Fluorescencija prieš fosforescenciją
Supraskite skirtumą tarp fluorescencijos ir fosforescencijos
Fluorescencija ir fosforescencija yra du mechanizmai, skleidžiantys šviesą arba fotoliuminescencijos pavyzdžiai. Tačiau du terminai reiškia ne tą patį ir nebūna taip pat. Ir fluorescencijoje, ir fosforescencijoje molekulės sugeria šviesą ir išspinduliuoja fotonus su mažesne energija (ilgesniu bangos ilgiu), tačiau fluorescencija vyksta daug greičiau nei fosforescencija ir nekeičia elektronų sukimosi krypties.
Štai kaip veikia fotoliuminescencija ir pažvelkite į fluorescencijos ir fosforescencijos procesus su pažįstamais kiekvieno tipo šviesos spinduliavimo pavyzdžiais.
Pagrindiniai aspektai: fluorescencija prieš fosforescenciją
- Ir fluorescencija, ir fosforescencija yra fotoliuminescencijos formos. Tam tikra prasme abu reiškiniai priverčia daiktus švyti tamsoje. Abiem atvejais elektronai sugeria energiją ir išskiria šviesą, kai grįžta į stabilesnę būseną.
- Fluorescencija vyksta daug greičiau nei fosforescencija. Pašalinus sužadinimo šaltinį, švytėjimas beveik iš karto nutrūksta (sekundės dalis). Elektronų sukimosi kryptis nesikeičia.
- Fosforescencija trunka daug ilgiau nei fluorescencija (nuo minučių iki kelių valandų). Elektronui pereinant į žemesnės energijos būseną, elektrono sukimosi kryptis gali pasikeisti.
Fotoliuminescencijos pagrindai
Fluorescencija yra greitas fotoliuminescencijos procesas, todėl švytėjimą matote tik tada, kai objektą apšviečia juoda šviesa. Don Farrall / Getty Images
Fotoliuminescencija atsiranda, kai molekulės sugeria energiją. Jei šviesa sukelia elektroninį sužadinimą, molekulės vadinamos susijaudinęs . Jei šviesa sukelia vibracinį sužadinimą, molekulės vadinamos karšta . Molekulės gali susijaudinti sugerdamos įvairių rūšių energiją, tokią kaip fizinė energija (šviesa), cheminė energija arba mechaninė energija (pvz., trintis ar slėgis). Sugeriant šviesą ar fotonus, molekulės gali įkaisti ir sujaudinti. Susijaudinus elektronai pakeliami į aukštesnį energijos lygį. Kai jie grįžta į žemesnį ir stabilesnį energijos lygį, fotonai išsiskiria. Fotonai suvokiami kaip fotoliuminescencija. Dviejų tipų fotoliuminescencija yra fluorescencija ir fosforescencija.
Kaip veikia fluorescencija
Liuminescencinė lemputė yra geras fluorescencijos pavyzdys. Bruno Ehrs / Getty Images
Fluorescencijos metu absorbuojama didelės energijos (trumpo bangos ilgio, aukšto dažnio) šviesa, kuri elektroną paverčia sužadintos energijos būsena. Paprastai absorbuota šviesa yra viduje ultravioletinių spindulių diapazonas , Absorbcijos procesas vyksta greitai (per 10- penkiolikasekundės) ir nekeičia elektronų sukimosi krypties. Fluorescencija atsiranda taip greitai, kad išjungus šviesą medžiaga nustos švytėti.
Fluorescencijos skleidžiamos šviesos spalva (bangos ilgis) beveik nepriklauso nuo krintančios šviesos bangos ilgio. Be matomos šviesos, išleidžiama ir infraraudonųjų arba IR šviesa. Vibracinis atsipalaidavimas atpalaiduoja IR šviesą apie 10-12sekundės po to, kai patenkanti spinduliuotė absorbuojama. Sužadinimo išjungimas į elektronų pagrindinę būseną skleidžia matomą ir IR šviesą ir įvyksta apie 10-9sekundžių po to, kai energija absorbuojama. Fluorescencinės medžiagos sugerties ir emisijos spektrų bangos ilgių skirtumas vadinamas jo Stokso poslinkis .
Fluorescencijos pavyzdžiai
Fluorescencinės šviesos ir neoniniai ženklai yra fluorescencijos pavyzdžiai, kaip ir medžiagos, kurios šviečia juodoje šviesoje, bet nustoja šviesti, kai ultravioletinė šviesa išjungiama. Kai kurie skorpionai fluorescuoja. Jie šviečia tol, kol energijos suteikia ultravioletinė šviesa, tačiau gyvūno egzoskeletas jo nelabai apsaugo nuo radiacijos, todėl nereikėtų ilgai degti juodos šviesos, kad pamatytumėte skorpiono švytėjimą. Kai kurie koralai ir grybai fluorescuoja. Daugelis paryškinamųjų rašiklių taip pat yra fluorescenciniai.
Kaip veikia fosforescencija
Nupieštos arba ant miegamojo sienų užklijuotos žvaigždės šviečia tamsoje dėl fosforescencijos. Dougal Waters / Getty Images
Kaip ir fluorescencijoje, fosforescuojanti medžiaga sugeria didelės energijos šviesą (dažniausiai ultravioletinę), todėl elektronai pereina į aukštesnės energijos būseną, tačiau perėjimas atgal į žemesnės energijos būseną vyksta daug lėčiau ir elektronų sukimosi kryptis gali pasikeisti. Fosforescencinės medžiagos gali švyti nuo kelių sekundžių iki kelių dienų po to, kai šviesa buvo išjungta. Fosforescencija trunka ilgiau nei fluorescencija, nes sužadinti elektronai peršoka į aukštesnį energijos lygį nei fluorescencijos atveju. Elektronai turi prarasti daugiau energijos ir gali praleisti laiką skirtinguose energijos lygiuose tarp sužadinimo būsenos ir pagrindinės būsenos.
Elektronas niekada nekeičia sukimosi krypties fluorescencijos metu, bet gali tai padaryti, jei fosforescencijos metu yra tinkamos sąlygos. Šis apsisukimas gali įvykti energijos sugėrimo metu arba vėliau. Jei nevyksta sukimasis, sakoma, kad molekulė yra a singleto būsena . Jei elektronas vis dėlto pasisuka sukimosi a tripleto būsena yra suformuotas. Trigubos būsenos turi ilgą tarnavimo laiką, nes elektronas nenukris į žemesnės energijos būseną, kol nesugrįš į pradinę būseną. Dėl šio vėlavimo fosforescuojančios medžiagos atrodo „šviečiančios tamsoje“.
Fosforescencijos pavyzdžiai
Ginklų taikikliuose naudojamos fosforescuojančios medžiagos, švyti tamsoje žvaigždės , ir dažai, naudojami žvaigždžių freskoms gaminti. Elementas fosforas šviečia tamsoje, bet ne nuo fosforescencijos.
Kiti liuminescencijos tipai
Fluorescencija ir fosforescencija yra tik du būdai, kaip medžiaga gali skleisti šviesą. Kiti liuminescencijos mechanizmai apima triboliuminescencija , bioliuminescencija , irchemiliuminescencija.