شیمی دان شکاک 'فلورسانس و فسفرسانس'
فسفر سانس وفلورسانس پدیده هایی هستند که در آنها یک ماده خاص که بطور عام به آن فسفر گفته می شود پس از قرار گرفتن در مقابل نور مرئی یا غیرمرئی یا عواملخارجی نظیر ضربه خوردن ،گرم شدن ،مالش وخراش این را در خود ذخیره می کند وسپس آن انرژی را به صورت طیفی از امواج مرئی در طول مدت زمانی منتشر می کند،اگر این را بعنوان شباهت این دو پدیده باشد تفاوت آنها در اختلاف زمانی بین این دودریافت تابش یا بعبارت دیگر دوام تابش است. اگر زمان تحریک کمتر از 10 به توان 8- ثانیه باشد ،این پدیده را فلورسانس گوییم واگر زمان تحریک بیش از 10 به توان 8- ثانیه باشد آن را فسفرسانس می نامیم.به عبارتی در فسفرسانس تحریک طولانی تر وتشعشع طولانی تری داریم ودر فلورسانس تحریک کوتاه تر وتشعشع کوتاهتری داریم.این نور افشانی سرد ورنگین است و ارتباطی به سوختن ،اکسیداسیون ویا تولید حرارت ندارد. در فلورسانس که نمونه آن نور لامپ فلورسنت خانگی (مهتابی) یا صفحه تلویزیون است تابش آنی است وتقریبا بلافاصله بعد از قطع نور تمام می شود. در حالیکه در فسفرسانس که نمونه آن اسباب بازیها ووسایل شب نما است ماده پس از قطع نور نیز تا مدتی به تابش ادامه می دهد که مقدار آن بسته به ماده مورد استفاده دارد که می تواند از چند ثانیه تا چند روز وحتی چند سال طول بکشد.
برای اولین بار جورج استوکس در اوایل سال 1800میلادی در یافت فلوریت (یک نوع سنگ) در نتیجه ی قرار گرفتن در معرض تابش نور فرابنفش خورشید رنگ فلورسنت آبی از خود نشان می دهد.پس از مطالعات مفصل نام فلورسانس را از کانی فلوریت الهام گرفت. بر این اساس کانی ها وموادی که این ویژگی را به نمایش می گذارند فلورسنت نامیده می شوند.
نور افشانی لومینانس پس از قطع تابش نور فسفرسانس نامیده می شود. این نام تنها به دلیل شباهت ظاهری این پدیده به نورحاصل از سوختن فسفر در تاریکی برای آن انتخاب شده است اما ارتباطی با فسفر ندارد.برخی از مواد وکانی ها برای چند لحظه فسفرسانس هستند در حالیکه برخی دیگر برای مدتطولانی به نور دهی (ولو به شدت ناچیز) ادامه می دهند. بعضی از کانی ها تا چند سال پس از تابش نیز به نور افشانی خود ادامه می دهند.
اساس پدیده لومینانس همان برانگیختگی الکترون هاست. می دانید که در یک اتم الکترونها در وضعیت های انرژی مختلفی نسبت به هسته قرار دارد که به آنها تراز های الکترونی گفته می شود ویژگی هر تراز انرژی معلوم ومشخص آن است که با افزایش فاصله تراز از هسته افزایش می یابد. یک الکترون تنها در این ترازها وبا انرژی های ویژه می تواند به دور هسته بچرخد ونمی تواند هر انرژی دلخواهی داشته باشد.در وضعیت عادی که هیچ انرژی اضافی وجود ندارد الکترونها به ترتیب ترازهای انرژی اتم را از پایین به بالا پر می کنند وبه ترازی که هر الکترون در این وضعیت اشغال می کند تراز پایه ای آن گفته می شود که پایدارترین وضع برای آن است.
اگر در این حالت یکی از الکترونها که معمولا الکترون تراز آخر است به هر طریقی از جنبش های گرمایی گرفته تا برخورد فوتون وذره انرژی می گیرد واین انرژی با اختلاف انرژی تراز پایه با یکی از ترازهای بالاتر برار باشد الکترون انرژی را جذب می کند وبا احتمال مشخصی به تراز بالاتر می رود.در این وضعیت الکترون برانگیخته شده است اما از آنجا که حالت پایه پایدارتر است این گذار وبرانگیختگی معمولا زیاد طول نمی کشد والکترون به سرعت از تراز انرژی پایه به تراز انرژی دیگری که انرژی کمتری دارد بر می گردد.در ضمن این فرایند اختلاف انرژی دو تراز را بصورت یک فوتون که فرکانس آن به این اختلاف انرژی وابسته است آزاد می کند. اگر فرکانس این تابش در محدوده نور مرئی قرار بگیرد ما آن را بصورت تابش لومینانس خواهیم دید. در شکل زیر تفاوت تراز های الکترونی در پدیده فلورسانس نشان داده شده است .همانطور که مشخص است در فلورسانس کل ماجرای برانگیختگی میان دو تراز اصلی میان انرژی های E1وٍٍٍE2 اتفاق می افتد که جابجایی بین آنها کاملا آزاد است. الکترون با دریافت انرژی بر انگیخته شده وبه تراز انرژی E2 می رود.پس از زمانی حدود 10 بتوان 8- ثانیه دوباره به تراز اول بر می گردد وفوتونی با انرژی E2 منهایE1 E2-E1)) تابش می کند. بر اساس قانون لومینانس در هر جسم فلورسنت همواره طول موج نور فلورسنت ایجاد شده از طول موج پرتو های پر انرژی تحریک کننده بلند تر است یعنی انرژی کمتری دارد .پرتو افشانی فلورسانس تا بازگشت کامل تمام الکترونها به مدار های اولیه شان ادامه می یابد.
و اما،در فسفرسانس ماجرا به خاطر وجود یک تراز میانی اندکی پیچیده تر است.
این تراز که بین تراز انرژی پایه وبرانگیخته قرار دارد تراز انرژیی نیمه پایدارنامیده میشود ومانند یک دام یا تله برای الکترونها عمل می کند زیرا طبق قوانین حاکم بر گذارهای اتمی به خاطر شرایط خاص این تراز انتقال الکترون از آن به سایر تراز های ممنوع و احتمال آن بسیار کم است. بنابراین اگر الکترونی پس از برانگیختگی از ترازE2 در دام تراز نیمه پایدار بیفتد آنقدر آنجا می ماند تازمانی که طریق دیگری دوباره بر انگیخته شود وبه تراز انرژی E2 برگردد. این اتفاق می تواند تحت تاثیر جنبش های گرمایی اتمها با ملکول مجاور ویا بر انگیختگی نوری مثلا جذب نور مادون قرمز روی دهد .اما احتمال وقوع آن بسیار کم است وبه همین دلیل چنین الکترونهایی تا مدتها در تراز میانی می مانند که این مدت به ساختار اتمی ماده وشرایط محیطی بستگی دارد وهمین ،عامل تاخیر در باز تابش بخشی از انرژی در یافت شده است. شکل زیر بیانگر بهتری برای فسفرسانس است.مثال عینی از پدیده ی فسفر سانس ،کر مهای شب تاب می باشند.
از بین مواد فلورسانس می توان به روی سولفید اشاره نمود که در پوشش داخلی لامپهای مهتابی خانگی کاربرد دارد.
آلومینات استرانسیم از جدید ترین مواد فسفرسانس می باشد که در تهیه وسایل اسباب بازی کاربرد دارد.بعضی مواقع ممکن است شما موادی را ببینید که می درخشند ولی به انرژی احتیاجی ندارند !یکی از مثالها بر روی عقربه های ساعت های گران قیمت است .در آنها مادهی فسفرسانس را با یک عنصر رادیو اکتیو سبک مثل رادیوم مخلوط می کنند تا تشعشع دائمی این ماده رادیو اکتیو نقش نور شارژ کننده ماده فسفر سانس را بازی کند.
امروزه بسیاری از کارخانه ها با بهره گیری ازرنگهای مخلوط با مواد فسفرسانس که رنگهای شب تاب نیز نامیده می شوند،در محصولات خود با رقبای سنتی خود رقابت می کنند. برخی از کاربرد های ابتکاری که با استفاده از این رنگها انجام می شود به شرح زیر است:
1-چاپ سیلک روی پارچه و ...
2-پوشش مجسمه
3-ساخت اسباب بازی
4-به عنوان رنگ در تزریق پلاستیک
5-ساخت گل مصنوعی که در شب نور میدهند
6-علائم هشدار دهنده
7-رنگ آمیزی ساختمان
