ما هو التلألؤ والفلورسنت؟

هناك بعض المصطلحات التي تسبب الارتباك في اللغة اليومية الشائعة. ومن هذه المصطلحات لدينا التلألؤ والفلورسنت والفوسفور. هل هي شروط متساوية؟ كيف تختلف وماذا يشير كل واحد؟

سنرى كل هذا في هذه المقالة، فلا تفوتها.

ما هو التلألؤ

يشير مصطلح التلألؤ بشكل أساسي إلى انبعاث الضوء. في بيئتنا، تبعث معظم الأجسام الضوء بسبب الطاقة التي تتلقاها من الشمس، والتي إنه ألمع كيان مرئي لنا. وعلى عكس القمر، الذي يبدو وكأنه ينبعث منه ضوء، فهو في الواقع يعكس ضوء الشمس، ويعمل بشكل مشابه للمرآة الحجرية الضخمة.

في الأساس، هناك ثلاثة أنواع رئيسية من التلألؤ: مضان، التفسفر والتألق الكيميائي. من بينها، يتم تصنيف مضان والتفسفر كأشكال من التألق الضوئي. يكمن التمييز بين التألق الضوئي والتألق الكيميائي في آلية تنشيط التألق؛ في التألق الضوئي، يعمل الضوء كمحفز، بينما في التألق الكيميائي، يبدأ التفاعل الكيميائي في انبعاث الضوء.

يعتمد كل من التألق والتألق، وهما شكلان من أشكال التألق الضوئي، على قدرة المادة على امتصاص الضوء ثم بعثه بعد ذلك بطول موجي أطول، مما يشير إلى انخفاض الطاقة. لكن، مدة هذه العملية تختلف بشكل كبير. في تفاعلات الفلورسنت، يحدث انبعاث الضوء بشكل فوري ولا يمكن ملاحظته إلا عندما يظل مصدر الضوء نشطًا (مثل الأضواء فوق البنفسجية).

في المقابل، تسمح التفاعلات الفسفورية للمادة بالاحتفاظ بالطاقة الممتصة، مما يسمح لها بإصدار الضوء لاحقًا، مما يؤدي إلى توهج يستمر حتى بعد انطفاء مصدر الضوء. لذلك، إذا اختفى التلألؤ على الفور، يتم تصنيفه على أنه مضان؛ إذا استمرت، يتم تحديدها على أنها التفسفر. وإذا كان يتطلب تفاعلًا كيميائيًا لتنشيطه، فإنه يُسمى اللمعان الكيميائي.

على سبيل المثال، يمكن للمرء أن يتخيل ملهى ليليًا حيث ينبعث القماش والأسنان وهجًا مضيئًا تحت الضوء الأسود (التألق)، وعلامة خروج الطوارئ تشع الضوء (التألق)، وتنتج العصي المتوهجة أيضًا إضاءة (التألق الكيميائي).

ضوئي

المواد التي ينبعث منها الضوء على الفور تسمى الفلورسنت. وفي هذه المواد، تمتص الذرات الطاقة، مما يجعلها تدخل في حالة "الإثارة". وبالعودة إلى حالتها الطبيعية في حوالي جزء من مائة ألف من الثانية (تتراوح من 10-9 إلى 10-6 ثواني)، فإنها تطلق هذه الطاقة على شكل جزيئات صغيرة من الضوء تعرف باسم الفوتونات.

يتحدث رسميا، الفلورة هي عملية إشعاعية تنتقل فيها الإلكترونات المثارة من الحالة المثارة الأدنى (S1) إلى الحالة الأرضية (S0). أثناء هذا التحول، يبدد الإلكترون جزءًا من طاقته من خلال الاسترخاء الاهتزازي، مما يؤدي إلى امتلاك الفوتون المنبعث طاقة منخفضة، وبالتالي طول موجي أطول.

التفسفر الوميض الفوسفوري

لفهم الفروق بين الفلورة والتفسفر، من الضروري استكشاف مفهوم دوران الإلكترون بإيجاز. يمثل الدوران خاصية أساسية للإلكترون، حيث يعمل كنوع من الزخم الزاوي الذي يؤثر على سلوكه داخل المجال الكهرومغناطيسي. يمكن لهذه الخاصية أن تأخذ قيمة ½ فقط ويمكن أن تظهر اتجاهًا لأعلى أو لأسفل. وبالتالي، يُشار إلى دوران الإلكترون على أنه +½ أو -½، أو يتم تمثيله بدلاً من ذلك بـ ↑ أو ↓. داخل نفس مدار الذرة، تظهر الإلكترونات باستمرار دورانًا عكسيًا عندما تكون في الحالة الأرضية المفردة (S0). عند ترقيته إلى حالة مثارة، يحتفظ الإلكترون باتجاهه المغزلي، مما يؤدي إلى تكوين حالة مثارة منفردة (S1)، حيث يظل كلا الاتجاهين المغزليين مقترنين في تكوين مضاد للتوازي. من المهم ملاحظة أن جميع عمليات الاسترخاء المرتبطة بالفلورة تكون محايدة الدوران، مما يضمن الحفاظ على اتجاه دوران الإلكترون في جميع الأوقات.

وفي حالة الفوسفور، تختلف العملية بشكل كبير. تحدث التحولات السريعة (تتراوح من 10^-11 إلى 10^-6 ثانية) بين الأنظمة التي تنتقل من الحالة المثارة المفردة (S1) إلى الحالة المثارة الثلاثية (T1) التي تكون أكثر ملاءمة من الناحية الحيوية. يؤدي هذا التحول إلى عكس دوران الإلكترون؛ تتميز الحالات الناتجة بالدوران المتوازي في كلا الإلكترونين وتصنف على أنها شبه مستقرة. في هذه الحالة، يحدث الاسترخاء عن طريق التفسفر، مما يؤدي إلى انعكاس آخر في دوران الإلكترون وانبعاث الفوتون لاحقًا.

يمكن أن يحدث الانتقال مرة أخرى إلى حالة القميص المريح (S0) بعد تأخير طويل (يتراوح من 10^-3 إلى أكثر من 100 ثانية). خلال عملية الاسترخاء هذه، تستهلك الآليات غير الإشعاعية المزيد من الطاقة في استرخاء الفوسفور مقارنة بالتألق، مما يؤدي إلى اختلاف أكبر في الطاقة بين الفوتونات الممتصة والمنبعثة، وبالتالي تغيير أكبر في طول الموجة.

الإثارة وأطياف الانبعاث

يحدث التلألؤ عندما يتم تحفيز إلكترونات المادة عن طريق امتصاص الفوتونات، وبالتالي إطلاق تلك الطاقة على شكل إشعاع. في حالات معينة، يمكن أن يتكون الإشعاع المنبعث من فوتونات لها نفس الطاقة والطول الموجي مثل تلك الممتصة; تُعرف هذه الظاهرة باسم مضان الرنين. في أغلب الأحيان، يكون للإشعاع المنبعث طول موجي أطول، مما يشير إلى طاقة أقل مقارنة بالفوتونات الممتصة.

يُعرف هذا الانتقال إلى أطوال موجية أطول باسم تحول ستوكس. عندما يتم إثارة الإلكترونات بواسطة إشعاع قصير غير مرئي، فإنها ترتفع إلى حالات طاقة أعلى. عند عودتها إلى حالتها الأصلية، فإنها تبعث ضوءًا مرئيًا بنفس الطول الموجي، مما يجسد مضان الرنين. ومع ذلك، يمكن لهذه الإلكترونات المثارة أيضًا أن تعود إلى مستوى طاقة متوسط، مما يؤدي إلى انبعاث فوتون مضيء يحمل طاقة أقل من تلك الموجودة في الإثارة الأولية. هذه العملية، عندما يتم تحفيزه بواسطة الضوء فوق البنفسجي، فإنه يظهر بشكل عام على شكل مضان ضمن الطيف المرئي. وفي حالة المواد الفسفورية، هناك تأخير بين إثارة الإلكترونات إلى مستويات الطاقة العالية وعودتها إلى الحالة الأرضية.

مادة معينة لا تستجيب لجميع الأطوال الموجية. ومع ذلك، عادة ما تكون هناك علاقة بين الطول الموجي للإثارة وسعة الانبعاث الناتج. تُعرف هذه العلاقة بطيف الإثارة. بصورة مماثلة، ويمكن ملاحظة وجود علاقة بين سعة الإشعاع المنبعث وطوله الموجي، وهو ما يعرف بطيف الانبعاث.

من المهم ملاحظة أن الطول الموجي للانبعاث لا يعتمد على الطول الموجي للإثارة، إلا في الحالات التي تمتلك فيها المواد آليات التلألؤ المتعددة. وبالتالي، تظهر المعادن قدرات مختلفة على امتصاص الضوء فوق البنفسجي عند أطوال موجية محددة؛ يتألق بعضها تحت الضوء فوق البنفسجي ذي الطول الموجي القصير، بينما يتألق البعض الآخر تحت الأطوال الموجية الطويلة، ويظهر بعضها مضانًا غير واضح. غالبًا ما يختلف لون الضوء المنبعث بشكل كبير مع اختلاف أطوال موجات الإثارة.

ولا يقتصر حدوث هذه الظواهر على استخدام الأشعة فوق البنفسجية فقط؛ بل يمكن تحقيق الإثارة بواسطة أي إشعاع يمتلك الطاقة المناسبة. على سبيل المثال، الأشعة السينية قادرة على إحداث الفلورسنت في مواد مختلفة، والعديد منها يستجيب أيضًا لأنواع مختلفة من الإشعاع. على سبيل المثال، يُظهر تنغستات المغنيسيوم حساسية لجميع الإشعاعات تقريبًا ذات الأطوال الموجية الأقل من 300 نانومتر، والتي تشمل طيف الأشعة فوق البنفسجية والأشعة السينية. بالإضافة إلى ذلك، يمكن إثارة بعض المواد بسهولة بواسطة الإلكترونات، كما يتضح من أعواد الثقاب المستخدمة في أنابيب التلفزيون.

آمل أن تتمكن من خلال هذه المعلومات من معرفة المزيد عن الاختلافات بين التألق والتفسفر والتألق.