Fluorescència

Pintures fluorescents i llum ultraviolada de l'artista Beo Beyond.

La fluorescència és la propietat d'una substància d'emetre llum quan és exposada a radiacions del tipus ultraviolat, rajos catòdics o raigs X.

Les radiacions absorbides (invisibles a l' ull humà), són transformades en llum visible, o sigui, d'una longitud d'ona major a la incident. En el procés, una molècula absorbeix un fotó d'alta energia, el qual és emès com un fotó de baixa energia (major longitud d'ona). La diferència d'energia entre l'absorció i l'emissió, és dissipada com calor (vibracions moleculars).

Tot el procés és molt curt (milionèsimes de segon) i aquest temps és la principal diferència amb altre conegut fenomen lluminós, la fosforescència. Les substàncies que produeixen aquest tipus de radiació es denominen fluorites, mentre que el fenomen en si mateix, es deu a la presència de matèria orgànica o d'ions de terres rares. D'altra banda existeix una àmplia varietat de colors, depenent de la longitud d'ona emesa.

Equacions

Fotoquímica

La fluorescència passa quan una molècula, àtom o nanostructures torna al seu estat fonamental després d'haver estat excitada elèctricament.

Excitació:

Fluorescència (emissió): , aquí, és un terme genèric per l'energia del fotó amb h = constant de Planck i = sovint de la llum. (Les freqüències específiques de la llum excitada i emesa són dependents en el sistema particular.)

L'estat S 0 és anomenat estat fonamental de la molècula fluorescent i S 1 és el seu primer estat d'excitació (electrònic).

Una molècula en estat d'excitació, S 1 , pot tornar al seu estat fonamental per diferents formes. Aquesta pot patir una 'relaxació no radioactiva' en la qual l'energia d'excitació és dissipada com a calor (vibracions) al solvent. Les molècules orgàniques excitades també poden relaxar-se mitjançant conversió a un estat triplet el qual posteriorment es relaxa via fosforescència o mitjançant un segon pas no-radioactiu de relaxació.

La relaxació d'un estat S 1 també pot passar a través d'una interacció amb una segona molècula mitjançant apagament fluorescent. L' oxigen molecular (O 2 ) és molt eficient traient la fluorescència a causa del seu inusual estat triplet fonamental.

Les molècules que s'exciten a través de l'absorció de llum o per via d'un procés diferent (ex. Com el producte d'una reacció) poden transferir energia a una segona molècula 'sensibilitzada', la qual és conduïda al seu estat d'excitació i pot llavors emetre fluorescència.

Rendiment quàntic

El rendiment quàntic de fluorescència mostra l'eficiència del procés fluorescent. Aquest rendiment és definit com la proporció del nombre de fotons emesos sobre el nombre de fotons absorbits.



El màxim rendiment quàntic de fluorescència és 1 (100%); cada foto absorbit resulta en un fotó emès. Compostos amb rendiments quàntics de 0,10 són encara considerats bastant fluorescents. Una altra manera de definir el rendiment quàntic de fluorescència és mitjançant les taxes a les quals decau l'estat d'excitació:


On és la taxa d' emissió espontània de radiació i


és la suma de totes les taxes de decaïment. Altres taxes de decaïment de l'estat d'excitació són causades per mecanismes diferents a l'emissió de fotons i són per tant sovint anomenades "taxes no-radioactives", les quals poden incloure: desactivació de col·lisió dinàmica, interacció de camp proper dipol-dipol (o Transferència d'energia de ressonància), conversió interna i pas de intersistema. Per tant, si la taxa de qualsevol via canvia, això afectaria tant el temps de vida de l'estat excitat i com el rendiment quàntic de fluorescència.

El rendiment quàntic de fluorescència és mesurat al comparar-lo amb un estàndard de cuantología coneguda, la sal de quinina, sulfat de quinina, en una solució d'àcid sulfúric és un estàndard comú de fluorescència.

Temps de vida

El temps de vida de la fluorescència es refereix al temps mitjà que dura la molècula en el seu estat d'excitació abans d'emetre un fotó. La fluorescència típicament segueix cinètica de primer ordre:

on és la concentració de molècules en estat d'excitació en el temps , és la concentració inicial i és la taxa de decaïment o l'invers del temps de vida de la fluorescència. Aquest és un exemple de decaïment exponencial. Diversos processos radiatius i no-radiatius poden despoblar l'estat excitat. En aquest cas, la taxa de decaïment total és la suma de totes les taxes:

on és la taxa de decaïment total, és la taxa de decaïment radiatiu i la taxa de decaïment no-radiatiu. És molt semblant a una reacció química de primer ordre en la qual la taxa constant de primer ordre és la suma de totes les taxes (un model cinètic paral·lel). Si la taxa d'emissió espontània, o qualsevol de les altres taxes són ràpides, el temps de vida és curt. Per compostos fluorescents que emetin fotons amb energies des de l'UV fins al proper infraroig, els temps típics de decaïment de l'estat excitat es troben entre 0,5-20 nanosegons. El temps de vida fluorescent és un paràmetre important per a aplicacions pràctiques de la fluorescència com transferència d'energia de ressonància.

Altres idiomes
العربية: فلورية
български: Флуоресценция
bosanski: Fluorescencija
čeština: Fluorescence
Deutsch: Fluoreszenz
Ελληνικά: Φθορισμός
English: Fluorescence
español: Fluorescencia
فارسی: فلورسنس
français: Fluorescence
Gaeilge: Fluairiseacht
hrvatski: Fluorescencija
Bahasa Indonesia: Fluoresens
italiano: Fluorescenza
日本語: 蛍光
한국어: 형광
lietuvių: Fluorescencija
Nederlands: Fluorescentie
norsk nynorsk: Fluorescens
Piemontèis: Fluoressensa
português: Fluorescência
română: Fluorescență
srpskohrvatski / српскохрватски: Fluorescencija
Simple English: Fluorescence
slovenčina: Fluorescencia
српски / srpski: Fluorescencija
svenska: Fluorescens
Türkçe: Floresans
українська: Флюоресценція
Tiếng Việt: Huỳnh quang
中文: 荧光
粵語: 熒光