Fluorescenza: cos'è e come funziona

La fluorescenza è il fenomeno per cui alcuni prodotti o sostanze emettono energia sotto forma di luce quando vengono irradiati con luce ultravioletta. La fluorescenza non deve essere confusa con la fosforescenza. Nella fosforescenza, le particelle immagazzinano l'energia per poi irradiarla al termine dell'irradiazione con luce ultravioletta.

Per comprendere realmente il processo di fluorescenza, è necessario ricordare il modello degli orbitali atomici e degli orbitali molecolari. Secondo il principio di indeterminazione, un elettrone può trovarsi in un certo intervallo di livelli energetici, in un livello inferiore o superiore. Esistono orbitali a bassa energia e orbitali ad alta energia. Gli elettroni preferiscono di default occupare orbitali a bassa energia, ma possono occupare transitoriamente livelli energetici superiori.

Questi salti orbitali si ottengono in alcune sostanze irradiandole con energia. Questi salti sono noti come transizioni elettroniche. Ogni tipo di atomo ha linee di assorbimento e linee di emissione molto caratteristiche.

Applicazioni in fluorescenza

Il fenomeno della fluorescenza ha molte applicazioni:

  • In IlluminazioneTubo fluorescente: il funzionamento del tubo fluorescente, così onnipresente nelle case e negli uffici, dipende dalla fluorescenza. All'interno del tubo di vetro c'è un vuoto parziale e una piccola quantità di mercurio. Una scarica elettrica nel tubo fa sì che gli atomi di mercurio emettano luce. La luce emessa è nella gamma degli ultravioletti (UV) ed è quindi invisibile ai nostri occhi; ma il tubo è rivestito da uno strato di un materiale fluorescente chiamato fosforo, che assorbe la luce ultravioletta e la riemette nello spettro visibile.
  • Chimica analitica per le tecniche di laboratorio per il rilevamento
  • Biochimica e medicinaLe biomolecole possono essere marcate con un gruppo chimico fluorescente (fluorocromo) mediante una semplice reazione chimica, consentendo una rilevazione sensibile e quantitativa della molecola.
  • Gemmologiamineralogia, mineralogia, geologia e scienze forensi
  • Un'altra applicazione di questo fenomeno è la differenziazione di banconote false La stampa avviene con inchiostro fluorescente, visibile alla luce ultravioletta.
  • Valutazione dell'acqua in fluorescenza in idrologia.

Materiali fluorescenti. Pietre e minerali fluorescenti

  • Un esempio di tali sostanze è il fluoresceina sodicaun composto appartenente alla famiglia delle xantine. Si può vedere nella sezione esperimenti, nell'esperimento "Fare acqua fluorescente", come diluito in acqua abbia un colore giallo. Quando si trova in soluzioni con pH superiore a 7 (ad esempio aggiungendo all'acqua qualche goccia di ammoniaca), diventa verde e la sua fluorescenza aumenta.

  • Pietre preziose: Se non sono troppo puri, presentano fluorite nella loro struttura cristallina.
    • Ambra: mostrano radiazioni di colore arancione quando ricevono luce ultravioletta a onde corte.
    • Diamanti e rubini Hope: presentano una radiazione rossa quando vengono irradiati con radiazioni ultraviolette a onde corte.
  • Minerali: In molti casi è dovuto alla presenza di fluorite o di un suo derivato. In questa immagine sono visibili alcuni minerali fluorescenti, i principali dei quali sono i seguenti:
  • Fluorite: è la base della maggior parte degli elementi fluorescenti, presenta diverse variazioni di colore nelle radiazioni, come il verde, il blu o il rosa.
  • Calcite: Proprietà simili a quelle della fluorite, da cui derivano le sue proprietà. Tende a emettere luce di colore rosa.
  • Uranio: questo minerale ha una radiazione verdastra dovuta al fatto che è un materiale radioattivo.
  • Materiali organici: La loro fluorescenza è dovuta principalmente ai composti minerali che li formano insieme alla materia organica. I principali esempi sono:
    • Fungo Mycena Lux-coeli. Si ritiene che abbiano acquisito questa proprietà per attirare gli insetti che effettuano la dispersione delle spore.
    • Clorofilla: la clorofilla presente nelle foglie delle piante prende l'energia del sole per effettuare la fotosintesi, e parte di questa energia deve essere dissipata per non danneggiare la foglia. Una parte viene dissipata sotto forma di calore e una parte sotto forma di fluorescenza. Di solito è di colore verde.

Fluorescenza su fluoresceina di sodio

La fluoresceina sodica è una delle sostanze, tra i prodotti chimici, che hanno la proprietà della fluorescenza e sono tra le più utilizzate, data la loro facilità di trasporto e la loro stabilità. La fluoresceina di sodio viene utilizzata sia in campo medico per la rilevazione oculare, sia in campo idrologico per la rilevazione di perdite e tracce nelle aree acquatiche.

L'emissione della fluoresceina sodica è massima a circa pH 8 e a una lunghezza d'onda di circa 550 nm. In questa immagine è possibile osservare il grafico di emissione-eccitazione della fluoresceina sodica.

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