فلورسانس

کانی‌های فلوئرسنت (فلوئرِست) هنگامی که در معرض نور فرابنفش قرار بگیرند، از خودشان نور مرئی تابش می‌کنند.

شب‌تابی یا فِلورسانس (به انگلیسی: Fluorescence) یکی از انواع تابناکی است. فرهنگستان زبان فارسی برای این مفهوم، فلوئورخشندگی را پیشنهاد کرده‌است. شب‌تابی در سامانه‌های شیمیایی گازی، مایع یا جامد رخ می‌دهد.

شب‌تابی در اثر جذب فوتون در حالت پایه و رسیدن به حالت برانگیخته پدید می‌آید. برخلاف فسفرسانس، در این حالت، اسپین الکترون همچنان با الکترون حالت پایه، جفت شده‌است. زمانی که مولکول برانگیخته، به حالت پایه بازگردد، تابش فوتون‌هایی با انرژی کمتر و طول موج بلندتر را به همراه دارد.

اصطلاح فلورسانس از فلئوریت می‌آید که ماده معدنی متشکل از نمک فلوراید کلسیم (CaF 2) و یک ماده فلورسنت شناخته شده‌است.

پدیده فلورسانس

پدیده فلورسانس، به یک نوع تابناکی (لومینسانس) اشاره دارد. به طور کلی تابناکی، انتشار نور از یک مولکول است. فلورسانس و فسفرسانس، توانایی یک ماده در جذب نور و انتشار نور با طول موج بلندتر و در نتیجه انرژی کمتر است. در هر دو پدیده، ماده پس از قرار گرفتن در مقابل نور (عمدتا فرابنفش) تحریک شده، این انرژی را در خود ذخیره می‌کند و سپس آن انرژی را به صورت طیفی از امواج مرئی در طول مدت زمانی منتشر می‌کند. تفاوت بین فلورسانس و فسفرسانس در تداوم تابش آن‌ها است. اگر زمان حالت برانگیخته کمتر از ^۸-۱۰ ثانیه باشد، این پدیده فلورسانس و اگر این زمان بیشتر از ^۸-۱۰ ثانیه باشد، آن را فسفرسانس می‌نامند.

اساس پدیده فلورسانس

اساس فلورسانس

پس از آنکه الکترون با جذب فوتون پرانرژی (نور با طول موج کوتاه) از تراز پایه به تراز برانگیخته می‌رود، تمایل دارد که با تابش فوتون انرژی خود را از دست بدهد و به تراز پایه برگردد. در اینجا ممکن است که الکترون یک‌راست به تراز پایه برنگردد؛ بلکه ابتدا به ترازهای برانگیخته پایین‌تر رفته و سپس به تراز پایه برسد که در این حالت الکترون، فوتون‌هایی با انرژی کمتر (یعنی طول موج بلندتر) از خود تابش می‌کند که ممکن است برای چشم انسان قابل دیدن باشد. یعنی نور با طول موج معین جذب می‌کنند اما نور با طول موج متفاوت از خود گسیل می‌دهند.

فلورسانس در سیستم‌های شیمیایی گازی، مایع یا جامد بوقوع می‌پیوندد. فلورسانس در اثر جذب فوتون در حالت پایه و رسیدن به حالت برانگیخته به‌وجود می‌آید. برخلاف فسفرسانس، در این حالت، اسپین الکترون همچنان با الکترون حالت پایه، جفت شده است. زمانی که مولکول برانگیخته، به حالت پایه بازگردد، تابش فوتون‌هایی با انرژی کمتر و طول موج بلندتر را به همراه دارد.

کاربرد فلورسانس

این خاصیت در کانی‌شناسی، گوهرشناسی، پزشکی، و لامپ فلورسنت به کار می‌رود.

فلوریمتر

چیدمان دستگاه های فلوریمتر

فلوریمتر یک ابزار علمی است که برای اندازه‌گیری فلورسانس استفاده می‌شود، که عبارت است از تابش نور توسط ماده‌ای که نور با طول موج متفاوت را جذب کرده است.

فلوریمترها در کاربردهای مختلفی استفاده می شوند، از جمله:

• زیست شناسی: برای اندازه گیری غلظت پروتئین ها، DNA، و سایر مولکول های زیستی.

• علوم محیطی: برای اندازه گیری غلظت آلاینده ها در آب و خاک.

• دارو: برای تشخیص بیماری ها و نظارت بر اثربخشی درمان ها.

نمونه ای از دستگاه های فلوریمتر

• صنعت: برای نظارت بر کیفیت محصولات و تشخیص عیوب.

در کل دستگاه های فلوریمتر به دو نوع اصلی تقسیم می شوند: فلوریمترهای فیلتری (فیلتر فلوریمترها) و اسپکتروفلوریمترها.

• فیلتر فلوریمترها از فیلترهای مختلف برای انتخاب طول موج های خاص نور استفاده می کنند. آنها نسبت به اسپکتروفلوریمترها ارزانتر هستند، اما بخشی از قابلیت ها و کاربردهای آن ها را ارائه نمی کنند.

• اسپکتروفلوریمترها می توانند کل طیف انتشار یک نمونه را اندازه گیری کنند. آنها گرانتر از فیلتر فلوریمترها هستند، اما دستگاه هایی همه کاره محسوب می شوند.

میکروفلوریمتر

نمونه ای از دستگاه های میکروفلوریمتر

میکروفلوریمتر یک ابزار علمی است که میکروسکوپ را با اسپکتروفتومتر فلورسانس ترکیب می کند. این دستگاه برای اندازه گیری طیف فلورسانس نمونه های میکروسکوپی یا مناطق میکروسکوپی اجسام بزرگ طراحی شده است.

فلورسانس خاصیت برخی از مولکول ها است که نور با طول موج خاصی را جذب می کند و سپس نوری با طول موج بلندتر ساطع می کند. این نور ساطع شده همان چیزی است که مولکول را فلورسانس می کند. میکروفلوریمتر از این ویژگی برای مطالعه خواص بیوشیمیایی و بیوفیزیکی سلول ها استفاده می کنند. در این فرآیند با استفاده از میکروسکوپ از اجزای سلولی برچسب گذاری شده توسط مولکول های فلورسنت تصویربرداری می کنند.

دو نوع اصلی از میکروفلوریمترها وجود دارد:

• میکروفلوریمترهای کاملاً یکپارچه: سیستم های هدفمندی هستند که به طور ویژه برای میکروطیف سنجی فلورسانس بهینه شده اند.

• دستگاه های طیف سنج فلورسانس: این دستگاه ها برای اتصال به یک درگاه (پورت) باز از میکروسکوپ های نوری طراحی شده اند.

میکروفلوریمترها همچنین می توانند برای اندازه گیری طیف عبور و بازتاب مناطق مختلف نمونه های میکروسکوپی پیکربندی شوند. این دستگاه ها با نرم افزارهای مخصوص قابلیت رنگ سنجی نیز پیدا می کنند.

لامپ‌های فلورسنت

• نوری که از لامپ‌های مهتابی (فلورسنت) و لامپ‌های کم‌مصرف منتشر می‌شود، از اثر فِلوئورِسانسی است. این لامپ‌ها، لوله‌هایی توخالی هستند که با گاز با فشار بسیار کم پر شده‌اند. هنگامی‌ که برق از میان این گاز می‌گذرد، تابش نامریی فرابنفش گسیل می‌کند. درون لوله لامپ با پودر فسفر پوشیده شده‌است، که این تابش را جذب و نور سفید می‌تاباند.

عقربه‌های ساعت شب نما در تاریکی می‌درخشند. این پدیده را فسفرتابی می‌نامند، زیرا تابش آن بر اثر انرژی نورانی‌ای است که عقربه‌ها در طول روز گرفته‌اند.

• بسیاری از پودرهای دستگاه رختشویی، ترکیبات شیمیایی فلوئورسان دارند که به آن‌ها درخشان‌کننده نوری می‌گویند. هنگامی که لباس برای خشک شدن آویزان می‌شود، این درخشان‌کننده‌های نوری، نور فرابنفشِ نامرییِ خورشید را جذب می‌کنند و نور آبی سفید مرئی می‌تابانند.

موج بازگشتی از پدیدهٔ شب‌تابی در مقایسه با فُسفُرتابی، انرژی بیشتر و در نتیجه طول موج کمتر دارد.

جستارهای وابسته

• پادتن فلورسانت

منابع

دانشنامه کودکان و نوجوانان آکسفورد، چاپ ششم. تهران،: نشر نی، ۱۳۸۸. شابک ‎۹۶۴−۳۱۲−۳۱۲-X (ج. ۲)