Fluorescencja - Polski Serwis Naukowy

Fluorescencja minerałów pod wpływem światła ultrafioletowego.

Aleksandryt oświetlony światłem nie zawierającym ultrafioletu (z lewej) i zawierającym ultrafiolet (z prawej)

Fluoryt oświetlony światłem białym (z lewej) i ultrafioletowym (z prawej)

Fluorescencja – jeden z rodzajów luminescencji – zjawiska emitowania światła przez wzbudzony atom lub cząsteczkę. Zjawisko uznaje się za fluorescencję, gdy po zaniku czynnika pobudzającego następuje szybki zanik emisji w czasie około 10 s. Gdy czas zaniku jest znacznie dłuższy, to zjawisko jest uznawane za fosforescencję.

Teledetekcja (ang. remote sensing) to badanie wykonane z pewnej odległości. Badania teledetekcyjne można wykonywać z samolotów, przestrzeni kosmicznej lub z powierzchni ziemi. Metody teledetekcyjne dzielą się na aktywne i pasywne. W aktywnej teledetekcji sygnał jest wysłany z instrumentu, a po odbiciu od obiektu, odbierany i analizowany. Przykładami aktywnej teledetekcji jest radar, w którym wysyłane są mikrofale, lidar – w tym przypadku wysyłane jest światło, czy sodar – wtedy wysyłane są fale akustyczne. Pasywnymi metodami teledetekcji są metody oparte na analizie sygnału wysyłanego od obserwowanego obiektu. Zdjęcie fotograficzne jest przykładem teledetekcji pasywnej. W nowoczesnej terminologii terminu teledetekcja używa się przy pomiarach z satelitów czy z samolotów. Techniki teledetekcyjne używają tzw. metod odwrotnych do oceny interesujących własności. Dla przykładu, ocena ilości deszczu z chmur może być dokonana na podstawie intensywności sygnału z radaru meteorologicznego.

Zasada zachowania energii - empiryczne prawo fizyki, stwierdzające, że w układzie izolowanym suma wszystkich rodzajów energii układu jest stała (nie zmienia się w czasie). W konsekwencji, energia w układzie izolowanym nie może być ani utworzona, ani zniszczona, może jedynie zmienić się forma energii. Tak np. podczas spalania wodoru w tlenie energia chemiczna zmienia się w energię cieplną.

Wyróżnia się także fluorescencję długożyciową, gdy czas zaniku promieniowania jest znacznie dłuższy od zwykłej fluorescencji, zwanej w tej sytuacji dla odróżnienia krótkożyciową.

Fluorescencja w fotoluminescencji

W szczególności fluorescencja może dotyczyć fotoluminescencji, gdzie czynnikiem wywołującym wzbudzenie atomu czy cząsteczki jest absorpcja (pochłonięcie) kwantu światła widzialnego.

Fluorescencja wszystkich cząsteczek organicznych charakteryzuje się tym, że:

Długość fali — najmniejsza odległość pomiędzy dwoma punktami o tej samej fazie drgań (czyli pomiędzy dwoma powtarzającymi się fragmentami fali — zob. rysunek). Dwa punkty fali są w tej samej fazie, jeżeli wychylenie w obu punktach jest takie samo i oba znajdują się na etapie wzrostu (lub zmniejszania się). Jeżeli w jednym punkcie wychylenie zwiększa się a w drugim maleje, to punkty te znajdują się w fazach przeciwnych.

Foton (gr. φως – światło, w dopełniaczu – φοτος) jest cząstką elementarną nie posiadającą ładunku elektrycznego ani momentu magnetycznego, o masie spoczynkowej równej zero (m0 = 0), liczbie spinowej s = 1 (fotony są zatem bozonami). Fotony są nośnikami oddziaływań elektromagnetycznych, a ponieważ wykazują dualizm korpuskularno-falowy są równocześnie falą elektromagnetyczną.

maksimum pasma fluorescencji jest przesunięte w kierunku większych długości fali względem maksimum pasma absorpcji

pasma fluorescencji i absorpcji częściowo się nakładają

natężenie fluorescencji jest proporcjonalne do natężenia światła wzbudzającego

Fluorescencja, podobnie jak fosforescencja, jest związana z emisją promieniowania o większej długości fali niż długość fali promieniowania wzbudzającego, co wynika z zasady zachowania energii – energia emitowanego fotonu nie może być większa od energii fotonu padającego.

Banknot (niem. Banknote, ang. bank-note – kwit bankowy) to pieniądz papierowy emitowany przez centralny bank emisyjny. Jest to pieniądz symbolizujący określoną wartość niepokrytą w jego wartości materialnej. W przypadku pieniądza metalowego odpowiednikiem banknotu jest bilon. Od niedawna oprócz banknotów z papieru stosuje się również bardzo podobne do nich pieniądze wykonane z tworzyw sztucznych bez udziału celulozy.

Fotoluminescencja – jest to emisja promieniowania elektromagnetycznego przez atomy, cząsteczki lub ciała stałe wytworzona w wyniku pochłonięcia przez nie energii świetlnej z obszaru widzialnego, ultrafioletu lub podczerwieni.

Promieniowanie emitowane w wyniku fluorescencji nie zachowuje polaryzacji ani kierunkowości światła padającego. Gdy w widmie światła padającego są fotony o dostatecznie dużej energii, widmo emitowanego światła jest praktycznie niezależne od widma światła padającego. Fakty powyższe świadczą, że fala emitowana nie jest falą padającą.

Energia gr. ενεργεια (energeia) – skalarna wielkość fizyczna charakteryzująca pod względem ilościowym stan układu fizycznego (materii) (z punktu widzenia termodynamiki niektóre formy energii są funkcjami stanu i potencjałami termodynamicznymi), stan i wzajemne oddziaływania obiektów fizycznych (ciał, pól, cząstek, układów fizycznych), przemiany fizyczne i chemiczne oraz wszelkiego rodzaju procesy występujące w przyrodzie.

Mikroskop fluorescencyjny to mikroskop świetlny używany w badaniach substancji organicznych i nieorganicznych, którego działanie oparte jest na zjawisku fluorescencji i fosforescencji, zamiast, lub razem ze zjawiskami odbicia i absorpcji światła (co jest wykorzystane w klasycznym mikroskopie optycznym). Fluoroscencja próbki może być pochodzenia naturalnego (np. fluoroscencja chlorofilu) lub być wynikiem dołączenia (kowalencyjnie lub poprzez jakikolwiek inny typ oddziaływań fizyko-chemicznych między substancjami) do elementów obserwowanej próbki fluoroforów, czyli substancji chemicznych, które fluoryzują po wzbudzeniu światłem o określonej długości. Drugi sposób jest najczęściej wykorzystywanym w biologii, a w szczególności w biologii molekularnej, gdyż pozwala, poprzez znajomość oddziaływań, na wyznakowanie interesujących elementów komórki (np. białek, czy organelli), fluoroforami o zadanych właściwościach (np. barwie emisji).

Mechanizm fluorescencji

Padający foton wzbudza elektron w cząsteczce lub atomie. Wzbudzenie to wiąże się z przejściem elektronu do wzbudzonego stanu singletowego. Przy przejściu elektronu ze wzbudzonego stanu singletowego do stanu podstawowego następuje emisja światła. Długość fali promieniowania (wyemitowanego światła) jest dłuższa od długości fali zaabsorbowanej. Wynika to z degradacji części energii podczas przejść termicznych i bezpromienistych. Jest to tzw. przesunięcie Stokesa.

Ultrafiolet (UV, promieniowanie ultrafioletowe, nadfiolet) – . Słowo "ultrafiolet" oznacza "powyżej fioletu" i utworzone jest z łacińskiego słowa "ultra" (ponad) i słowa "fiolet" oznaczającego barwę o najmniejszej długości fali w świetle widzialnym. Dawniej było nazywane promieniowaniem "pozafiołkowym".

Aleksandryt – minerał, kamień szlachetny, rzadka, przezroczysta odmiana chryzoberylu. W zależności od oświetlenia zmienia barwę: w świetle dziennym jest zielony, w sztucznym oświetleniu – czerwony (zjawisko fluorescencji spowodowane obecnością metali chromu i żelaza w kryształach aleksandrytu). Nazwany na cześć cara Aleksandra II w 1842. Został odkryty przypadkowo, w dolinie rzeki Tokowaja, w pobliżu Jekaterynburga na Uralu, podczas poszukiwania szmaragdów.

Zastosowania

Zjawisko fluorescencji jest podstawą działania lamp fluorescencyjnych (czyli popularnych świetlówek). Stosowane jest również szeroko w rozmaitych metodach badawczych, np. w mikroskopii fluorescencyjnej, spektroskopii korelacji fluorescencji, teledetekcji a także w technikach zabezpieczeń banknotów.

Spektroskopia korelacji fluorescencji (ang. Fluorescence Correlation Spectroscopy, FCS) jest techniką spektroskopową wykorzystującą zjawisko fluktuacji natężenia fluorescencji, w małej oświetlonej objętości, do uzyskiwania informacji o procesach, które są źródłem tych fluktuacji.

Przesunięcie Stokesa (Stokes shift) jest to przesunięcie maksimum pasma absorpcji względem pasma emisji dla tego samego stanu wzbudzonego. Przesuniecie to może być wyrażone w długościach fali, nm, liczbach falowych (cm-1 - odwrotność centymetra) lub hercach (jako różnica częstotliwości.

Zobacz też

promieniowanie elektromagnetyczne

luminofor

właściwości fizyczne i chemiczne minerałów

Linki zewnętrzne

Luminescencja

W Wikimedia Commons znajdują się multimedia związane z tematem:
Fluorescencja