الفَـلْوَرَةُ Fluorescence عمليةٌ تشعُّ بها عدة مواد ضوءًا، أوشكلاً آخر من الإشعاع الكهرومغنطيسي، وذلك عندما تمتص طاقةً. ويشير اصطلاح الفَلْورة أيضًا إلى الضوء الذي ينبعث من هذه المواد. وكثير من الغازات، والسوائل والمواد الصلبة تصير فلورية عندما تتعرّض لإشعاعٍ، أولجسيمات مشحونة كهربائيًا.

والإضاءة الفلورية واسعة الاستعمال في المصانع، والممحرر والمدارس، وبعض المساكن. وتحتوي بعض إنارات الشوارع على غاز زئبق فلوري. ولقنوات الصور التلفازية، والمجاهر الإلكترونية شاشات عرض فلورية. ويلون فهماء الأحياء الخلايا والأنسجة بأصباغ فلورية لرصد العمليات الأحيائية، ويكتشف الكيميائيون بعض ملوثات الهواء، والماء باستخدام الفلورة.

والفلورة مستخدمة أيضًا لفحص التسمم الرصاصي وتمييز الفلزات.

ويتوقف لون الضوء الفلوري على المادة المستخدمة، وعلى نوع الطاقة الممتصة. وفي أغلب الأحيان تكون أطوال موجات الضوء الفلورية أطول من تلك الموجات الضوئية المنبعثة من الإشعاع الممتص. لكن التفلور لوحظ في جميع الجزء المرئي من الطيف الكهرومغنطيسي، وكذلك في الأجزاء فوق البنفسجية وتحت الحمراء.

تنتج الفلورة عن كثير من أنواع الطاقة. فمثلاً ينتج التيار الكهربائي فلورة في لافتات النيون، وكذلك تنتج الفلورة عن الأشعة فوق البنفسجية والضوء المرئي والأشعة السينية وأشكال الإشعاع الأخرى.

وعندما تمتص مادة فلورية طاقة، تستثار الإلكترونات في الذرة، أي يزداد معدل طاقتها. وفي بعض الحالات تظل الإلكترونات في حالة إثارة لمدة 1/1,000,000,000,000 من الثانية، ثم تنبعث الطاقة الزائدة على صورة ضوء. وتتوقف العملية عندما يزال مصدر الطاقة.

وقد توصل الفهماء إلى الفلورة منذ منتصف القرن السادس عشر الميلادي. وكان أول من أوضحها الفيزيائي البريطاني، السير جورج ستوكس ـ عام 1852م. وهوالذي أطلق عليها هذا الاسم.

الفلوريّة بالإنگليزية: Fluorescence: تعهد بشكل عام بأنها إصدار ضيائي ينتج عن تدفق لأحد أشكال الطاقة داخل الجسم المصدر للضياء، ويتوقف هذا الإصدار فجأة عندما تتوقف الطاقة المحفزة.

تعريف

في محاولة لجعل هذا التعريف ذومعنى مفهوم، نذكر حتى زمن الاضمحلال أوالتوهج اللاحق للانبعاث يجب حتىقد يكون تقريبًا مساويًا للزمن الطبيعي للسماح بالتحول البصري في الذرة أوالجزيء، والذيقد يكون بحدود 10^-8ثانية للتحول إلى ضوء مرئي. وربماقد يكون أوضح فرق بين المواد الفلورية ونظائرها ذات زمن التوهج اللاحق الأكبر، والمسماة بالمواد الفسفورية، ليس مقدار زمن الاضمحلال بحد ذاته، بل الفرق هوحتى اضمحلال المواد الفلورية غير مرتبط بدرجة الحرارة.

إذا أخذ هذا الفرق الأخير بعين الاعتبار، فإن الإصدار الضيائي من بعض المواد مثل اليورانيل (uranyl) والفلزات النادرة الفلورية يمكن حتى يسمى بالاستضاءة البطيئة بدلا من الوميض الفسفوري. فزمن التوهج اللاحق لإصدارها الضيائي يحدث في الميلي ثانية إلى الثانية، بدلا من 10^-8ثانية، مظهرًا حتى التحولات البصرية إلى حد ما "ممنوعة"، ولكن الاضمحلالقد يكون غير مرتبط بدرجة الحرارة على مجال واسع من تلك الدرجات، وهويتبع قانون الاضمحلال الأسي التالي:

'"`UNIQ--postMath-00000001-QINU`"'

حيثقد يكون التحول التلقائي متسقطا للإلكترونات من الحالة المثارة للذرة إلى الحالة الأرضية (الحالة المستقرة) عندماقد يكون للذرة احتمالية تحول في واحدة الزمن '"`UNIQ--postMath-00000002-QINU`"' (حيث '"`UNIQ--postMath-00000003-QINU`"' مقلوب العمر الإشعاعي الطبيعي أوعمر المواد الفلورية). في هذه المعادلة، I هي الشدة الضيائية في زمن t، وI₀ هي الشدة عند t = 0، وهوالزمن الذي تزول به الطاقة المثارة.

يجب الأخذ بعين الاعتبار شرط حتى جميع الأنظمة المستضائة تخسر فعاليتها في النهاية عند درجات الحرارة العالية. ولكل نظام درجة الحرارة الخاصة به، ويسمى هذا بالإطفاء الحراري (thermal quenching). يحدث الإطفاء نتيجة حتى زيادة الحرارة تحفز الذرة أوالجزيء على تفريغ الحالة المثارة وتبديد الطاقة المثارة بشكل غير إشعاعي.

في المراجع الفهمية للمواد العضوية المستضائة، يستخدم مصطلح المواد الفلورية حصرًا للإشارة إلى الاستضاءة التي تحدث عندما يقوم جزيء بتحول بصري مسموح. والاستضاءة ذات زمن اضمحلال طويل يتبع قانون الاضمحلال الأسي، تتعلق بالتحول الممنوع بصريًا، أي المواد الفسفورية، وهي ذات توزيع طيفي مختلف عن التوزيع الطيفي للمواد الفلورية.

المواد الفلورية

يمكن للمواد الفلورية حتى تحفز بشكلها الغازي أوالسائلي أوالصلب. تسمى المواد الفلورية الصلبة بالفوسفوريات، بغض النظر عن زمن الاضمحلال الذي يغطي مجالا كبيرًا من رتبةخمسة × 10⁻⁹ثانية، وذلك للعديد من المواد البلورية العضوية وحتى 2 ثانية بالنسبة لسيليكات الأوربيوم والإسترونتيوم الفوسفورية.

التطبيقات

الاضاءة

تستخدم المواد الفلورية ذات زمن اضمحلال بين 10⁻⁹ و10⁻⁷ثانية لتحديد وقياس الإشعاعات عالية الطاقة، مثل الأشعة السينية وأشعة غاما، والجسيمات عالية الطاقة مثل جسيمات ألفا، وجسيمات بيتا، والنترونات. هذه المواد تحدث ومضات في بعض الأجسام الصلبة البلورية، وفي محاليل بعض الهيدروكربونات العطرية عديدة النوى، أوالمواد اللدائنية المغطسة في هذه الهيدروكربونات.

تطبيق آخر للمواد الفلورية المحفزة بالأشعة السينية هي في تكثيف الشاشات في التصوير الشعاعي الطبي. فهذه الشاشات، توضع على تماس مع فيلم التصوير شعاعي، فتخفض التعرض للأشعة السينية اللازمة لتشكيل الصورة بسبب التأثير التصويري المضاف من قبل المواد الفلورية. تستخدم عادة تنغستات الكالسيوم الفلورية الزرقاء.

الإظهار الإلكتروني

إن المواد الفلورية المثارة بواسطة الحزمة الإلكترونية المصطدمة بالطلاء الفسفوري على قابلة أنبوب الأشعة المهبطية يولد الصورة التي نشاهدها في الرائي. ولهذا السبب، يجب استخدام الفسفوريات ذات زمن اضمحلال قصير، لأن جميع عنصر من عناصر الصورة الفسفورية يمسح بواسطة حزمة الكترونية حوالي 30 مرة في الثانية، وبالتالي فإن الاستضاءة الناتجة عن جميع إثارة يجب حتى تتناقص إلى مستوى منخفض لا يتداخل مع الإشارة التالية. ويمكن التسامح باستخدام الفسفوريات ذات زمن اضمحلال يزيد عن بضعة أجزاء مئوية من الثانية، بالرغم من حتى الفسفوريات ذات زمن الاضمحلال الأقل تكون محبذة أكثر.

التأثيرات البصرية

تعتبر المبيضات البصرية تطبيق آخر للمواد الفلورية. هذه المواد هي أصبغة عضوية عديمة اللون ذات أساس فينيلي. يمكن إثارة الأصبغة بكمية صغيرة من الأشعة الضوئية فوق البنفسجية الموجودة في ضوء النهار لإعطاء اللون الأزرق الفلوري، والذي يعوض امتصاص اللون الأزرق المسؤول عن اللون الشاحب لمعظم الأقمشة الطبيعية المبيضة. المواد الفلورية الموجودة في بقية الأصبغة والفسفوريات اللاعضوية المطبقة على الأقمشة أوالمواد الأخرى تستخدم للحصول على التأثيرات البصرية الخاصة من أجل النادىية، والمسرح، وأغراض الإظهار الأخرى، تحت تأثير ظروف الإثارة بضوء النهار أوالأشعة فوق البنفسجية.

الأبحاث، والتشخيص، والتنقيب

تستخدم المواد الفلورية بشكل واسع في الأبحاث والتشخيص في فهم الأحياء الدقيقة والطب، حيث تستخدم الأصبغة الفلورية، مثل الفلورسين، والرودامين، وأزرق الأنيلين، في تمييز ووتعقب البروتينات. ومن بين التطبيقات الأخرى للمواد الفلورية استخدام الأصبغة الفلورية المنحلة في الماء لتعقب جريان التيارات الخفية، وكمساعد في التنقيب عن بعض الفلزات، مثل السكليت sceelite (تنغستات الكالسيوم) التي تعطي لون فلوري أزرق، والويلميت (willemite) (سيليكات الزنك) التي تعطي لونًا أخضرًا تحت تأثير التحفيز بالأشعة فوق البنفسجية قصيرة الموجة.

المصباح الفلوري

توظف المصابيح الفلورية تظافر استضاءة الغازات والمواد الصلبة لإنتاج الضوء المرئي. يتألف المصباح الفلوري من أنبوب زجاجي ممتلئ بمزيج منخفض الضغط من غاز الأرغون وبخار الزئبق، مطلي من الداخل بمسحوق استضيائي أومزيج من هذه المساحيق، ومزود بقطبين كهربائيين في كلتا نهايتيه. تمر شحنة تفريغ كهربائي خلال الغاز بين القطبين. يثير اصطدام الإلكترونات والأيونات ذرات الزئبق إلى حالة طاقية أعلى، التي تعود إلى حالتها الأخفض بتحولات إشعاعية منتجة إصدارات مرئية وفوق بنفسجية. وعند استخدام ضغط منخفض، فإن نصف الطاقة الكهربائية الداخلة إلى المصباح تتحول إلى 253,7 نانومتر وهوخاصية إشعاعية لذرة الزئبق.

يتم اختيار الطلاء الفسفوري من أجل الفعالية التي تثار عندها المادة بطول موجة تحت البنفسجية ولون الاستضاءة المرئية المرغوبة. يغلب استخدام مواد الهالوفسفات القاعدية الأرضية في المصابيح الفلورية، والتي يرمز لها بـ (Ca,Sr)5(PO4)3(F,C1)، وتثار باستخدام الإثمد والمنغنيز.

اللون الصافي للمصباح الفلوري هوتعبير عن لون أبيض يتحدد بالهجريب المضبوط للفسفور أومزيج الفسفوريات المستخدمة. الكمية الصغيرة من الضوء المرئي المتولد نتيجة التفريغ الكهربائي المنتقل بواسطة الطلاء الفسفوري تضاف إلى الضياء الناتج من المصباح. الفعالية الضوئية للمصابيح الفلورية أعلى بكثير من المصابيح المتوهجة (incandescent lamps)، والتي تحول معظم الطاقة الكهربائية الداخلة إلى حرارة.

انظر أيضًا

• المصباح الفلوري
• الكشف الفلوري
• قائمة المنابع الضوئية
• فسفرة
• الضوء الأسود
• طلاء الضوء الأسود
• فلورة الآشعة السينية

المراجع

وصلات خارجية

مشاع الفهم فيه ميديا متعلقة بموضوع Fluorescence.

• Fluorophores.org, the database of fluorescent dyes
• FSU.edu, Basic Concepts in Fluorescence
• "A nano-history of fluorescence" lecture by David Jameson
• Excitation and emission spectra of various fluorescent dyes
• Database of fluorescent minerals with pictures, activators and spectra (fluomin.org)