એવા કેટલાક શબ્દો છે જે સામાન્ય રોજિંદા ભાષામાં મૂંઝવણ પેદા કરે છે. આ શરતો પૈકી અમારી પાસે છે luminescence, fluorescence અને phosphorescence. શું તેઓ સમાન શરતો છે? તે કેવી રીતે અલગ છે અને દરેકનો સંદર્ભ શું છે?
અમે આ લેખમાં આ બધું જોવા જઈ રહ્યા છીએ, તેથી તેને ચૂકશો નહીં.
લ્યુમિનેસેન્સ શું છે
લ્યુમિનેસેન્સ શબ્દ મૂળભૂત રીતે પ્રકાશના ઉત્સર્જનનો સંદર્ભ આપે છે. આપણા પર્યાવરણમાં, મોટાભાગની વસ્તુઓ તેઓ સૂર્યમાંથી મેળવેલી ઊર્જાને કારણે પ્રકાશ ફેંકે છે, જે તે આપણને દૃશ્યમાન સૌથી તેજસ્વી એન્ટિટી છે. ચંદ્રથી વિપરીત, જે પ્રકાશ ફેંકતો દેખાય છે, તે ખરેખર સૂર્યપ્રકાશને પ્રતિબિંબિત કરે છે, જે પ્રચંડ પથ્થરના અરીસાની જેમ કાર્ય કરે છે.
મૂળભૂત રીતે, લ્યુમિનેસેન્સના ત્રણ મુખ્ય પ્રકારો છે: ફ્લોરોસેન્સ, ફોસ્ફોરેસેન્સ અને કેમિલ્યુમિનેસેન્સ. તેમાંથી, ફ્લોરોસેન્સ અને ફોસ્ફોરેસેન્સને ફોટોલ્યુમિનેસેન્સના સ્વરૂપો તરીકે વર્ગીકૃત કરવામાં આવે છે. ફોટોલ્યુમિનેસેન્સ અને કેમિલ્યુમિનેસેન્સ વચ્ચેનો તફાવત લ્યુમિનેસેન્સના સક્રિયકરણની પદ્ધતિમાં રહેલો છે; ફોટોલ્યુમિનેસેન્સમાં, પ્રકાશ ટ્રિગર તરીકે કામ કરે છે, જ્યારે કેમિલ્યુમિનેસેન્સમાં, રાસાયણિક પ્રતિક્રિયા પ્રકાશના ઉત્સર્જનની શરૂઆત કરે છે.
ફ્લોરોસેન્સ અને ફોસ્ફોરેસેન્સ બંને, જે ફોટોલ્યુમિનેસેન્સના સ્વરૂપો છે, તે પદાર્થની પ્રકાશને શોષવાની ક્ષમતા પર આધાર રાખે છે અને ત્યારબાદ તેને લાંબા તરંગલંબાઇ પર ઉત્સર્જન કરે છે, જે ઊર્જામાં ઘટાડો દર્શાવે છે. જો કે, આ પ્રક્રિયાની અવધિ નોંધપાત્ર રીતે અલગ છે. ફ્લોરોસન્ટ પ્રતિક્રિયાઓમાં, પ્રકાશ ઉત્સર્જન તરત જ થાય છે અને તે માત્ર ત્યારે જ અવલોકનક્ષમ છે જ્યારે પ્રકાશ સ્ત્રોત સક્રિય રહે છે (જેમ કે અલ્ટ્રાવાયોલેટ લાઇટ).
તેનાથી વિપરીત, ફોસ્ફોરેસન્ટ પ્રતિક્રિયાઓ સામગ્રીને શોષિત ઉર્જા જાળવી રાખવા દે છે, જેનાથી તે પછીથી પ્રકાશ ઉત્સર્જિત કરે છે, પરિણામે પ્રકાશનો સ્ત્રોત ઓલવાઈ ગયા પછી પણ ચાલુ રહે છે. તેથી, જો લ્યુમિનેસેન્સ તરત જ અદૃશ્ય થઈ જાય, તો તેને ફ્લોરોસેન્સ તરીકે વર્ગીકૃત કરવામાં આવે છે; જો તે ચાલુ રહે, તો તેને ફોસ્ફોરેસેન્સ તરીકે ઓળખવામાં આવે છે; અને જો તેને સક્રિય કરવા માટે રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાની જરૂર હોય, તો તેને કેમિલ્યુમિનેસેન્સ કહેવામાં આવે છે.
ઉદાહરણ તરીકે, કોઈ એક નાઈટક્લબની કલ્પના કરી શકે છે જ્યાં ફેબ્રિક અને દાંત કાળા પ્રકાશ (ફ્લોરોસેન્સ) હેઠળ તેજસ્વી ચમક બહાર કાઢે છે, કટોકટી બહાર નીકળવાની નિશાની પ્રકાશ (ફોસ્ફોરેસેન્સ) ફેલાવે છે, અને ગ્લો સ્ટીક્સ પણ રોશની (કેમિલ્યુમિનેસેન્સ) ઉત્પન્ન કરે છે.
ફ્લોરોસેન્સ
જે સામગ્રી તરત જ પ્રકાશ ફેંકે છે તેને ફ્લોરોસન્ટ કહેવામાં આવે છે. આ સામગ્રીઓમાં, અણુઓ ઊર્જાને શોષી લે છે, જેના કારણે તેઓ "ઉત્તેજિત" સ્થિતિમાં પ્રવેશે છે. સેકન્ડના લગભગ એક લાખમાં ભાગ (10-9 થી 10-6 સેકન્ડ સુધી) માં તેમની સામાન્ય સ્થિતિમાં પાછા ફરતા, તેઓ ફોટોન તરીકે ઓળખાતા પ્રકાશના નાના કણોના સ્વરૂપમાં આ ઊર્જા છોડે છે.
ઔપચારિક રીતે કહીએ તો, ફ્લોરોસેન્સ એ રેડિયેટિવ પ્રક્રિયા છે જેમાં ઉત્તેજિત ઇલેક્ટ્રોન સૌથી ઓછી ઉત્તેજિત સ્થિતિ (S1) થી ગ્રાઉન્ડ સ્ટેટ (S0) પર જાય છે. આ સંક્રમણ દરમિયાન, ઈલેક્ટ્રોન તેની ઉર્જાનો એક ભાગ કંપનશીલ આરામ દ્વારા વિખેરી નાખે છે, પરિણામે ઉત્સર્જિત ફોટોન ઓછી ઉર્જા ધરાવે છે અને પરિણામે, લાંબી તરંગલંબાઈ ધરાવે છે.
ફોસ્ફોરેસેન્સ
ફ્લોરોસેન્સ અને ફોસ્ફોરેસેન્સ વચ્ચેના તફાવતને સમજવા માટે, ઇલેક્ટ્રોન સ્પિનની વિભાવનાને સંક્ષિપ્તમાં અન્વેષણ કરવું જરૂરી છે. સ્પિન એ ઇલેક્ટ્રોનનું મૂળભૂત લક્ષણ રજૂ કરે છે, જે કોણીય ગતિના પ્રકાર તરીકે કામ કરે છે જે ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ક્ષેત્રની અંદર તેના વર્તનને પ્રભાવિત કરે છે. આ મિલકત માત્ર ½ નું મૂલ્ય લઈ શકે છે અને તે ઉપર અથવા નીચે દિશા દર્શાવી શકે છે. પરિણામે, ઇલેક્ટ્રોનનું સ્પિન +½ અથવા -½ તરીકે સૂચવવામાં આવે છે, અથવા વૈકલ્પિક રીતે ↑ અથવા ↓ તરીકે દર્શાવવામાં આવે છે. અણુના સમાન ભ્રમણકક્ષાની અંદર, જ્યારે તેઓ સિંગલ ગ્રાઉન્ડ સ્ટેટ (S0) માં હોય ત્યારે ઇલેક્ટ્રોન સતત એન્ટિસમાંતર સ્પિન પ્રદર્શિત કરે છે. ઉત્તેજિત સ્થિતિમાં પ્રમોટ થવા પર, ઇલેક્ટ્રોન તેના સ્પિન ઓરિએન્ટેશનને જાળવી રાખે છે, પરિણામે સિંગલ એક્સાઇટેડ સ્ટેટ (S1) ની રચના થાય છે, જ્યાં બંને સ્પિન ઓરિએન્ટેશન એન્ટિસમાંતર રૂપરેખાંકનમાં જોડી રાખે છે. એ નોંધવું અગત્યનું છે કે ફ્લોરોસેન્સ સાથે સંકળાયેલ તમામ છૂટછાટ પ્રક્રિયાઓ સ્પિન-તટસ્થ છે, તે સુનિશ્ચિત કરે છે કે ઇલેક્ટ્રોન સ્પિન ઓરિએન્ટેશન દરેક સમયે સુરક્ષિત છે.
ફોસ્ફોરેસેન્સના કિસ્સામાં, પ્રક્રિયા નોંધપાત્ર રીતે અલગ છે. ઝડપી સંક્રમણો (10^-11 થી 10^-6 સેકન્ડ સુધીની) સિસ્ટમો વચ્ચે થાય છે જે સિંગલ એક્સાઇટેડ સ્ટેટ (S1) થી ટ્રિપલેટ એક્સાઇટેડ સ્ટેટ (T1) સુધી જાય છે જે ઊર્જાસભર રીતે વધુ અનુકૂળ હોય છે. આ સંક્રમણ ઈલેક્ટ્રોન સ્પિનના રિવર્સલમાં પરિણમે છે; પરિણામી અવસ્થાઓ બંને ઇલેક્ટ્રોનમાં સમાંતર સ્પિન દ્વારા વર્ગીકૃત કરવામાં આવે છે અને મેટાસ્ટેબલ તરીકે વર્ગીકૃત કરવામાં આવે છે. આ કિસ્સામાં, છૂટછાટ ફોસ્ફોરેસેન્સ દ્વારા થાય છે, જે ઇલેક્ટ્રોન સ્પિનના અન્ય રિવર્સલ અને ફોટોનના અનુગામી ઉત્સર્જન તરફ દોરી જાય છે.
લાંબા વિલંબ પછી (0^-10 થી 3 સેકન્ડથી વધુ) પછી રિલેક્સ્ડ સિંગલ સ્ટેટ (S100) પર પાછા સંક્રમણ થઈ શકે છે. આ છૂટછાટની પ્રક્રિયા દરમિયાન, બિન-રેડિએટીવ મિકેનિઝમ્સ ફ્લોરોસેન્સની તુલનામાં ફોસ્ફોરેસન્ટ છૂટછાટમાં વધુ ઊર્જા વાપરે છે, પરિણામે શોષિત અને ઉત્સર્જિત ફોટોન વચ્ચેનો મોટો ઉર્જા તફાવત અને પરિણામે તરંગમાં મોટો ફેરફાર થાય છે.
ઉત્તેજના અને ઉત્સર્જન સ્પેક્ટ્રા
લ્યુમિનેસેન્સ ત્યારે થાય છે જ્યારે પદાર્થના ઇલેક્ટ્રોન ફોટોનને શોષીને ઉત્તેજિત થાય છે, ત્યારબાદ તે ઊર્જાને રેડિયેશનના સ્વરૂપમાં મુક્ત કરે છે. અમુક કિસ્સાઓમાં, ઉત્સર્જિત કિરણોત્સર્ગમાં ફોટોન હોઈ શકે છે જે શોષાય છે તેટલી જ ઊર્જા અને તરંગલંબાઇ ધરાવે છે; આ ઘટના રેઝોનન્સ ફ્લોરોસેન્સ તરીકે ઓળખાય છે. વધુ વખત, ઉત્સર્જિત કિરણોત્સર્ગમાં લાંબી તરંગલંબાઇ હોય છે, જે શોષિત ફોટોનની સરખામણીમાં ઓછી ઉર્જા દર્શાવે છે.
લાંબી તરંગલંબાઇમાં આ સંક્રમણને સ્ટોક્સ શિફ્ટ તરીકે ઓળખવામાં આવે છે. જ્યારે ઇલેક્ટ્રોન ટૂંકા, અદ્રશ્ય કિરણોત્સર્ગ દ્વારા ઉત્તેજિત થાય છે, ત્યારે તેઓ ઉચ્ચ ઉર્જા અવસ્થાઓ પર ચઢે છે. તેમની મૂળ સ્થિતિમાં પાછા ફરવા પર, તેઓ સમાન તરંગલંબાઇ સાથે દૃશ્યમાન પ્રકાશનું ઉત્સર્જન કરે છે, જે રેઝોનન્સ ફ્લોરોસેન્સનું ઉદાહરણ આપે છે. જો કે, આ ઉત્તેજિત ઈલેક્ટ્રોન મધ્યવર્તી ઉર્જા સ્તર પર પણ પાછા આવી શકે છે, જેના પરિણામે તેજસ્વી ફોટોનનું ઉત્સર્જન થાય છે જે પ્રારંભિક ઉત્તેજના કરતા ઓછી ઉર્જા ધરાવે છે. આ પ્રક્રિયા, જ્યારે અલ્ટ્રાવાયોલેટ પ્રકાશ દ્વારા પ્રેરિત થાય છે, ત્યારે તે સામાન્ય રીતે દૃશ્યમાન સ્પેક્ટ્રમની અંદર ફ્લોરોસેન્સ તરીકે પ્રગટ થાય છે. ફોસ્ફોરેસન્ટ સામગ્રીના કિસ્સામાં, ઉચ્ચ ઉર્જા સ્તરોમાં ઈલેક્ટ્રોનના ઉત્તેજના અને જમીનની સ્થિતિમાં તેમના પાછા ફરવા વચ્ચે વિલંબ થાય છે.
ચોક્કસ પદાર્થ તમામ તરંગલંબાઇને પ્રતિસાદ આપતો નથી. જો કે, ઉત્તેજના તરંગલંબાઇ અને પરિણામી ઉત્સર્જનના કંપનવિસ્તાર વચ્ચે સામાન્ય રીતે સંબંધ હોય છે. આ સંબંધ ઉત્તેજના સ્પેક્ટ્રમ તરીકે ઓળખાય છે. તેવી જ રીતે, ઉત્સર્જિત કિરણોત્સર્ગના કંપનવિસ્તાર અને તરંગલંબાઇ વચ્ચે સહસંબંધ જોઈ શકાય છે, જેને ઉત્સર્જન સ્પેક્ટ્રમ તરીકે ઓળખવામાં આવે છે.
એ નોંધવું અગત્યનું છે કે ઉત્સર્જન તરંગલંબાઇ ઉત્તેજના તરંગલંબાઇ પર આધારિત નથી, સિવાય કે પદાર્થોમાં બહુવિધ લ્યુમિનેસેન્સ મિકેનિઝમ હોય. પરિણામે, ખનિજો ચોક્કસ તરંગલંબાઇ પર અલ્ટ્રાવાયોલેટ પ્રકાશને શોષવાની વિવિધ ક્ષમતાઓ દર્શાવે છે; કેટલાક લઘુ-તરંગલંબાઇ અલ્ટ્રાવાયોલેટ પ્રકાશ હેઠળ ફ્લોરોસેસ થાય છે, જ્યારે અન્ય લાંબા તરંગલંબાઇ હેઠળ ફ્લોરોસેસ થાય છે, અને કેટલાક અસ્પષ્ટ ફ્લોરોસેન્સ દર્શાવે છે. ઉત્સર્જિત પ્રકાશનો રંગ ઘણીવાર વિવિધ ઉત્તેજના તરંગલંબાઇ સાથે નોંધપાત્ર રીતે બદલાય છે.
આ ઘટનાની ઘટના માત્ર અલ્ટ્રાવાયોલેટ કિરણોત્સર્ગના ઉપયોગ સુધી મર્યાદિત નથી; તેના બદલે, યોગ્ય ઉર્જા ધરાવતા કોઈપણ રેડિયેશન દ્વારા ઉત્તેજના પ્રાપ્ત કરી શકાય છે. ઉદાહરણ તરીકે, એક્સ-રે વિવિધ પદાર્થોમાં ફ્લોરોસેન્સ પ્રેરિત કરવામાં સક્ષમ છે, જેમાંથી ઘણા વિવિધ પ્રકારના રેડિયેશનને પણ પ્રતિભાવ આપે છે. મેગ્નેશિયમ ટંગસ્ટેટ, ઉદાહરણ તરીકે, 300 એનએમથી ઓછી તરંગલંબાઇ સાથે લગભગ તમામ કિરણોત્સર્ગ પ્રત્યે સંવેદનશીલતા દર્શાવે છે, જે અલ્ટ્રાવાયોલેટ અને એક્સ-રે સ્પેક્ટ્રમ બંનેમાં ફેલાયેલો છે, વધુમાં, ટેલિવિઝન ટ્યુબમાં વપરાતા મેચો દ્વારા ઉદાહરણ તરીકે, અમુક સામગ્રીઓ ઇલેક્ટ્રોન દ્વારા સરળતાથી ઉત્તેજિત થઈ શકે છે.
હું આશા રાખું છું કે આ માહિતી દ્વારા તમે ફ્લોરોસેન્સ, ફોસ્ફોરેસેન્સ અને લ્યુમિનેસેન્સ વચ્ચેના તફાવતો વિશે વધુ જાણી શકશો.