Разница между фосфоресценцией и флуоресценцией
Мы можем путать термины флуоресценция и фосфоресценция, но это две разные вещи, как по сути, так и в их проявлении в повседневной жизни.
Оба явления связаны с излучением так называемого «холодного» света.
Начнем с определения света: это волна, следовательно, распространение энергии. Далее материя: она состоит из атомов, сами состоящих из ядра и электронов.
Когда свет или другая форма энергии попадает на электрон материи, он может улавливать его энергию. Таким образом, электрон имеет избыток энергии по сравнению с его уровнем покоя: он считается «возбужденным». Электрон обесточивается, высвобождая эту энергию в той или иной форме: электричество, тепло, химический потенциал или . свет!
Флуоресценция и фосфоресценция — это некоторые из случаев, когда электрон обесточивается при испускании света, но их метод действия отличается в зависимости от того, является ли он тем или иным.
Флуоресценция
Это быстрое излучение света после поглощения энергии:
Эволюция энергетических уровней электрона во время флуоресценции.
В фазе 1 электрон освещается и переходит в возбужденное энергетическое состояние. В фазе 2 электрон теряет свою энергию в виде света.
Это явление происходит мгновенно: как только электрон захватывает энергию, он повторно излучает ее. Когда мы говорим «мгновенный», мы говорим о продолжительности в наносекундном диапазоне.
Флуоресценция — это быстрое излучение света после поглощения энергии электроном.
Это применение используется, например, «неоновыми» трубками (старыми, цветными) и «флуоресцентными» трубками (современными, белыми, без неона). Электричество возбуждает газ в трубке, который, в свою очередь, возбуждает отложения порошка на стенах: этот порошок будет излучать свет.
Вы можете попробовать: потрите люминесцентную лампу о шерстяной свитер в полной темноте, и вы увидите искры: статическое электрическое поле возбудит порошок, внутри которого будет незаметно светиться.
Это также флуоресценция, которая отвечает за блеск белой футболки при черном свете в ночных клубах или является причиной того, что определенные цвета называются «неоновыми цветами». В этих случаях невидимый ультрафиолетовый свет преобразуется в видимый свет флуоресцентными пигментами: поскольку падающий свет черный, а излучаемый свет является видимым, цвета кажутся яркими.
Фосфоресценция
Если флуоресценция быстрая, то фосфоресценция медленная: все объекты, которые продолжают светиться в темноте после воздействия света, функционируют по принципу фосфоресценции.
Разница заключается в снятии возбуждения: этап поглощения энергии такой же, но восстановление происходит через промежуточное состояние, называемое «триплетным состоянием»:
Фосфоресценция — это медленное явление из-за прохождения электрона через триплетное состояние, которое не происходит мгновенно.
Перед возвращением в состояние покоя электрон проходит через промежуточное состояние. И именно этот отрывок занимает время. Попав в промежуточное состояние, он может вернуться в состояние покоя и испускать излучение, называемое фосфоресценцией.
Поскольку весь процесс занимает время, иногда несколько часов, фосфоресцирующие объекты могут светиться в темноте даже после выключения света.
Это случай со стрелками некоторых часов или светящийся игрушек, которые светятся в темноте. Кристаллы на фото в заголовке тоже являются примером фосфоресценции.
Нефосфоресцентные примеры
Обратите внимание, что некоторые старые предметы, такие как старые часы начала 20 века с фосфоресцирующими стрелками, использовались в качестве источника энергии не при воздействии света, а при радиоактивном распаде радия. Эти предметы сегодня больше не производятся, и их не рекомендуется носить с собой: радий радиоактивен и очень опасен.
Маленькие светящиеся палочки, которые нужно сложить пополам, разбить флакон и которые излучают химический свет в течение 8 часов, не фосфоресцируют, а флуоресцируют. Просто постепенно высвобождается энергия активации: медленная химическая реакция между несколькими соединениями, реакция которых называется хемилюминесценцией.
Вывод
Так что помните, что видимая разница со временем проявляется: флуоресценция короткая, а фосфоресценция длительная.
Это все из-за квантового поведения электронов и того, как медленно или быстро они избавляются от своей избыточной энергии.
Большинство фосфоресцирующих элементов, которые могут присутствовать в Вашем доме, содержат сульфид цинка, отвечающий за фосфоресценцию.
На фото в заголовке статьи мы видим камни из редкоземельных элементов (лантан, европий, диспрозий . ), которые являются наиболее фосфоресцирующими материалами, известными на сегодняшний день.
Флуоресценция и фосфоресценция
Изучите свойства и механизм фотолюминесценции: флуоресценция и фосфоресценция. Читайте определение понятий фотон, базовое состояние частицы или системы.
Речь идет о процессах фотолюминесценции, где материал при активации производит фотоны.
Задача обучения
- Сопоставить механизмы флуоресценции и фосфоресценции.
Основные пункты
- Выпущенный свет обычно обладает более длинной волной и низкой энергией, чем поглощенная радиация.
- При флуоресценции орбитальный электрон молекулы или атома расслабляется до главного состояния и выпускает фотон света после активации в повышенном квантовом состоянии.
- В фосфоресценции активация электронов в повышенном состоянии сопровождается переменой вращения. Релаксация – постепенный процесс, потому что включает переходы энергетического состояния, которые запрещены в пределах квантовой механики.
Термины
- Фотон – квант света, рассматриваемый в качестве дискретной частички с нулевой массой покоя, лишенный электрического заряда и с бесконечно долгим временем существования.
- Вращение – квантовый угловой момент, связанный с субатомными частичками.
- Базовое состояние – стационарное положение наименьшей энергии частицы или системы.
Флуоресценция и фосфоресценция
Флуоресценция – излучение света веществом, впитывающим свет или иные ЭМ-лучи. Выступает разновидностью фотолюминесценции. Обычно поступающий свет обладает более длинной волной и низкой энергией, чем впитываемая радиация. Если же попавшие электромагнитные лучи выступают интенсивными, то один электрон способен поглотить два фотона. Подобное двухфотонное поглощение способно привести к созданию лучей с меньшей длиной волны, чем при поглощении. Есть вариант для резонансной флуоресценции – когда испускаемые лучи сходятся по длине волны с поступившей радиацией.
Процесс флуоресценции осуществляется, если орбитальный электрон в молекуле или атоме расслабляется к базовому состоянию и посылает фотон света после активации в повышенном квантовом состоянии. Наиболее яркие примеры появляются, когда поглощенные лучи пребывают в ультрафиолетовом участке спектра и остаются вне поля видимости человеческого зрения, а излучаемый свет находится в видимом регионе.
Флуоресцентные материалы излучают видимый свет при активации ультрафиолетовых лучей
Фосфоресценция – специфическая разновидность фотолюминесценции. Здесь материал не сразу переизлучает поглощенные лучи. Активация электронов в повышенном состоянии сопровождается изменением вращения. В другом состоянии вращения электроны не способны быстро расслабиться, так как повторное излучение основывается на переходах, которые в квантовой механике запрещены. Подобные переходы осуществляются постепенно, и в некоторых материалах повторное излучение проходит с меньшим показателем интенсивности.
Фосфоресцирующими материалами выступают различные светящиеся в темноте игрушки, вроде браслетов, часов, красок.
Разница между флуоресценцией и фосфоресценцией
Основное различие между флуоресценцией и фосфоресценцией состоит в том, что флуоресценция возникает и быстро прекращается, тогда как фосфоресценции требуется больше времени, чтобы светиться и медленно прекращается после удаления источника.
Флуоресценция против. Фосфоресценция
Когда атом или молекула поглощают энергию, они становятся возбужденными, что является высокоэнергетическим и нестабильным состоянием. Как мы знаем, каждый атом или молекула хочет быть стабильным, поэтому он излучает энергию в форме излучения или фотонов, чтобы вернуться в свое основное состояние, которое заставляет элемент светиться, что известно как фотолюминесценция. Есть два типа фотолюминесценции: флуоресценция и фосфоресценция. В обоих этих типах энергия испускаемых фотонов ниже, чем поглощенных фотонов, и излучение имеет большую длину волны, чем падающий свет. Но они различаются по продолжительности процесса. Флуоресценция происходит намного быстрее, чем фосфоресценция. Это происходит быстро и быстро прекращается после удаления источника. С другой стороны, во время фосфоресценции излучению требуется время, чтобы начаться, и оно сохраняется в течение некоторого времени даже после удаления источника. Таким образом, период времени между излучением и поглощением энергии короткий при флуоресценции, но сравнительно большой при фосфоресценции. При флуоресценции процесс поглощения изменяет переход из основного в синглетное возбужденное состояние без изменения направления спина. С другой стороны, во время процесса поглощения фосфоресценции происходит переход из основного в триплетное возбужденное состояние, а также изменяется направление спина. Флуоресценция драгоценных камней, включая тальк, гипс, витамины, экстракт хлорофилла, медузы и т. Д., Являются примерами флюоресценции, тогда как свечение игрушек, циферблатов часов и т. Д. После выключения света в комнате являются примерами фосфоресценции. период времени между излучением и поглощением энергии короткий при флуоресценции, но сравнительно большой при фосфоресценции. При флуоресценции процесс поглощения изменяет переход из основного в синглетное возбужденное состояние без изменения направления спина. С другой стороны, во время процесса поглощения фосфоресценции происходит переход из основного в триплетное возбужденное состояние, а также изменяется направление спина. Флуоресценция драгоценных камней, включая тальк, гипс, витамины, экстракт хлорофилла, медузы и т. Д., Являются примерами флюоресценции, тогда как свечение игрушек, циферблатов часов и т. Д. После выключения света в комнате являются примерами фосфоресценции. период времени между излучением и поглощением энергии короткий при флуоресценции, но сравнительно большой при фосфоресценции. При флуоресценции процесс поглощения изменяет переход из основного в синглетное возбужденное состояние без изменения направления спина. С другой стороны, во время процесса поглощения фосфоресценции происходит переход из основного в триплетное возбужденное состояние, а также изменяется направление спина. Флуоресценция драгоценных камней, включая тальк, гипс, витамины, экстракт хлорофилла, медузы и т. Д., Являются примерами флюоресценции, тогда как свечение игрушек, циферблатов часов и т. Д. После выключения света в комнате являются примерами фосфоресценции. Процесс поглощения изменяет переход из основного в синглетное возбужденное состояние без изменения направления спина. С другой стороны, во время процесса поглощения фосфоресценции происходит переход из основного в триплетное возбужденное состояние, а также изменяется направление спина. Флуоресценция драгоценных камней, включая тальк, гипс, витамины, экстракт хлорофилла, медузы и т. Д., Являются примерами флюоресценции, тогда как свечение игрушек, циферблатов часов и т. Д. После выключения света в комнате являются примерами фосфоресценции. Процесс поглощения изменяет переход из основного в синглетное возбужденное состояние без изменения направления спина. С другой стороны, во время процесса поглощения фосфоресценции происходит переход из основного в триплетное возбужденное состояние, а также изменяется направление спина. Флуоресценция драгоценных камней, включая тальк, гипс, витамины, экстракт хлорофилла, медузы и т. Д., Являются примерами флюоресценции, тогда как свечение игрушек, циферблатов часов и т. Д. После выключения света в комнате являются примерами фосфоресценции.
Сравнительная таблица
| Флуоресценция | Фосфоресценция |
| Тип фотолюминесценции, при котором за поглощением энергии атомом или молекулой следует быстрое высвобождение энергии, известен как флуоресценция. | Тип фотолюминесценции, при которой за поглощением энергии атомом или молекулой следует медленное выделение энергии, известен как фосфоресценция. |
| Эмиссия энергии | |
| Излучение энергии или света внезапно прекращается при удалении источника возбуждения. | Излучение энергии или света сохраняется в течение некоторого времени после удаления источника возбуждения. |
| Продолжительность жизни | |
| Возбужденный атом имеет короткое время жизни во флуоресценции перед переходом в состояние с низкой энергией. | Возбужденный атом имеет длительное время жизни в фосфоресценции до перехода в состояние с низкой энергией. |
| Интервал времени | |
| Промежуток времени между поглощением и испусканием излучения очень короткий. | Промежуток времени между поглощением и испусканием излучения сравнительно большой. |
| Состояние | |
| Процесс поглощения изменяет переход из основного в синглетное возбужденное состояние. | Процесс поглощения включает переход из основного в триплетное возбужденное состояние. |
| Направление вращения | |
| Направление вращения не меняется во время флуоресценции. | Направление спина меняется во время фосфоресценции. |
| Длина волны | |
| Излучение имеет большую длину волны, чем падающий свет. | Излучение имеет большую длину волны, чем флуоресценция. |
| использование | |
| Флуоресцентный материал обеспечивает немедленную вспышку или послесвечение при возбуждении. | Кажется, что фосфоресцирующий материал светится в темноте. |
| Примеры | |
| Флуоресценция драгоценных камней, включая тальк, гипс, витамины, экстракт хлорофилла, медузы и т. Д., Являются примерами флуоресценции. | Свечение игрушек, циферблаты часов после выключения света в комнате, подсветка вывески в ночное время и т. Д. Являются примерами фосфоресценции. |
Что такое флуоресценция ?
Флуоресценция имеет место, когда электроны переходят из своего основного состояния с низкой энергией в возбужденное состояние с высокой энергией. Эти электроны сохраняют свой спин такой же, как и в основном состоянии, но когда они излучают энергию, когда они возвращаются в основное состояние. Эта энергия имеет большую длину волны, чем поглощенная. Мы можем видеть светящийся свет, если эта большая длина волны находится в пределах видимого спектра. Интервал времени между поглощением и испусканием энергии очень короткий, и она внезапно прекращает излучение при удалении источника возбуждения.
Что такое фосфоресценция ?
Фосфоресценция похожа на флуоресценцию, но она меняет спин, когда электрон переходит в возбужденное состояние. Электроны вращаются в определенном направлении в зависимости от магнитного момента. Когда соединение демонстрирует фосфоресценцию, его электрону было предоставлено достаточно дополнительной энергии, чтобы изменить направление спина. Это изменение спина заставляет излучение жить в течение длительного времени, потому что электрону требуется больше времени, чтобы высвободить всю свою энергию.
Ключевые отличия
- Тип фотолюминесценции, при которой за поглощением энергии атомом или молекулой следует быстрое высвобождение энергии, известен как флуоресценция, тогда как тип фотолюминесценции, при котором за поглощением энергии атомом или молекулой следует медленное выделение энергии, известен как фосфоресценция.
- Во время флуоресценции излучение энергии или света внезапно прекращается при удалении источника возбуждения, с другой стороны, излучение энергии или света остается в течение некоторого времени в фосфоресценции даже после удаления источника возбуждения.
- Возбужденный атом имеет короткое время жизни во флуоресценции перед переходом в состояние с низкой энергией, и наоборот, возбужденный атом имеет длительное время жизни в фосфоресценции до перехода в состояние с низкой энергией.
- Временной интервал между поглощением и испусканием излучения очень короткий при флуоресценции, с другой стороны; интервал времени между поглощением и испусканием излучения при фосфоресценции сравнительно велик.
- Процесс поглощения во время флуоресценции изменяет переход из основного в синглетное возбужденное состояние, в то время как в процессе поглощения фосфоресценции происходит переход из основного в триплетное возбужденное состояние.
- Направление вращения не меняется во время флуоресценции; с другой стороны, фосфоресценция изменяет направление спина.
- Во время флуоресценции излучение имеет большую длину волны, чем падающий свет, тогда как при фосфоресценции излучение имеет большую длину волны, чем флуоресценция.
- Флуоресцентный материал обеспечивает немедленную вспышку или послесвечение при возбуждении на другой стороне; фосфоресцирующий материал светится в темноте.
- Флуоресценция драгоценных камней, включая тальк, гипс, витамины, экстракт хлорофилла, медузы и т. Д., Являются примерами флюоресценции, свечения игрушек и циферблатов часов после выключения света в комнате, подсветки вывески в ночное время и т. Д. являются примерами фосфоресценции.
Заключение
Вышеупомянутое обсуждение суммирует, что флуоресценция и фосфоресценция являются двумя типами фотолюминесценции. Флуоресценция не изменяет спин электронов, а возникает и прекращается быстро, тогда как фосфоресценция изменяет спин электронов и требует времени для возникновения и остановки.
Люминесценция (флюоресценция и фосфоресценция), ее механизмы, законы и методы исследования
При поглощении кванта света молекула переходит в возбужденное состояние. Так как долго находиться в этом состоянии молекула не может, она возвращается в основное состояние. Энергия возбужденного состояния может тратиться (размениваться) на разные процессы при:
· переходе в основное состояние с выделением энергии в виде тепла;
· высвечивании квантов света: люминесценция (флюоресценция и фосфоресценция);
· фотохимической реакции.
По своей сути все фотобиологические процессы – это пути размена энергии возбужденного состояния молекул.
Высвечивание кванта света при переходе с возбужденного состояния в основное называется люминесценцией. Она подразделяется нафлюоресценцию и
фосфоресценцию.
Флюоресценция – высвечивание кванта света при переходе с нижнего возбужденного синглетного состояния в основное. Переход с высшего возбужденного синглетного уровня на нижний синглетный возбужденный уровень сопровождается выделением тепла и называется внутренней конверсией.
· Спектр флюоресценции: зависимость интенсивности флюоресценции от длины волны.
· Квантовый выход флюоресценции: отношение числа квантов высветившихся к числу квантов поглощенных.
· Время жизни кванта флюоресценции 10 -8 – 10 -9 сек.
· Закон Стокса: спектр флюоресценции сдвинут в длинноволновую область по сравнению со спектром поглощения.
· Правило Левшина: коротковолновая часть спектра флюоресценции симметрична длинноволновой области спектра поглощения.
· Закон Вавилова: квантовый выход флюоресценции не зависит от длины волны возбуждающего света.
Методы изучения: флюорометрические исследования отличают от спектрофотометрических необходимость применения особого светофильтра после объекта, не пропускающего длину волны возбуждающего света, но позволяющего регистрировать длину волны флюоресценции образца.
Фосфоресценция – высвечивание кванта света при переходе с триплетного уровня в основное состояние. Переход с высшего синглетного возбужденного уровня на триплетный уровень сопровождается выделением тепла и называется интеркомбинационной конверсией (Рис.3).
Характеристики и законы фосфоресценции – те же, что и для флюоресценции.