الفرق بين الفلورة و الفسفرة Difference Between Fluorescence and Phosphorescence

إن الفلورة Fluorescence والفسفرة Phosphorescence هما آليتان لإنبعاث الضوء أو هي أمثلة التلألؤ الضوئي (لمعان ضوئي ، تألق ضوئي أو ضيائية ضوية : نفس المصطلحات ذات المعنى نفسه). ومع ذلك ، فإن المصطلحين الفلورة والفسفرة لا يعنيان نفس الشيء ولا يحدثان بنفس الطريقة. ففي كل من الفلورة و الفسفرة ، تمتص الجزيئات الضوء وتنبعث (تُشَعّ) فوتونات ذات طاقة أقل (الطول الموجي الأطول) ، و لكن تحدث عملية الفلورة بسرعة أكبر بكثير من الفسفرة ولا تغير من اتجاه دوران الإلكترونات .
و فيما يلي شرح لآلية عمل التلألؤ الضوئي وإلقاء نظرة على عمليات الفلورة و الفسفرة، مع أمثلة مألوفة لكل نوع من الانبعاثات الضوئية.
أساسيات التلألؤ الضوئي
يحدث التلألؤ الضوئي عندما تمتص الجزيئات الطاقة. فإذا تسبب الضوء في حدوث إثارة للإلكترون فإن في هذه الحالة يطلق على الجزيئات بأنها جزيئات مثارة . و إذا تسبب الضوء في إثارة اهتزازية، فإن الجزيئات تصبح ساخنة. و يمكن للجزيئات أن تصبح مثارة عن طريق امتصاص أنواع مختلفة من الطاقة ، مثل طاقة فيزيائية (الضوء) ، وطاقة كيميائية ، أو طاقة ميكانيكية (على سبيل المثال ، الاحتكاك أو الضغط). و قد يؤدي امتصاص الضوء أو الفوتونات إلى أن تصبح الجزيئات ساخنة و مثارة . عندما تصبح الجزيئات مثارة ، يتم انتقال الإلكترونات إلى مستوى طاقة أعلى. و عند عودتها إلى مستوى طاقة أدنى وأكثر استقرارًا ، يتم انبعاث الفوتونات و التي تظهر على صورة تلألؤ ضوئي. و هناك نوعان من التلألؤ الضوئي الفلورة و الفسفرة.
كيف تحدث عملية الفلورة:
في حالة الفلورة ، يتم امتصاص الضوء عالي الطاقة (الطول الموجي القصير ، التردد العالي) ، مما يجعل الإلكترون في حالة طاقة مثارة. و عادة ، يكون الضوء الممتص في نطاق الأشعة فوق البنفسجية ، وتحدث عملية الامتصاص بسرعة (خلال فترة زمنية تتراوح بين 10-15 ثانية) ولا يحدث تغيير في اتجاه دوران الإلكترون. و تحدث عملية الفلورة بسرعة كبيرة لدرجة أنه إذا قمت بإطفاء الضوء ، تتوقف المادة عن التوهج.
كما أن لون (الطول الموجي) للضوء المنبعث من عملية الفلورة هو تقريبا مختلف عن الطول الموجي للضوء الساقط . و بالإضافة إلى الضوء المرئي المنبعث (المشع) ، يتم أيضًا إشعاع ضوء الأشعة تحت الحمراء . و عادة ما ينتج عن الاسترخاء الاهتزازي إصدار (أنبعاث) لضوء الأشعة تحت الحمراء بعد حوالي 10-12 ثانية من امتصاص الإشعاع . ينبعث عند عودة الإلكترون إلى مستوى الاستقرار الضوء المرئي والأشعة تحت الحمراء ويحدث حوالي 10-9 ثواني بعد امتصاص الطاقة. ويسمى الفرق في الطول الموجي بين أطياف الامتصاص والانبعاثات لمادة التفلوربانزياح ستوكس Stokes shift.
أمثلة على التفلور:
إن المصابيح الفلورية و لوحات النيون أمثلة على الفلورة ، وكذلك المواد التي تتوهج تحت ضوء أسود ، ولكنها تتوقف عن التوهج بمجرد إيقاف تشغيل الأشعة فوق البنفسجية. كما أن بعض العقارب ممكن أن تتفلور إذا ما تم تسليط الضوء الاسود عليها ، فهي تتوهج طالما أن ضوء الأشعة فوق البنفسجية متوفر، ومع ذلك ، فإن الهيكل الخارجي للحيوان لا يحميها جيدًا من الإشعاع ، لذلك يجب ألا تبقي على الضوء الأسود لفترة طويلة لرؤية توهج العقرب. كما أن بعض الشعاب المرجانية والفطريات تتفلور أيضا . و العديد من أقلام التمييز (الأقلام الفلورية) هي أيضا تتفلور.
كيف تعمل الفسفرة:
هو الحال في الفلورة ، تمتص المادة الفسفورية الضوء عالي الطاقة (عادة ما يكون فوق البنفسجي) ، مما يتسبب في انتقال الإلكترونات إلى حالة طاقة أعلى ، لكن الانتقال إلى حالة الطاقة المنخفضة يحدث ببطء أكبر وقد يتغير اتجاه دوران الإلكترون. و قد تظهر المواد المتفسفرة التوهج لعدة ثوانٍ حتى يومين بعد إطفاء الضوء. والسبب في أن الفسفرة تدوم لفترة أطول من الفلورة لأن الإلكترونات المثارة تقفز إلى مستوى طاقة أعلى من تلك في حالة الفلورة . و عليه تتمتع الإلكترونات بمزيد من الطاقة لتفقدها وقد تقضي وقتًا في مستويات طاقة مختلفة بين الحالة المثارة والحالة المستقرة.
و كما ذكرنا سابقا لا يغير الإلكترون اتجاهه الدوراني في حالة الفلورة، ولكن يمكنه فعل ذلك إذا كانت الظروف مناسبة أثناء الفسفرة . و قد يحدث هذا الدوران أثناء امتصاص الطاقة أو بعد ذلك.و في حالة عدم حدوث انعكاس الدوران ، يقال إن الجزيء في حالة منفردة. و إذا خضع الإلكترون عكس غفي الدوران فإنه تتشكل حالة ثلاثية للجزيء. و عادة ما تتمتع الحالات الثلاثية بعمر افتراضي طويل ، حيث لن يرجع الإلكترون إلى حالة الطاقة الأقل حتى يعود إلى حالته الأصلية (حالة الدوران الأصلية). و بسبب هذا التأخير ، يبدو أن المواد الفسفورية “تتوهج في الظلام”.
أمثلة على الفسفرة :
مواد الفسفور في طلقات الاسلحة المستخدمة للألعاب ، وتوهج النجوم الفسفورة في الظلام، والطلاء المستخدم في صنع لوحات النجوم. و تجدة الإشارة هنا أن عنصر الفسفور يضيء في الظلام ، ولكن ليس بسبب الفسفرة.
أنواع أخرى من التلألؤ
إن الفلورة و الفسفرة هما طريقتان الوحيدتان التي يمكن للضوء أن ينبعث من المواد، و مع فإن هنلك طرقا أخرى للتلألؤ و تشمل التلألو الاحتكاكي (اللمعان الاحتكاكي) ، والتلألؤ الحيوي ، و التلألؤ الكيميائي.