźnienia materiały fosforyzujące wydają się 'świecić w ciemności'.

Przykłady fosforescencji

W przyrządach celowniczych stosowane są materiały fosforyzujące, świecą w ciemnych gwiazdach , oraz farba używana do tworzenia murali z gwiazdami. Pierwiastek fosfor świeci w ciemności, ale nie z fosforescencji.

Inne rodzaje luminescencji

Fluorescencja i fosforescencja to tylko dwa sposoby emitowania światła z materiału. Inne mechanizmy luminescencji obejmują tryboluminescencja , bioluminescencja , orazchemiluminescencja.