Фосфоресценция

Фосфоресценция
Фосфоресцентный порошок при облучении видимым светом, ультрафиолетовым светом и в полной темноте.

Фосфоресценция — это особый тип фотолюминесценции. В отличие от флуоресцентного, фосфоресцентное вещество излучает поглощённую энергию не сразу. Большее время реэмиссии связано с «запрещёнными» энергетическими переходами в квантовой механике. Поскольку такие переходы наблюдаются реже в обычных материалах, реэмиссия поглощенного излучения проходит с более низкой интенсивностью, и в течение длительного времени (до нескольких часов).

Изучение фосфоресцентных веществ началось примерно со времени открытия радиоактивности ( 1896 год).

Механизмы фосфоресценции

Говоря простым языком, в отличие от флуоресценции, фосфоресценция — это процесс, в котором энергия, поглощенная веществом, высвобождается в виде света относительно медленно.

Фосфоресценция кристаллов

Люминесценция кристаллов зависит от наличия в них примесей, энергетические уровни которых могут служить уровнями поглощения, промежуточными или излучательными уровнями. Роль этих уровней могут выполнять также энергетические зоны (валентная и проводимости). Кристаллы, обладающие способностью к люминесценции, называются кристаллофосфорами. Возбуждение светом, электрическим током или пучком частиц создаёт в них свободные электроны, дырки и экситоны. Они могут захватываться ловушками – атомами примесей или оседать на дефектах кристаллической решётки. В этом случае рекомбинация (а значит, и свечение) электронов и дырок наступают не мгновенно, а спустя достаточно длительное время, что будет соответствовать длительности фосфоресценции. Для ускорения освобождения электронов из ловушек можно приложить дополнительную энергию, например, использовать нагрев. Примеси и дефекты кристаллической решетки выступают также и в роли тушителя люминесценции, «забирая» у электронов энергию возбуждения.

Фосфоресценция органических молекул

Фосфоресценция органических молекул связана с запрещенными переходами между энергетическими уровнями разной мультиплетности. Электронные переходы в молекулах удобно описывать с помощью диаграммы Яблонского. При поглощении энергии молекула переходит из основного синглетного состояния S0 в возбуждённое синглетное S1. В таком возбуждённом состоянии молекула может пребывать порядка нескольких наносекунд, и сразу же освобождается от лишней энергии, которая либо уходит в тепло, либо испускается в виде света – так называемая быстрая флуоресценция.

Но у некоторых молекул запрет между переходами разной мультиплетности частично снимается за счёт наличия в них тяжелых атомов, например, атомы йода позволяют молекулам эритрозина хорошо переходить из возбуждённого синглетного состояния S1 в возбуждённое триплетное T1. Такой переход называют интеркомбинационной конверсией. Находясь в T1-состоянии, молекулы уже не могут быстро вернуться в основное состояния S0, т.к. такой переход запрещён, поэтому свечение, обусловленное такими переходами, достаточно продолжительное – несколько микросекунд и дольше. Так как уровень T1 лежит ниже по энергии, чем S1, фосфоресценция всегда смещена от флуоресценции в длинноволновую область.

Fluo-phosopho.jpg

где S - синглетное состояние, T - триплетное состояние, индексы обозначают наличие возбуждения (0 для основного, 1 для возбужденного состояния). Поскольку синглет-триплетные переходы имеют квантово-механический запрет, время жизни возбужденного состояния при фосфоресценции составляет порядка 10−2−10−4 с, в отличие от флуоресценции, для которой время жизни возбужденного состояния составляет 10−7−10−8 с.

Возможна и ситуация, когда молекула обратно переходит из T1-состояния в S1-состояние, получив дополнительную энергию за счет нагрева, либо прореагировав с другими молекулами. Тогда будет наблюдаться флуоресценция, но с продолжительностью свечения фосфоресценции. Такое свечение называют замедленной (длительной) флуоресценцией, и оно фосфоресценцией, несмотря на критерий длительности, не считается.

другие языки
العربية: فسفورية
беларуская: Фасфарасцэнцыя
беларуская (тарашкевіца)‎: Фосфарэсцэнцыя
български: Фосфоресценция
bosanski: Fosforescencija
čeština: Fosforescence
Ελληνικά: Φωσφορισμός
español: Fosforescencia
فارسی: فسفرسانس
français: Phosphorescence
Gaeilge: Méarnáil
hrvatski: Fosforescencija
italiano: Fosforescenza
日本語: 燐光
한국어: 인광
Nederlands: Fosforescentie
português: Fosforescência
srpskohrvatski / српскохрватски: Fosforescencija
Simple English: Phosphorescence
slovenčina: Fosforescencia
српски / srpski: Fosforescencija
Türkçe: Fosforesans
українська: Фосфоресценція
Tiếng Việt: Lân quang
中文: 磷光