v.m 2020
9th February 2013, 12:31 PM
فسفرسانس و فلوئور سانس
فسفرسانس و فلوئورسانس پدیده هایی هستند كه در آن ها یک ماده خاص كه به طور عام به آن فسفر گفته می شود پس از قرار گرفتن در مقابل نور مرئی یا غیر مرئی یا حرارت، تحریک شده و این انرژی را در خود ذخیره می كند و سپس آن را را به صورت طیفی از امواج مرئی در طول مدت زمانی منتشر می كند.
http://img.tebyan.net/big/1391/10/240921916190166105322713410911691183168230.jpg (http://www.tebyan.net/bigimage.aspx?img=http://img.tebyan.net/big/1391/10/10923017128163250130229493564191389165103.jpg)
تفاوت آن ها در اختلاف زمانی بین این دو دریافت و تابش یا به عبارت دیگر دوام تابش است. در فسفرسانس تحریک طولانی تر و تشعشع طولانی تری داریم و در فلوئورسانس تحریک كوتاه تر و تشعشع كوتاه تری داریم.
در فلوئورسانس كه نمونه آن نور مهتابی یا صفحه تلویزیون است تابش آنی است و تقریبا بلافاصله بعد از قطع نور تمام می شود. در حالی كه در فسفرسانس ماده بعد از قطع نور نیز تا مدتی به تابش ادامه می دهد كه مقدار مدت آن بسته به ماده مورد استفاده می تواند از چند ثانیه تا چندین روز طول بكشد.
http://img.tebyan.net/big/1391/10/6221105195194184415019421118293121115367.jpg
(http://www.tebyan.net/bigimage.aspx?img=http://img.tebyan.net/big/1391/10/1821961361961214961237141881072093322819544.jpg)
چگونه فلوئورسانس یا فسفرسانس نور را جذب می کنند و نور با طول موج دیگری را منتشر می کنند چه ویژگی در این مواد باعث این خاصیت می شود؟
بسیاری از سیستم های شیمیایی،فوتولومینانس هستند. لومینانس (luminescence) در لغت به معنای تابناک یا شب‌تابی است، بدین معنی كه این سیستم ها یا مولكول ها می‌توانند تابش الكترومغناطیس را جذب كنند و به وسیله‌ی آن برانگیخته شوند.
منظور از برانگیختگی آن است كه الكترون هایی از یک لایه با ظرفیت، یا الكترون هایی كه در پیوند بین اتم ها در مولكول شركت دارند، انرژی مربوط به تابش الكترومغناطیس را جذب كرده و به سطوح انرژی بالاتر بروند.
وقتی الكترونی به سطح انرژی بالاتر می‌رود، ناپایدار است و تمایل دارد آن انرژی را كه گرفته، پس داده و به حالت قبل خود برگردد. وقتی الكترون به حالت پایدار خود برمی‌گردد، انرژی پس داده را به صورت انرژی تابشی از خود نشر می‌كند. طول موج این تابش یا برابر طول موج تابشی است كه به وسیله‌ی آن برانگیخته شده بوده یا از آن كوتاه تر است. به هر حال این عمل را فوتولومینسانس گویند.
http://img.tebyan.net/big/1391/10/185215248200616251839213672157719052213.jpg (http://www.tebyan.net/bigimage.aspx?img=http://img.tebyan.net/big/1391/10/25449112140785322458411311327258166415.jpg)
دو نوع فوتولومینسانس وجود دارد كه عبارتند از فسفرسانس و فلوئورسانس. در فلوئورسانس برانگیختگی میان دو تراز اصلی با انرژی های E1,E2 اتفاق می افتد كه جابجایی بین آن ها كاملا آزاد است. الكترون با دریافت انرژی، بر انگیخته شده و به تراز E2 می رود و پس از 8 تا 10 ثانیه دوباره به تراز اول بر می گردد و فوتونی با انرژی E2-E1 تابش می كند در فلوئورسانس، اتم یا مولكول بلافاصله بعد از جذب تابشی كه آن را برانگیخته كرده و بلافاصله بعد از این كه آن تابش قطع شد، شروع به تابش می‌كند.
http://img.tebyan.net/big/1391/10/2012122616071385_5.jpg
اما در فسفرسانس، معمولا یك مدت زمان كوتاهی بین قطع تابش برانگیخته كننده، و شروع تابش نشر شده به وسیله سیستم، وجود دارد. یعنی بلافاصله بعد از این كه تابش برانگیخته كننده را قطع كردیم، الكترون به وضعیت اولش باز نمی‌گردد.
در فسفرسانس ماجرا به دلیل وجود یک تراز میانی كمی پیچیده تر است این تراز كه مابین تراز پایه و برانگیخته قرار دارد تراز نیمه پایدار می باشد و مانند یك دام برای الكترون ها عمل می كند.
به خاطر شرایط خاص این تراز، انتقال الكترون از آن به سایر ترازها ممنوع و احتمال آن بسیار كم است. بنابراین چنان چه الكترونی پس از برانگیختگی از تراز E2 در دام تراز نیمه پایدار بیفتد، آن جا می ماند تا زمانی كه به طریقی دیگر مجددا برانگیخته شود و به تراز E2 برگردد؛ این اتفاق می تواند تحت تاثیر جنبش های گرمایی اتم ها یا مولكول های مجاور و یا برانگیختگی نوری روی دهد اما احتمال وقوع آن بسیار كم است به همین دلیل چنین الكترون هایی تا مدت ها در تراز میانی می مانند (بسته به ساختار اتمی ماده و شرایط محیطی دارد) و همین عامل تاخیر در باز تابش بخشی از انرژی دریافت شده است.
http://img.tebyan.net/big/1391/10/2012122616071354_4s.jpg
برای ساختن مواد درخشنده در تاریکی باید فسفری وجود داشته باشد که با استفاده از نور معمولی انرژی بگیرد و طول تابش آن زیاد باشد. برای مثال دو فسفری که این ویژگی ها را دارند مثل Zinc Sulfide و Strontium Aluminate که Strontium Aluminate برای طول تابش بیشتر بهتر است.
این مواد را با پلاستیک مخلوط می کنند و مواد درخشنده در تاریکی را می سازند.
بعضی مواقع ممکن است شما موادی را ببینید که می درخشند ولی به انرژی احتیاجی ندارند! یکی از آن مثال ها روی عقربه های ساعت های گران قیمت است. درآن ها فسفر با یک عنصر رادیو اکتیو مخلوط شده (مثل رادیوم- radium) که آن عنصر با انتشار رادیو اکتیو فسفر را مرتبا با انرژی می کند.
http://img.tebyan.net/big/1391/10/2312264354155113315619016514122368236204201.jpg
(http://www.tebyan.net/bigimage.aspx?img=http://img.tebyan.net/big/1391/10/3723672455881269249121221186171107162164.jpg)
لامپ های فلوئورسنت
در این لامپ ها یك تخلیه ی الكتریكی در محیطی از بخار جیوه و یك گاز خنثی ( مانند آرگون ) انجام می شود. بخار جیوه بر اثر تخلیه ی انرژی و جذب انرژی، شروع به تشعشع می كند و طول موج این تشعشع 2537 آنگستروم است كه در محدوده ی طیف UV ( فرا بنفش ) است.
در زیر چند مثال که در آن ها فسفرسانس و فلوئورسنت اتفاق می افتد مشاهده می کنید.
فلوئورسنت
ماده ی زمینه
Activator
رنگ تشعشع
کاربرد
CaWO4
بدون Activator
آبی
لامپ آبی
CaWO4
Pb
آبی کم رنگ
لامپ آبی
BaSi2O5
Pb
فرابنفش
لامپ تشعشع طولانی مدت فرابنفش
Zn2SiO4
Mn
سبز
لامپ سبز
CaSiO3
Pb3Mn
بین زرد و نارنجی
لامپ رنگی با کیفیت بالا
Cd2B2O5
Mn
زرد
لامپ ترنر
فسفر سانس
ماده ی زمینه
Activator
رنگ تشعشع
کاربرد
Zn2SiO4
Mn
زرد سبز
رادار و اسیلوگراف
CaSiO3
Pb3Mn
نارنجی
رادار
SiO4
Mn
سفید
تلویزیون
مرکز یادگیری تبیان
فسفرسانس و فلوئورسانس پدیده هایی هستند كه در آن ها یک ماده خاص كه به طور عام به آن فسفر گفته می شود پس از قرار گرفتن در مقابل نور مرئی یا غیر مرئی یا حرارت، تحریک شده و این انرژی را در خود ذخیره می كند و سپس آن را را به صورت طیفی از امواج مرئی در طول مدت زمانی منتشر می كند.
http://img.tebyan.net/big/1391/10/240921916190166105322713410911691183168230.jpg (http://www.tebyan.net/bigimage.aspx?img=http://img.tebyan.net/big/1391/10/10923017128163250130229493564191389165103.jpg)
تفاوت آن ها در اختلاف زمانی بین این دو دریافت و تابش یا به عبارت دیگر دوام تابش است. در فسفرسانس تحریک طولانی تر و تشعشع طولانی تری داریم و در فلوئورسانس تحریک كوتاه تر و تشعشع كوتاه تری داریم.
در فلوئورسانس كه نمونه آن نور مهتابی یا صفحه تلویزیون است تابش آنی است و تقریبا بلافاصله بعد از قطع نور تمام می شود. در حالی كه در فسفرسانس ماده بعد از قطع نور نیز تا مدتی به تابش ادامه می دهد كه مقدار مدت آن بسته به ماده مورد استفاده می تواند از چند ثانیه تا چندین روز طول بكشد.
http://img.tebyan.net/big/1391/10/6221105195194184415019421118293121115367.jpg
(http://www.tebyan.net/bigimage.aspx?img=http://img.tebyan.net/big/1391/10/1821961361961214961237141881072093322819544.jpg)
چگونه فلوئورسانس یا فسفرسانس نور را جذب می کنند و نور با طول موج دیگری را منتشر می کنند چه ویژگی در این مواد باعث این خاصیت می شود؟
بسیاری از سیستم های شیمیایی،فوتولومینانس هستند. لومینانس (luminescence) در لغت به معنای تابناک یا شب‌تابی است، بدین معنی كه این سیستم ها یا مولكول ها می‌توانند تابش الكترومغناطیس را جذب كنند و به وسیله‌ی آن برانگیخته شوند.
منظور از برانگیختگی آن است كه الكترون هایی از یک لایه با ظرفیت، یا الكترون هایی كه در پیوند بین اتم ها در مولكول شركت دارند، انرژی مربوط به تابش الكترومغناطیس را جذب كرده و به سطوح انرژی بالاتر بروند.
وقتی الكترونی به سطح انرژی بالاتر می‌رود، ناپایدار است و تمایل دارد آن انرژی را كه گرفته، پس داده و به حالت قبل خود برگردد. وقتی الكترون به حالت پایدار خود برمی‌گردد، انرژی پس داده را به صورت انرژی تابشی از خود نشر می‌كند. طول موج این تابش یا برابر طول موج تابشی است كه به وسیله‌ی آن برانگیخته شده بوده یا از آن كوتاه تر است. به هر حال این عمل را فوتولومینسانس گویند.
http://img.tebyan.net/big/1391/10/185215248200616251839213672157719052213.jpg (http://www.tebyan.net/bigimage.aspx?img=http://img.tebyan.net/big/1391/10/25449112140785322458411311327258166415.jpg)
دو نوع فوتولومینسانس وجود دارد كه عبارتند از فسفرسانس و فلوئورسانس. در فلوئورسانس برانگیختگی میان دو تراز اصلی با انرژی های E1,E2 اتفاق می افتد كه جابجایی بین آن ها كاملا آزاد است. الكترون با دریافت انرژی، بر انگیخته شده و به تراز E2 می رود و پس از 8 تا 10 ثانیه دوباره به تراز اول بر می گردد و فوتونی با انرژی E2-E1 تابش می كند در فلوئورسانس، اتم یا مولكول بلافاصله بعد از جذب تابشی كه آن را برانگیخته كرده و بلافاصله بعد از این كه آن تابش قطع شد، شروع به تابش می‌كند.
http://img.tebyan.net/big/1391/10/2012122616071385_5.jpg
اما در فسفرسانس، معمولا یك مدت زمان كوتاهی بین قطع تابش برانگیخته كننده، و شروع تابش نشر شده به وسیله سیستم، وجود دارد. یعنی بلافاصله بعد از این كه تابش برانگیخته كننده را قطع كردیم، الكترون به وضعیت اولش باز نمی‌گردد.
در فسفرسانس ماجرا به دلیل وجود یک تراز میانی كمی پیچیده تر است این تراز كه مابین تراز پایه و برانگیخته قرار دارد تراز نیمه پایدار می باشد و مانند یك دام برای الكترون ها عمل می كند.
به خاطر شرایط خاص این تراز، انتقال الكترون از آن به سایر ترازها ممنوع و احتمال آن بسیار كم است. بنابراین چنان چه الكترونی پس از برانگیختگی از تراز E2 در دام تراز نیمه پایدار بیفتد، آن جا می ماند تا زمانی كه به طریقی دیگر مجددا برانگیخته شود و به تراز E2 برگردد؛ این اتفاق می تواند تحت تاثیر جنبش های گرمایی اتم ها یا مولكول های مجاور و یا برانگیختگی نوری روی دهد اما احتمال وقوع آن بسیار كم است به همین دلیل چنین الكترون هایی تا مدت ها در تراز میانی می مانند (بسته به ساختار اتمی ماده و شرایط محیطی دارد) و همین عامل تاخیر در باز تابش بخشی از انرژی دریافت شده است.
http://img.tebyan.net/big/1391/10/2012122616071354_4s.jpg
برای ساختن مواد درخشنده در تاریکی باید فسفری وجود داشته باشد که با استفاده از نور معمولی انرژی بگیرد و طول تابش آن زیاد باشد. برای مثال دو فسفری که این ویژگی ها را دارند مثل Zinc Sulfide و Strontium Aluminate که Strontium Aluminate برای طول تابش بیشتر بهتر است.
این مواد را با پلاستیک مخلوط می کنند و مواد درخشنده در تاریکی را می سازند.
بعضی مواقع ممکن است شما موادی را ببینید که می درخشند ولی به انرژی احتیاجی ندارند! یکی از آن مثال ها روی عقربه های ساعت های گران قیمت است. درآن ها فسفر با یک عنصر رادیو اکتیو مخلوط شده (مثل رادیوم- radium) که آن عنصر با انتشار رادیو اکتیو فسفر را مرتبا با انرژی می کند.
http://img.tebyan.net/big/1391/10/2312264354155113315619016514122368236204201.jpg
(http://www.tebyan.net/bigimage.aspx?img=http://img.tebyan.net/big/1391/10/3723672455881269249121221186171107162164.jpg)
لامپ های فلوئورسنت
در این لامپ ها یك تخلیه ی الكتریكی در محیطی از بخار جیوه و یك گاز خنثی ( مانند آرگون ) انجام می شود. بخار جیوه بر اثر تخلیه ی انرژی و جذب انرژی، شروع به تشعشع می كند و طول موج این تشعشع 2537 آنگستروم است كه در محدوده ی طیف UV ( فرا بنفش ) است.
در زیر چند مثال که در آن ها فسفرسانس و فلوئورسنت اتفاق می افتد مشاهده می کنید.
فلوئورسنت
ماده ی زمینه
Activator
رنگ تشعشع
کاربرد
CaWO4
بدون Activator
آبی
لامپ آبی
CaWO4
Pb
آبی کم رنگ
لامپ آبی
BaSi2O5
Pb
فرابنفش
لامپ تشعشع طولانی مدت فرابنفش
Zn2SiO4
Mn
سبز
لامپ سبز
CaSiO3
Pb3Mn
بین زرد و نارنجی
لامپ رنگی با کیفیت بالا
Cd2B2O5
Mn
زرد
لامپ ترنر
فسفر سانس
ماده ی زمینه
Activator
رنگ تشعشع
کاربرد
Zn2SiO4
Mn
زرد سبز
رادار و اسیلوگراف
CaSiO3
Pb3Mn
نارنجی
رادار
SiO4
Mn
سفید
تلویزیون
مرکز یادگیری تبیان