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Fluoreszenz versus Phosphoreszenz

Fluoreszenz und Phosphoreszenz sind zwei Mechanismen, die Licht oder Beispiele für Photolumineszenz emittieren. Die beiden Begriffe bedeuten jedoch nicht dasselbe und kommen nicht auf dieselbe Weise vor. Sowohl in der Fluoreszenz als auch in der Phosphoreszenz absorbieren Moleküle Licht und emittieren Photonen mit weniger Energie (längere Wellenlänge), aber die Fluoreszenz tritt viel schneller auf als die Phosphoreszenz und ändert die Spinrichtung der Elektronen nicht.

Hier erfahren Sie, wie die Photolumineszenz funktioniert, und einen Blick auf die Prozesse der Fluoreszenz und Phosphoreszenz mit bekannten Beispielen für jede Art von Lichtemission.

Wichtige Erkenntnisse: Fluoreszenz versus Phosphoreszenz

  • Sowohl Fluoreszenz als auch Phosphoreszenz sind Formen der Photolumineszenz. In gewisser Weise lassen beide Phänomene die Dinge im Dunkeln leuchten. In beiden Fällen absorbieren Elektronen Energie und setzen Licht frei, wenn sie in einen stabileren Zustand zurückkehren.
  • Die Fluoreszenz tritt viel schneller auf als die Phosphoreszenz. Wenn die Anregungsquelle entfernt wird, hört das Leuchten fast sofort auf (Bruchteil einer Sekunde). Die Richtung des Elektronenspins ändert sich nicht.
  • Die Phosphoreszenz dauert viel länger als die Fluoreszenz (Minuten bis mehrere Stunden). Die Richtung des Elektronenspins kann sich ändern, wenn sich das Elektron in einen Zustand niedrigerer Energie bewegt.

 

Grundlagen der Photolumineszenz

Die Fluoreszenz ist ein schneller Photolumineszenzprozess, sodass Sie das Leuchten nur sehen, wenn Schwarzlicht auf das Objekt scheint. Don Farrall / Getty Images

Photolumineszenz tritt auf, wenn Moleküle Energie absorbieren. Wenn das Licht eine elektronische Anregung verursacht, werden die Moleküle als angeregt bezeichnet . Wenn Licht eine Schwingungsanregung verursacht, werden die Moleküle als heiß bezeichnet . Moleküle können angeregt werden, indem verschiedene Arten von Energie absorbiert werden, wie z. B. physikalische Energie (Licht), chemische Energie oder mechanische Energie (z. B. Reibung oder Druck). Das Absorbieren von Licht oder Photonen kann dazu führen, dass Moleküle sowohl heiß als auch angeregt werden. Bei Anregung werden die Elektronen auf ein höheres Energieniveau angehoben. Wenn sie zu einem niedrigeren und stabileren Energieniveau zurückkehren, werden Photonen freigesetzt. Die Photonen werden als Photolumineszenz wahrgenommen. Die zwei Arten von Photolumineszenz und Fluoreszenz und Phosphoreszenz.

 

Wie Fluoreszenz funktioniert

Eine fluoreszierende Glühbirne ist ein gutes Beispiel für Fluoreszenz. Bruno Ehrs / Getty Images

Bei der Fluoreszenz wird hochenergetisches Licht (kurzwellig, hochfrequent) absorbiert, wodurch ein Elektron in einen angeregten Energiezustand versetzt wird. Normalerweise liegt das absorbierte Licht im ultravioletten Bereich. Der Absorptionsprozess erfolgt schnell (über ein Intervall von 10 bis 15 Sekunden) und ändert die Richtung des Elektronenspins nicht. Die Fluoreszenz tritt so schnell auf, dass das Material nicht mehr leuchtet, wenn Sie das Licht ausschalten.

Die Farbe (Wellenlänge) des durch Fluoreszenz emittierten Lichts ist nahezu unabhängig von der Wellenlänge des einfallenden Lichts. Neben sichtbarem Licht wird auch Infrarot- oder IR-Licht freigesetzt. Die Schwingungsrelaxation setzt etwa 10 bis 12 Sekunden nach Absorption der einfallenden Strahlung IR-Licht frei . Die Abregung in den Elektronengrundzustand emittiert sichtbares und IR-Licht und tritt etwa 10 bis 9 Sekunden nach Absorption der Energie auf. Der Unterschied in der Wellenlänge zwischen den Absorptions- und Emissionsspektren eines fluoreszierenden Materials wird als Stokes-Verschiebung bezeichnet .

 

Beispiele für Fluoreszenz

Fluoreszierende Lichter und Leuchtreklamen sind Beispiele für Fluoreszenz, ebenso wie Materialien, die unter einem schwarzen Licht leuchten, aber aufhören zu leuchten, sobald das ultraviolette Licht ausgeschaltet wird. Einige Skorpione fluoreszieren. Sie leuchten, solange ein ultraviolettes Licht Energie liefert. Das Exoskelett des Tieres schützt es jedoch nicht sehr gut vor Strahlung. Sie sollten daher nicht lange ein Schwarzlicht anlassen, um einen Skorpion zum Leuchten zu bringen. Einige Korallen und Pilze sind fluoreszierend. Viele Textmarker sind auch fluoreszierend.

 

Wie Phosphoreszenz funktioniert

An den Wänden des Schlafzimmers gemalte oder aufgeklebte Sterne leuchten aufgrund der Phosphoreszenz im Dunkeln. Dougal Waters / Getty Images

Wie bei der Fluoreszenz absorbiert ein phosphoreszierendes Material hochenergetisches Licht (normalerweise ultraviolett), wodurch sich die Elektronen in einen Zustand höherer Energie bewegen, aber der Übergang zurück in einen Zustand niedrigerer Energie erfolgt viel langsamer und die Richtung des Elektronenspins kann sich ändern. Phosphoreszierende Materialien können einige Sekunden bis zu einigen Tagen nach dem Ausschalten des Lichts zu leuchten scheinen. Der Grund, warum die Phosphoreszenz länger dauert als die Fluoreszenz, liegt darin, dass die angeregten Elektronen auf ein höheres Energieniveau springen als bei der Fluoreszenz. Die Elektronen haben mehr Energie zu verlieren und können Zeit auf unterschiedlichen Energieniveaus zwischen dem angeregten Zustand und dem Grundzustand verbringen.

Ein Elektron ändert niemals seine Spinrichtung in der Fluoreszenz, kann dies jedoch tun, wenn die Bedingungen während der Phosphoreszenz richtig sind. Dieser Spin Flip kann während der Absorption von Energie oder danach auftreten. Wenn kein Spin-Flip auftritt, befindet sich das Molekül in einem Singulett-Zustand . Wenn ein Elektron einen Spinflip durchläuft, wird ein Triplettzustand gebildet. Triplettzustände haben eine lange Lebensdauer, da das Elektron erst dann in einen Zustand niedrigerer Energie fällt, wenn es in seinen ursprünglichen Zustand zurückkehrt. Aufgrund dieser Verzögerung scheinen phosphoreszierende Materialien „im Dunkeln zu leuchten“.

 

Beispiele für Phosphoreszenz

Phosphoreszierende Materialien werden in Visieren verwendet, leuchten im Dunkeln und Farben werden zur Herstellung von Sternwandgemälden verwendet. Das Element Phosphor leuchtet im Dunkeln, jedoch nicht durch Phosphoreszenz.

 

Andere Arten der Lumineszenz

Fluoreszenz und Phosphoreszenz sind nur zwei Möglichkeiten, wie Licht von einem Material emittiert werden kann. Andere Lumineszenzmechanismen umfassen Tribolumineszenz. Biolumineszenz und Chemilumineszenz .

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