Чем отличается люминесценция от флуоресценции

Чем отличается люминесценция от флуоресценции

Видео: Люминесценция и фосфоресценция

Флуоресценция против люминесценции

Люминесценция — это процесс излучения света. Это может происходить разными способами. В этой статье мы обсудим эти методы и типы светоизлучающих процессов.

Что такое флуоресценция?

Электроны в атоме или молекуле могут поглощать энергию электромагнитного излучения и, таким образом, переходить в более высокое энергетическое состояние. Это верхнее энергетическое состояние нестабильно; следовательно, электрон любит возвращаться в основное состояние. При возвращении он излучает поглощенную длину волны. В этом процессе релаксации они излучают избыточную энергию в виде фотонов. Этот процесс релаксации известен как флуоресценция. Флуоресценция происходит гораздо быстрее и обычно завершается примерно через 10-5 с или меньше времени с момента возбуждения. При атомной флуоресценции газовые атомы флуоресцируют, когда они подвергаются воздействию излучения с длиной волны, которая точно соответствует одной из линий поглощения элемента. Например, газообразные атомы натрия поглощают и возбуждают, поглощая излучение 589 нм. После этого происходит релаксация путем переизлучения флуоресцентного излучения той же длины волны. Благодаря этому мы можем использовать флуоресценцию для идентификации различных элементов. Когда длины волн возбуждения и повторного излучения совпадают, результирующее излучение называется резонансной флуоресценцией. Помимо флуоресценции, существуют другие механизмы, с помощью которых возбужденный атом или молекула могут отдавать свою избыточную энергию и релаксировать в свое основное состояние. Безызлучательная релаксация и флуоресцентное излучение — два таких важных механизма. Из-за множества механизмов время жизни возбужденного состояния невелико. Относительное количество молекул, которые флуоресцируют, невелико, потому что для флуоресценции требуются структурные особенности, которые замедляют скорость безызлучательной релаксации и увеличивают скорость флуоресценции. В большинстве молекул этих свойств нет; поэтому они подвергаются безызлучательной релаксации, и флуоресценция не возникает. Полосы молекулярной флуоресценции состоят из большого количества близко расположенных линий; поэтому обычно это трудно разрешить.

Что такое люминесценция?

Люминесценция — это процесс излучения света веществом. Это излучение происходит не из-за тепла; следовательно, это форма излучения холодного тела. Существует несколько видов люминесценции, таких как биолюминесценция, хемилюминесценция, электрохемилюминесценция, электролюминесценция, фотолюминесценция и т. Д. Биолюминесценция — это излучение света живыми организмами. Например, можно рассмотреть светлячков. Это естественный процесс. Свет выделяется в результате химической реакции, происходящей внутри организма. У светлячков, когда химическое вещество, называемое люциферином, реагирует с кислородом, возникает свет. Эта реакция катализируется ферментом люциферазой. Хемилюминесценция — это результат химической реакции. Фактически биолюминесценция — это разновидность хемилюминесценции. Например, катализируемая реакция между люминалом и перекисью водорода дает свет. Электрохемилюминесценция — это тип люминесценции, возникающий во время электрохимической реакции.

В чем разница между флуоресценцией и люминесценцией?

• Флуоресценция — это вид люминесценции.

• Флуоресценция — это результат поглощения фотонов, поэтому это вид фотолюминесценции.

• Элементы могут быть идентифицированы по характерной атомной флуоресценции.

• Флуоресценция имеет место в атомах или молекулах, тогда как люминесценция может иметь место в организмах, растворах, молекулах и т. Д.

Люминесцентные методы анализа

Флуоресценция и люминесценция описывают процессы, в которых материалы испускают фотоны без излучения, вызванного теплом. Основное различие между флуоресценцией и люминесценцией состоит в том, что люминесценция описывает любой процесс, в котором фотоны испускаются без тепла, являющегося причиной , тогда как флуоресценция, по сути, представляет собой тип люминесценции, когда фотон изначально поглощается, что приводит к тому, что атом находится в возбужденном состоянии. синглетное состояние . Когда электрон возвращается в основное состояние, испускается фотон с более низкой энергией.

Что такое свечение

Люминесценция относится к излучению света от материалов, которое не вызвано теплом. Вещество, которое светится при повышении температуры (например, полоса металлов, раскаленных докрасна), следовательно, не проявляет свечения.

Свет излучается, когда электрон в возбужденном состоянии «падает» в основное состояние. Когда этот процесс происходит, испускается фотон, несущий количество энергии, равное энергетическому зазору между состояниями. Энергия, которую несет фотон, определяет его длину волны: если длина волны находится в видимой области электромагнитного спектра, тогда виден «свет».

Хемилюминесценция — это тип свечения, когда свет испускается вследствие химической реакции. Во время хемолюминесценции химическая реакция производит атомы с электронами в возбужденных состояниях. Свет испускается, когда они падают в основное состояние. Например, люминол — это химическое вещество, которое подвергается химической реакции с образованием молекулы с электронами в возбужденном состоянии. Железо, присутствующее в гемоглобине в крови, может служить катализатором этой реакции. Поэтому на места преступления часто распыляют люминол, чтобы увидеть, не было ли следов крови. Если кровь присутствовала, образуется синеватый оттенок, который можно увидеть в темноте в течение нескольких секунд.

Люминол (в смеси с перекисью водорода) может давать отличительное свечение в темноте, когда присутствует гемоглобин

Люциферин — это химическое вещество, присутствующее в светлячках, которое при окислении производит свечение. Точно так же свечение в медузах произведено составом aequorin .

Электролюминесценция — это другой тип люминесценции, который возникает, когда электроны, которые ускоряются сильными электрическими полями, сталкиваются с материалом и вызывают ионизацию материала (как в случае газоразрядных трубок), или когда электроны и дырки рекомбинируют в полупроводниковом материале.,

Что такое флуоресценция

Флуоресценция сама по себе является типом свечения, называемым фотолюминесценцией . Здесь электроны сначала возбуждаются внешним фотоном. Возбужденный электрон может иметь такой же спин, как и на уровне земли, или противоположный спин. Когда спины всех электронов в системе оказываются парными, говорят, что система находится в синглетном состоянии. Когда существует набор электронов с неспаренными спинами, говорят, что система находится в триплетном состоянии.

Возбужденный электрон может затем вернуться на уровень земли, испуская фотон. Когда электрон находится в возбужденном триплетном состоянии, если он излучает фотон, чтобы вернуться в основное состояние, этот процесс называется фосфоресценцией . Когда электрон находится в возбужденном синглетном состоянии, когда он излучает фотон, чтобы вернуться на уровень земли, процесс называется флуоресценцией. По сравнению с фосфоресценцией, электроны проводят во флюоресценции гораздо более короткое время в своих возбужденных состояниях.

Процесс флуоресценции происходит в несколько этапов. Во-первых, возбужденный электрон падает в состояние с более низкой вибрационной энергией в процессе, называемом релаксацией . Затем фотон испускается, когда электрон попадает в основное состояние. После эмиссии фотона электрон снова подвергается релаксации, чтобы упасть до самого низкого уровня энергии колебаний в основном состоянии.

Обратите внимание, что в процессе релаксации электроны теряют энергию, но фотоны не испускаются. Следовательно, фотоны, испускаемые во время флуоресценции, несут меньше энергии по сравнению с поглощенным фотоном. В результате спектр излучения материала, подвергающегося флуоресценции, смещается в сторону больших длин волн по сравнению со спектром поглощения. Этот сдвиг в длинах волн называется стоксовским сдвигом.

В люминесцентных лампах ультрафиолетовые волны сначала возникают при пропускании электрического тока через газ. Ультрафиолетовые лучи затем вызывают флуоресценцию в покрытии, нанесенном на внутреннюю часть лампочки.

Люминесцентные лампы загораются из-за эффектов флуоресценции

Разница между флуоресценцией и люминесценцией

Механизм

Люминесценция относится к любому механизму, где генерируются фотоны, без ввода тепла.

Флуоресценция относится к определенному типу люминесценции, где энергия для производства фотона происходит от поглощения фотона с более высокой энергией. Возбужденное синглетное состояние создается на промежуточных стадиях.

Временные рамки

В процессе люминесценции , как правило, фотон может испускаться после в любой момент. Время жизни электрона в возбужденном состоянии может варьироваться от процесса к процессу.

При флуоресценции время жизни возбужденного состояния очень мало. Следовательно, фотоны испускаются из атомов вскоре после поглощения падающих фотонов.

Флуоресценция минералов [6] — виды люминесценции ⁠ ⁠

Для увлекшихся темой флуоресценции минералов важно понимать, что именно они наблюдают перед собой. Для этого необходим небольшой экскурс в природу свечений и иных оптических эффектов.

Свет — форма энергии. Для того, чтобы создать свет, нужна другая форма энергии. Есть два способа производства света — инкандесценция (кандолюминесценция, накаливание) и люминесценция.

Инкандесценция (кандолюминесценция) — это свет от тепловой энергии.

Иными словами, это люминесценция, возбуждаемая при рекомбинации радикалов на поверхности. Именуется также «калильным свечением», «температурной люминесценцией» или «люминесценцией накалённых тел». Проявляется в виде избыточной видимой светимости сверх теплового равновесного излучения за счёт переноса энергии из невидимой части спектра.

Если вы поднимите камень, ваши мышцы поставляют в процесс энергию, чтобы поднять камень в позицию более высокой потенциальной энергии. Если вы затем отпустите камень, энергия, которую вы доставили в систему высвобождается, частично в форме звука, когда камень падает обратно в исходное положение с низким уровнем энергии.

То же самое с люминесценцией, только вместо земной гравитации тут сила электрического притяжения, вместо Земли — ядро атома, электрон вместо камня, и свет вместо звука.

Есть несколько разновидностей люминесценции, каждый из которых назван в соответствии с источником энергии, или триггером (запускающим механизмом) люминесценции:

Флуоресценция и фотолюминесценция — это такой тип люминесценции, где энергия в систему подается с помощью электромагнитного излучения (лучей, таких как световые, о чем будет сказано далее). Под фотолюминесценцией обычно понимается «люминесценция от любого электромагнитного излучения», в то время как флуоресценция часто используется только в отношении люминесценции, вызванной ультрафиолетовым излучением, хотя термин также может быть использован для других видов фотолюминесценции. Флуоресценция наблюдается в флуоресцентных лампах, парках аттракционов и кино, в спецэффектах, красном свечении рубинов в солнечном свете, «Неоновых» красках и маркерах, и в эмиссионных туманностях, которые видно в телескоп в ночном небе. Отбеливатели повышают свою отбеливающую силу с помощью белого флуоресцентного материала.

Когда электрон в атоме вышибают на верхние орбитали в состояние высокой энергии, он может попасть там в ловушку на некоторое время

(как если бы вы подняли камень, а затем установили его на стол).

В некоторых случаях электроны избегают попадания во временные ловушки; в других случаях они остаются в ловушке, пока некий триггер не высвободит их (как если бы камень оставался на столе до тех пор, пока что-то бы его не столкнуло).

, и излучают энергию энергию в виде света позже когда ты почти заснешь.

В постах про минералы часто будет встречаться такая картина: при облучении солнечным светом или ультрафиолетом минерал в обычном освещении заметно сменит окраску на фиолетовую, которая затем, когда источник УФ убран, будет плавно затухать, что будет видно в обычном освещении.

Оптически стимулированная люминесценция — это фосфоресценция под действием видимого света или инфракрасного излучения. В этом случае красный или инфракрасный свет является триггером для высвобождения ранее накопленной энергии.

Увидеть пример не получится, поскольку обычно этот пример имеет место в лабораторных условиях и регистрируется в виде наносекундных эмиссий.

Небольшой геологический экскурс:

Я в свое время в полной темноте собирал образцы прибрежного песка на приподнятом метров на 40-50 побережье Камчатки. Нужно это было для определения даты, когда этот песок там отложился, когда его туда принес океан, когда площадка, с которой я его собирал, была на еще уровне океана.

Определив время, когда этот песок последний раз виделся с дневным светом, и измерив высоту поднятия, можно было определить, с какой скоростью побережье растет ввысь. (V=S/t)

Так вот, как определить время, когда свет последний раз светил на песок?

Существует такая вещь, как оптически стимулируемое люминесцентное датирование (ОСЛ-датирование) и фотолюминесцентное датирование (ФЛ-датирование).

Суть метода:

Все минералы содержат следовые количества радиоактивных элементов, включая уран, торий, рубидий и калий.

Они медленно распадаются в течение долгого времени, и испускаемое ими ионизирующее излучение поглощается другими элементами почвенных отложений, в частности, кварцем и полевым шпатом.

Возникающие радиационные повреждения сохраняются в виде дефектов кристаллической решётки, которые являются акцепторными электронными ловушками.

Если облучить образец синим, зелёным или инфракрасным светом, кристалл будет люминесцировать, поскольку сохранённая в дефектах энергия будет высвобождаться в виде света.

Интенсивность люминесценции изменяется в зависимости от поглощённой дозы радиации, накопленной в течение времени, пока образец находился в темноте. Радиационные повреждения накапливаются со скоростью, определяемой количеством радиоактивных элементов в образце.

Экспозиция дневным светом сбрасывает накопленную в дефектах решётки энергию, и таким образом можно определить время, в течение которого образец находился в темноте.

Есть определенные трудности в заборе образцов в колбы, возраст образца, в котором минеральные гранулы были экспонированы дневным светом в течение хотя бы нескольких секунд, сбрасывается в ноль; при возбуждении светом он уже не будет испускать никаких фотонов такого рода.

Чем старше образец, тем больше света он испускает.

И осталась еще одна разновидность,

Типичный опыт по наблюдению сонолюминесценции выглядит следующим образом: в ёмкость с водой помещают резонатор и создают в ней стоячую сферическую ультразвуковую волну.

При достаточной мощности ультразвука в самом центре резервуара появляется яркий точечный источник голубоватого света — звук превращается в свет.

Как результат, появилась возможность изучать сонолюминесцентный свет не с помощью фотоплёнок (то есть накапливая свет за длительный промежуток времени), а в реальном времени, с отличным временным и пространственным разрешением.

Эксперименты показали, что сонолюминесцентное свечение возникает в результате следующего цикла:

• Стоячая ультразвуковая волна в фазе разрежения создаёт в воде очень низкое давление, которое приводит к локальному разрыву воды и образованию кавитационного пузырька.

• В фазе сжатия кавитационный пузырёк схлопывается, причём всё быстрее и быстрее. Процесс схлопывания ускоряет также сила поверхностного натяжения.

• В заключительные доли периода из центра схлопнувшегося пузырька вырывается очень короткая и яркая вспышка света. Поскольку в стационарном режиме кавитационный пузырёк рождается и схлопывается миллионы раз в секунду, мы видим усреднённый сонолюминесцентный свет.

noxtontech

Нас часто спрашивают, какая краска лучше флуоресцентная или люминесцентная?
Название созвучны, часто наши клиенты принимают одно название за другое, их действительно можно перепутать и использовать краску не с тем эффектом.

Флуоресцентная краска имеет яркий дневной цвет и светиться при воздействии ультрафиолетового света. Такая краска не светиться самостоятельно, однако при воздействии ультрафиолетовых лучей, ее яркость повышается более чем в 20 раз.

Люминесцентная краска сделана на основе люминофоров ТАТ 33. Такая краска обладает автономным эффектом свечения. Время самостоятельного свечения до 8-12 часов в день. За световой день окрашенные поверхности напитывают свет, а с наступлением темноты светятся сами по себе в темноте.
Никакой специальной подсветки не требуется, светящаяся краска сделает все за Вас.

Существует так же светоотражающая краска, которая работает по простому принципу обратного отражения света. При попадании света на окрашенную поверхность луч отражается на расстояние более чем 200 – 250 метров. Такая краска используется для повышение безопасности в дорожном строительстве и других сферах.

Интересные особенности флуоресцентной и люминесцентной краски:

— Флуоресцентная краска используется для рекламы, так как по яркости света не имеет аналогов, если Вы хотите обратить внимание на свою рекламы, воспользуйтесь флуоресцентной краской для наружных работ
— Люминесцентная краска заряжается за 5 секунд, при воздействии 5 секунд солнечного света, мы получаем 5 секунд автономного свечения в темноте
— Флуоресцентная краска повышает яркость при воздействии ультрафиолета более чем в 20 раз
— Люминесцентная краска безопасна для здоровья человека, специальные позиции предназначены для нанесения на кожу человека
— Флуоресцентная краска или как ее еще называют — ультрафиолетовая универсальна, и подходит для нанесения кистью пульверизатором, тампоном.