פלואורסצנציה
פְלוּאוֹרֶסְצֶנְצְיָה (או פלואורסצנטיות; באנגלית: Fluorescence; בעברית גם: פְלוּאוֹרָנוּת, זְהִירָה) היא סוג של לומינסנצייה - פליטה ספונטנית של אור ממולקולה. כדי שתתרחש פלואורסצנציה, על המולקולה להיות במצב מעוֹרָר, כלומר עם עודף אנרגיה ביחס למצב יסוד. כמו כן על כללי המעבר הקוונטים בין המצב המעורר למצב היסוד לאפשר את המעבר. את הקרינה הפלואורסצנטית גילה החוקר סבסטיאן הנגיסט.
סדרת הצעדים שגורמת לזהירה פלואורסצנטית כוללת בדרך כלל קליטה ראשונית של אור, שגורמת לעירור המולקולה הפלואורסצנטית לרמת אנרגיה מעוררת. אנרגיית האור הנבלעת במולקולה גורמת, על פי עקרון פרנק קונדון לשינוי הארגון האלקטרוני של המולקולה ללא שינוי הארגון המרחבי של האטומים. בשלב הבא עוברים גם האטומים שינוי ארגון מרחבי. במהלך זה עוברת חלק מהאנרגיה פיזור על פני המולקולה בערור רמות רוטציה וויברציה משניות. הבליעה היא ממצב היסוד האלקטרוני (במולקולות אורגניות מצב זה הוא סינגלט S0) לרמות ויברציה ורוטציה מעוררות של המצב המעורר (במולקולות אורגניות S1) ואילו הפליטה היא ממצב היסוד הוויברטורי הנמוך של המולקולה המעוררת לרמות ויברציה גבוהות של המצב האלקטרוני היסודי. לכל מולקולה ניתן לבנות דיאגרמת יבלונסקי המתארת את רמות האנרגיה של המולקולה ואת המעברים הקרינתיים והלא-קרינתיים ביניהן כמודגם באיור.
המולקולה, לכן, פולטת באופן ספונטני אנרגיה ברמה נמוכה מזו שנדרשה לעירורה. הפרש האנרגיה בין הפוטון המעורר לפוטון נפלט נקרא היסט סטוקס (Stokes shift) והוא משותף לפלואורסצנציה ולפיזור ראמאן.
בשימוש יום יומי ניתן למצוא חומרים שזוהרים בכתום ובירוק לאחר שקלטו קרינה אולטרה סגולה או קרינה באזור הכחול של ספקטרום האור הנראה.
היסטוריה
עדות ראשונה לתופעת הפלואורסצנציה תוארה ב-1560 על ידי ברנרדינו דה סאגון בקודקס הפלורנטיני וב-1565 על ידי ניקולס מונדרס בהקשר לתרופה ששימשה כחומר משתן והופקה מעץ שכונה "עץ הכליות". התרופה נודעה בתכונתה לשנות את הצבע של המים בהתאם לאור ולזווית פגיעתו.
בשנת 1822 תיאר רנה ז'יסט אאיאי את התופעה בפלואוריט, ב-1833 תיאר סר דייוויד ברוסטר את הפלואורסצנציה בכלורופיל וב-1845 עשה זאת סר ג'ון הרשל לגבי כינין.
במאמרו על "Refrangibility" (שינוי אורך הגל) של האור, תיאר ג'ורג' גבריאל סטוקס את היכולת של וזכוכית אורניום לשנות אור בלתי נראה מעבר סוף סגול של הספקטרום הנראה לאור כחול. הוא כינה תופעה זו הקרינה: "אני כמעט נוטה מטבע מילה, וקוראים את הקרינה מראה, מן פלואור spar [כלומר, פלואוריט], כמו השמנת טווח אנלוגי נגזר שם של מינרל." השם נגזר פלואוריט מינרלי (סידן דיפלואוריד), כמה דוגמאות של אשר מכילים עקבות של אירופיום divalent, אשר משמש activator פלואורסצנטי לפלוט אור כחול. בניסוי מפתח הוא השתמש במנסרה כדי לבודד קרינה אולטרה סגולה מאור השמש והבחין באור כחול הנפל על ידי פתרון אתנול של כינין שנחשף על ידי זה.
תהליכים קשורים
פרט לפלואורסצנציה, ייתכנו מנגנוני שיכוך אחרים למצב המעורר. מנגנונים אלו מורידים את ניצולת הפלואורסצנציה (היחס בין מספר הפוטונים שנבלעו לאלו שנפלטו בפלואורסצנציה) ומקצרים את זמן החיים של המולקולה המעוררת:
- המרה פנימית (Internal convertion): המולקולה במצב המעורר עוברת מינהור (tunneling) מרמה ויברציונית יסודית של S1 לרמה ויברציונית מעוררת של S0. ככל שלמולקולה יותר דרגות חופש ויברטוריות המעבר הזה סביר יותר ולכן במולקולות מישוריות קשיחות (מרווחים גדולים בין רמות ויברציה) שם המעבר הזה פחות סביר, יעילות הפלואורסצנציה גבוהה יותר. ככל שהממס בו נמצאת המולקולה צמיג יותר יורדת הסתברות ההמרה הפנימית ועולה יעילות הפלואורסצנציה.
- חצייה בין-מערכתית (Intersystem crossing): מעבר אל-קרינתי מהסינגלט המעורר לרמה טריפלטית (מצב בו הספין של האלקטרון ברמה המעוררת מקביל לזה שברמת היסוד). המצב הטריפלטי נמוך באנרגיה מהמצב הסינגלטי המעורר. מעבר קרינתי מרמה טריפלטית לרמת היסוד יהיה, לכן באורך גל ארוך יותר מהפלואורסצנציה וכיוון שהמעבר "אסור" זמן החיים ברמה הטריפלטית ארוך יותר והקרינה הנפלטת נקראת פוספורסצנציה (זַרְחוֹרָנוּת, פוֹסְפוֹרֶסֶנְטִיּוּת). המעבר למצב טריפלטי יעיל יותר במערכות מצומדות בהן המטען האלקטרוני מחולק באופן הומוגני על פני הכרומופור. כלומר כאשר אלקטרוני ה-π יכולים לנוע ב"לולאה" בין קבוצות הקצה במערכת המצומדת (הכרומופור). לצבעי רודאמין, למשל, יש יעילות פלואורסצנציה גבוהה בשל המצאות אטום חמצן במרכז הכרומופור - כדי ליצור "לולאה" יש צורך בצורה רזונטיבית בה מטען חיובי נמצא על אטום החמצן הזה.
בנוסף לתהליך האינטרא-מולקולרי, עבור מולקולה הנמצאת באינטראקציה עם הסביבה עשויים להיות תהליכים מתחרים אשר דרכם עשוי הפרש האנרגיה בין המצב המעורר למצב היסוד להתפזר. מולקולה עשויה לשחרר אנרגיית חום ברעידות (העברת אנרגיית ויברציות ורוטציות לסביבה). כתוצאה מתהליכים אלה יורדת רמת האנרגיה של המולקולה, פלואורסצנציה ליניארית מתאפיינת בכך שהאור הנפלט הוא בעל תדירות נמוכה יותר ואורך גל ארוך יותר מהאור שנקלט על ידי המולקולה. פלואורסצנציה הנובעת מבליעה דו-פוטונית מתאפיינת בכך שהאור הנפלט הוא בעל אורך גל קצר יותר מהאור שנקלט על ידי המולקולה.
ראו גם
קישורים חיצוניים
| מיזמי קרן ויקימדיה |
|---|
 ערך מילוני בוויקימילון: פלואורסצנציה |
| ערך מילוני בוויקימילון: זהירה |
| ערך מילוני בוויקימילון: פלואורנות |
- ארז גרטי, מהי פלורסנציה?, במדור "מאגר המדע" באתר של מכון דוידסון לחינוך מדעי, 2 ביולי 2011
- מאיר ברק, מהם מקלות תאורה כימיים וכיצד נוצר האור?, במדור "שאל את המומחה" באתר של מכון דוידסון לחינוך מדעי, 1 בספטמבר 2009
