Foszforeszkálás

Nem tévesztendő össze a következővel: fluoreszkálás.

Foszforeszkáló por: látható fényben, UV fényben és teljes sötétségben.

A foszforeszkálás a lumineszcencia és ezen belül a fotolumineszcencia egy speciális fajtája. Szemben a fluoreszkálással, a foszforeszkáló anyag nem azonnal sugározza ki azt a sugárzást, amelyet korábban abszorbeált. Ez a jelenség kapcsolatban van a kvantummechanika ismert „tiltott” energiaállapot átmeneteivel. Mivel ez az átmenet bizonyos anyagoknál igen lassan megy végbe, az abszorbeált sugárzás újra kisugárzása később (msec - órák múltán) alacsonyabb intenzitással történik az eredeti gerjesztéshez képest.

A foszforeszkáló anyagok tanulmányozása vezetett el 1896-ban a radioaktivitás felfedezéséhez.

Kvantummechanikai magyarázat[szerkesztés]

A legtöbb fotolumineszcens esemény, ahol egy kémiai anyag abszorbeálja, majd újra kibocsátja a fény fotonjait, igen gyors folyamat, 10 nanoszekundumos (nsec) nagyságrendű. A fény abban az esetben abszorbeálódik és emittálódik ilyen gyorsan, ha a foton energiája illeszkedik a rendelkezésre álló energiaállapotokhoz és megengedett átmenetekhez.

A foszforeszkálás speciális esetében, az abszorbeált foton egy szokatlan spinváltó átmenet (angolul intersystem crossing) révén magasabb spin multiplicitású energiaállapotba, rendszerint triplett állapotba kerül. Ennek eredményeként az energia a triplett állapotban csapdába kerül, ahonnan csak egy klasszikusan „tiltott” átmenettel kerülhet alacsonyabb energiaállapotba. Annak ellenére, hogy ezek „tiltott” átmenetek, mégis előfordulnak a kvantummechanikában, azonban kinetikailag nem kedvezményezettek, ezért a folyamat lényegesen lassabban zajlik le.

A legtöbb foszforeszkáló anyag még mindig elég gyors fénykibocsátó, a milliszekundumos (msec) triplett élettartammal. Vannak viszont anyagok, melyeknél a triplett élettartam percek vagy órákban mérhető, ami azt jelenti, hogy ezek az anyagok a fényenergiát lassan lebomló gerjesztett elektronállapotban tárolják. Ha a foszforeszkáló anyag kvantumhatásfoka magas, akkor ezek az anyagok jelentős mennyiségű fényt képesek kibocsátani hosszú időn keresztül, ezeket hívják „sötétben világító” anyagoknak.

Egyenlet[szerkesztés]

$S_{0}+h\nu \to S_{1}\to T_{1}\to S_{0}+h\nu ^{\prime }\$

Ahol S a szingulett állapot és T a triplett állapot, melyek indexei az állapotra utalnak (0 jelzi az alapállapotot, 1 jelzi a gerjesztett állapotot).

Összetévesztés a kemilumineszcenciával[szerkesztés]

Néhány „sötétben világító” anyag nem a foszforeszkálás miatt világít. Például a közismert világító rudak, amelyek a kemilumineszcencia (vagy kemolumineszcencia) folyamata miatt világítanak. A kemilumineszcenciát és a foszforeszkálás jelenségét általában összetévesztik. A kemilumineszcencia esetében a gerjesztett állapotot egy kémiai folyamat okozza. A fénykibocsátás a kémiai reakció által kiváltott kémia-kinetikai folyamat eredménye. A gerjesztett állapot egy „festék” molekulába alakul át, melyet szintetizernek vagy fluorofórnak is ismernek, és ezt követően fluoreszkál vissza az alapállapotba.

Közös komponensek foszforeszkáló anyagokban[szerkesztés]

Foszforeszkáló anyagok közös színezőanyag-alkotója a cink-szulfid és a stroncium-aluminát. Biztonsági eszközöknél a cink-szulfid használata már az 1930-as évektől ismert. A stroncium-aluminát lumineszkáló képessége közel tízszer erősebb, mint a cink-szulfidé. Stroncium-oxid-aluminát alapú színezőanyagot használnak a kijárati feliratoknál, útvonal figyelmeztetőknél és más biztonsági jelek esetében.