MATERIAŁY FLUOROSCENCYJNE
(FLUOROSCENT MATERIALS)

Materiały fluoroscencyjne należą do grupy materiałów inteligentnych emitujących światło.

Materiały fluoroscencyjne

Substancje te emitują widzialne lub niewidzialne światło jako rezultat działania promieni o małej długości fali (np. promienie X, ultrafiolet. itd). Światło emitowane jest tylko wtedy gdy materiał jest pod wpływem działania wspomnianych promieni - skoro tylko promienie UV lub promienie X przestaną być emitowane - efekt momentalnie zanika. Konwersja ta niezwykle gwałtowna - zazwyczaj trwa 10-8 s lub nawet krócej. Długość fali którą mogą zaabsorbować atomy substancji fluoroscencyjnej oraz długość fali fali wyemitowanej są zmienne i zależą od rodzaju i własności tej substancji.
Pigmenty fluoroscencyjne w normalnych warunkach są białe lub  mają jasne kolory, natomiast wystawione na działanie promieni ultrafioletowych przybierają świecący, jaskrawy kolor.

Materiałami ultrafioletowymi mogą być substancje syntetyczne:

a także naturalne minerały występujące w przyrodzie:

Fluorescencję pewnych minerałów i innych materiałów obserwowano już setki lat temu, zanim jeszcze potrafiono wyjaśnić to zjawisko. Pierwszym człowiekiem który zrozumiał i wyjaśnił fenomen fluorescencji był brytyjski naukowiec Georgie G. Stokes - on nadał temu zjawisko nazwę (od nazwy minerału, który badał  - fluoryt).

Mechanizm fluorescencji:
W standardowej koncepcji modelu atomu, elektrony krążą po swoich orbitach wokół jądra atomu. W takim rozumieniu atom przypomina system słoneczny, gdzie zamiast jądra jest Słońce, a znajdujące się w różnej odległości planety krążą wokół niego. Takie przedstawienie modelu atomu nie jest dokładnie poprawne, ale wystarczy aby nakreślić mechanizm działania fluorescencji.
Naturalnym efektem naświetlania promieniami ultrafioletowymi materiału zdolnego do ich pochłaniania jest "przeskoczenie" elektronu na wyższy stan energetyczny, czyli przeskoczenie na orbitę położoną dalej od jądra atomu, niż dotychczas zajmowana. Takie stany pobudzenia elektronów są niestabilne i wcześniej czy później elektron traci energię i powraca do stanu wyjściowego. Nadwyżka energii może być rozproszona na wiele sposobów, najczęściej poprzez drgania atomów, ale także poprzez emisję energii w postaci światła - to zjawisko nazywamy fluorescencją.

Poniżej przedstawiono długości fali światła pochłanianego i emitowanego dla typowego materiały fluoroscencyjnego.

Zależność długości fali światła pochłanianego i emitowanego dla typowego materiału fluoroscencyjnego

Aktywatory fluorescencji.
Fluorescencja wielu substancji nie jest wywołana własnościami samego materiału, ale np. defektami sieci krystalicznej lub dzięki innym związkom chemicznym które z chemicznego punktu widzenia są zanieczyszczeniami. Dla przykładu  czysty krzemian  cynku otrzymany w laboratorium nie wykazuje własności fluoroscencyjnych, ale po zmieszaniu go z odrobiną manganu, w promieniach ultrafioletu świeci na jasny, żółto - zielony kolor. W tym przypadku mangan był tzw. aktywatorem chemicznym fluorescencji.
Najwięcej aktywatorów zostało zidentyfikowanych w naturalnych minerałach i skałach. Istnieje wiele chemicznych aktywatorów w minerałach, nie są to tylko związki metali (takich jak np. mangan czy ołów), ale także takie, które zamiast metalu mają inny atom (np. azot lub węgiel w postaci diamentu), lub grupy funkcyjne (grupa uranylowa, wolframianowa i inne) i wreszcie związki organiczne.

Koaktywatory fluorescencji.
Aby materiał fluoroscencyjny spełniał swoje zadanie, musi absorbować promienie UV. Obecność aktywatora może, ale nie musi w tym pomóc; dla przykładu mangan jest dobrym aktywatorem, ale słabo absorbuje promienie ultrafioletowe. W takim przypadku musi  dodatkowo występować inny związek, który by pochłaniał te promienie i dostarczał energię do aktywatora. Substancje takie nazywamy koaktywatorami, a najpowszechniejszym z nich jest ołów Pb, głównie ze względu na szerokie rozpowszechnienie w przyrodzie i małą wymagana ilość potrzebną do spełnienia swojej funkcji.

Materiały fluoroscencyjne w życiu codziennym:
Istnieje wiele substancji o własnościach fluoroscencyjnych spotykanych w codziennym życiu; ich mniejsza lub większa część składowa występuje m.in. w:

- Biały papier

Przy produkcji białego papieru, dodaje się niewielką ilość materiałów fluoroscencyjnych, które sprawiają że papier wydaje się być jaśniejszy, a przez to bardziej biały - doskonale to widać przy świetle ultrafioletowym. Dodatki takie zaczęto stosować po roku 1950 - informacja ta jest wykorzystywana przy rozpoznawaniu przybliżonego wieku papieru.

- Tonik (do picia)

Gorzki smak toniku jest spowodowany występowaniem związku chemicznego chemicznego nazwie chinina. Chinina pod wpływem proemieniowania UV przybiera niebiesko-biały kolor.

- Płyny fizjologiczne ciała ludzkiego

Wiele płynów fizjologicznych (krew, uryna, sperma) które ma człowiek zawiera cząsteczki o własnościach fluoroscencyjnych; właściwość ta jest wykorzystywana w kryminalistyce i przy sekcjach zwłok.

- Witaminy

Witamina A oraz część witamin z grupy B są silnie fluoroscencyjne, np. witamina B-12 rozgnieciona i rozpuszczona w occie świeci na jaskrawy żółty kolor (w promieniach UV).

- Chlorofil

Dzięki chlorofilowi rośliny mają zielony kolor, ale pod wpływem promieniowania ultrafioletowego świeci na krwistoczerwony kolor.

- Środki piorące

Do części środków piorących są dodawane substancje fluoroscencyjne (np. 1,4-bis(styryl)benzen), część z nich pozostaje na pranych ubraniach, nawet po wypłukaniu, czasami widać to na zdjęciach, gdy biała koszula ma niebieskawy odcień.

- Wybielacze do zębów

- Pieczątki pocztowe

- Meduzy

Część protein meduzy ma silne właściwości fluoroscencyjne.

- Niektóre minerały i kryształy

Skały fluoroscencyjne to m.in. fluoryt, kalcyt, gips, talk, rubin, opal, adamit, cyrkon, kwarc i bursztyn. Intensywność świecenia minerałów i kryształów pod wpływem działania promieni UV zależy od ilości zawartych w nich zanieczyszczeń i wtrąceń.

Na rysunku obok przedstawiono przykładowe zamiany kolorów substancji fluoroscencyjnych, w zależności czy promienie UV padają na materiał czy nie (lewa połówka okręgu oznacza "bazowy" kolor substancji, a więc nienaświetlanej ultrafioletem).

Zastosowanie:

- Monitory komputerów i ekrany telewizorów

Światło pochodzące z tych urządzeń jest emitowane dzięki niewielkim ilościom substancji fluoroscencyjnych, które znajdują się po wewnętrznej stronie wyświetlacza i które są bombardowane strumieniem elektronów. Substancje te występują w formie "kropek" w kolorze niebieskim, zielonym i czerwonym, widoczne (szczególnie przy powiększeniu)  na większości ekranów telewizyjnych.

- Lampy i światła

Używane głównie w celach dekoracyjnych i marketingowych

- Ubrania, elementy bezpieczeństwa, taśmy

- Filtry do okularów zatrzymujących promieniowanie ultrafioletowe

- Urządzenia wykrywające promienie UV

- Identyfikacja minerałów i skał (geologia)

- Kryminalistyka

- "Niewidzialne" atramenty

- Wielowarstwowe płyty CD i DVD  o zwiększonej pojemności