¿Qué es la fotoluminiscencia?
¿Alguna vez has jugado con una barra luminosa y te has preguntado cómo funciona? Este palo mágico es solo una pieza de plástico normal, de colores brillantes. Luego, lo doblas, escuchas un chasquido y, de repente, ¡brilla intensamente!
Las barras luminosas funcionan con fluorescencia. El chasquido que escucha está rompiendo una cámara interior, permitiendo que dos químicos se mezclen. La reacción química que se produce crea un material fluorescente, de ahí la barra incandescente.
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La fluorescencia es un tipo de fotoluminiscencia , que es cualquier emisión de luz que se produce cuando los electrones excitados absorben y luego emiten luz. Esto incluye fluorescencia y fosforescencia.
Fluorescencia
La fluorescencia se produce cuando los electrones pasan de su estado fundamental a un estado excitado. Estos electrones mantienen el mismo giro que en el estado fundamental, pero cuando regresan al estado fundamental, emiten energía. Esta energía tiene una longitud de onda más larga que la energía absorbida originalmente. Si esta longitud de onda más larga está dentro del espectro visible, entonces podemos ver una luz brillante.
Recuerde que los electrones llenan los orbitales alrededor de la molécula (como los orbitales s, p, d y f). Primero llenarán los orbitales de energía más baja y luego se moverán desde allí. Pero los electrones excitados saltarán por un orbital, incluso si el que está debajo no está lleno.
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Fosforescencia
La fosforescencia es muy similar a la fluorescencia, excepto que cuando el electrón pasa al estado excitado, el espín cambia.
Los electrones giran en una dirección específica basada en el momento magnético. Pero cuando un compuesto muestra fosforescencia, ese electrón ha recibido suficiente energía adicional para cambiar la dirección de este giro. Este cambio de espín hace que la emisión dure más porque el electrón tarda más en liberar toda la energía.
Imagina que tienes un balde. Si solo llenara ese cubo hasta la mitad con agua, aún salpicaría cuando lo vertiera. Pero si llenaste el balde con agua hasta el fondo, también salpicó, pero tomará más tiempo verterlo por completo. De la misma manera, los electrones están llenos de energía, si están llenos de más energía (como con la fosforescencia), entonces les toma más tiempo «vaciar» este exceso de energía.
Las señales de salida de emergencia usan fosforescencia. En algunos casos, la fosforescencia puede mantener un resplandor durante horas después de que se haya producido la emisión. Esta longitud es la principal diferencia entre fosforescencia y fluorescencia …
Mediciones
La fluorescencia y la fosforescencia se miden usando espectrometría. Esto significa que las ondas de luz creadas por fluorescencia y fosforescencia se miden utilizando las longitudes de onda de la luz creada. Podemos convertir la absorción de estas ondas usando la Ley de Beer-Lambert:
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Dónde:
I 0 es la intensidad de la luz de partida (luz de comparación)
I es la intensidad de la luz transmitida
E es el coeficiente de extinción molecular – una constante para cada material
c es la concentración del material fluorescente o fosforescente en moles gramo / L
l es la trayectoria de muestra, o qué tan lejos viaja la luz a través de la muestra
La primera mitad de la ecuación (Log 10 de I 0 dividido por I ) es la absorbancia. Entonces, la absorbancia de las ondas es igual a la constante de este material multiplicada por la concentración del compuesto multiplicada por la longitud de la trayectoria de la muestra. Entonces podemos resolver la concentración:
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Esto nos permite medir la concentración de fluorescencia o fosforescencia en un material.
Resumen de la lección
La fotoluminiscencia es cualquier emisión de luz debida a electrones excitados. Esto incluye la fluorescencia , donde los electrones excitados mantienen el mismo giro y las emisiones de luz duran muy poco tiempo. También incluye la fosforescencia , donde los electrones cambian su espín y, por lo tanto, las emisiones duran más tiempo (desde milisegundos o hasta horas).
La fluorescencia y la fosforescencia se miden utilizando un espectrómetro, donde se mide la absorción de las ondas de luz. Esto se puede traducir en concentración usando la Ley de Beer-Lambert:
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