Was ist der Unterschied zwischen Fluoreszenz und Farberscheinung?
Was ist der Unterschied zwischen fluoreszierenden und farbigen Materialien? Beide absorbieren Licht. Geben farbige Materialien die absorbierte Energie nicht ab? Aber wenn die Lichtquelle plötzlich erlischt, müsste es doch eine kurze Emission geben oder nicht? Was passiert mit der Energie, die farbige Materialien absorbieren? Wird diese in Wärme umgewandelt?
3 Antworten
Der Unterschied ist der: bei normaler Farbe wird das Licht einfach nur reflektiert, wobei einige Wellenlängen absorbiert und in Wärme umgewandelt werden. Der reflektierte Rest ergibt dann die Farbe.
Bei fluoreszierender Farbe wird das Licht nicht nur reflektiert sondern der UV-Anteil des Lichtes regt die Pigmente dazu an, selber Licht abzustrahlen. Das nennt man dann auch Leuchtfarbe oder Neonfarbe. Daher wirken Leuchtfarben sowohl bei Lampenlicht als normale reflektierende Farbe und unter Schwarz- oder Sonnenlicht mit UV-Anteil wirken sie als Leuchtfarben.
Es gibt auch Farben, die speichern das aufgenommene UV-Licht längere Zeit und geben es erst nach und nach ab. Diese Farben nennt man nachleuchtend oder phosphorisierend.
Bei normalem Licht wird einfach nur reflektiert. Bei Fluoreszenz wird das Licht zuerst absorbiert und dann spontan abgegeben. Das passiert aber so schnell, dass wir es nicht merken, wir reden von ein paar Mikrosekunden.Meistens in einer anderen Wellenlänge. Merkst du spätestens dann, wenn du mal mit einem weißen T-Shirt in die Disco gehst und plötzlich zu leuchten anfängst. Die Aufheller im Waschmittel sind fluoreszierend und wandeln das Schwarzlicht der Disco in für dich sichtbares Licht um.
Ergänzung: Ja, farbige Materialien absorbieren die Energie und geben sie als Wärme wieder ab. Fass mal ein schwarzes Auto an, das lange in der Sonne gestanden hat, dann weißt du, wie warm das wird. Schwarze Farbe absorbiert fast alles.
Gibt es Materialien, die von gewöhnlichem Sonnenlicht gleichzeitig farbig erscheinen und fluoreszieren, sodass man das kaum bemerkt? Oder reicht dazu die Energie nicht aus, d.h. muss es UV Strahlung sein?
Fluorescein beispielsweise. Aber da sich beides miteinander vermischt, sieht man die Fluoreszenz meistens nicht. Daher nimmt man UV-Licht in dunklen Räumen um die Fluoreszens besser sehen zu können.
Optische Aufheller im Waschmittel fluoreszieren übrigens auch.
Dann ist aber Farbe häufig ein Resultat aus normaler Absorption UND Fluoreszenz, richtig? Also ein Mischmechanismus. Denn von diesen Materialien geht reflektiertes Licht aus und fluoreszierendes. Man nimmt aber nur beides in Kombination wahr.
Kleien Vorbemerkung: Wenn ich im folgenden von „farbige Materialien“ spreche, schließe ich eine kleine Menge von farbigem Zeug aus, das seine Farbe durch irgendwelche Beugungseffekte bekommt, z.B. Pfauenfedern. Das ist dann eine andere Baustelle.
Alles, was farbig ist, muß Licht absorbieren. Das ist ein energetischer Prozeß: Energie überträgt sich vom Lichtfeld auf das Molekül, das dabei angeregt wird. Unter einem angeregten Molekül mußt Du Dir ein Molekül vorstellen, in dem Elektronen irgendwie anders verteilt sind (und sich etwas schneller bewegen), und die Geometrie des Moleküls kann auch verändert sein, aber meist nicht dramatisch.
Soweit bisher beschrieben, gilt das sowohl für typische „farbige“ Stoffe als auch für fluoreszierende Stoffe. Beide landen durch Absorption in einem angeregten Zustand. Der Unterschied ist nur, wie sie von dort wieder auf den Grundzustand zurückkommen.
Die fluoreszierenden Moleküle strahlen einfach wieder Licht ab und fallen so in den Grundzustand zurück. Das geschieht ziemlich schnell (in Nanosekunden) und für die menschliche Wahrnehmung instantan.
Da es noch ein paar Nebenprozesse gibt, die ich Dir unterschlagen habe, steht nur ein Teil der aufgenommenen Lichtenergie zur Abstrahlung bereit, deshalb ist das abgestrahlte Licht energieärmer (rotverschoben). Die fehlende Energie landet als Wärme im fluoreszierenden Körper. Es kann passieren, daß ein Molekül sichtbares Licht absorbiert und im Roten (wo Deine Augen sehr wenig empfindlich sind) oder sogar im Infraroten abstrahlt. Dann siehst Du nichts davon, und hältst es für ein gewöhnliches „farbiges“ Molekül.
Die „farbigen“ Stoffe sollte man eher „dissipativ“ nennen, weil sie die Lichtenergie nicht abstrahlen, sondern in Wärme dissipieren. Die gesamte von einem farbigen Stoff aufgenommene Lichtenergie landet also als Wärme im Körper, der sich dadurch etwas aufheizt.
Der Unterschied zwischen den beiden ist nicht scharf; man spricht oft von einer „Quantenausbeute“, die für ein perfekt fluoreszierendes Material 100% ist (jeder aufgenommene Lichtquant führt zu einem Emissionsvorgang später), und für ein perfekt absorbierendes Material eben 0% ist. Reale Fluoreszenzfarbstoffe liegen über 90%. Ob wir Fluoreszenz sehen, hängt aber auch sehr von den Wellenlängen ab, weil unser Auge im Grünen/Blauen viel empfindlicher als im Roten ist. Auch kann das Primärlicht die Wahrnehmung des abgestrahlten Sekundärlichtes stören; deshalb sieht es besonders spektakulär aus, wenn das eingestrahlte Licht ultraviolett ist, weil wir das nicht sehen und wir das Fluoreszenzlicht ungestört wahrnehmen.
Phosphoreszenz, also zeitverzögerte Abstrahlung von Licht, funktioniert übrigens ähnlich wie Fluoreszenz. Allerdings ist dabei ein Spinflip beteiligt (der angeregte Zustand hat z.B. ungepaarte Elektronen, die es im Grundzustand nicht gibt), und das sorgt für die Zeitverzögerung.
Ist Fluoreszenz nur möglich mit Anregung im UV Bereich?
Wenn ich mir eine Markierung von einem Neonmarker bei Sonnenlicht auf weißem Papier anschaue, ist das folglich ein Mischprozess aus Farbigkeit und Fluoreszenz.
Was ich noch nicht verstehe ist, ob der Fluoreszenzanteil die Farbigkeit beeinflussen kann oder nicht. Also nehmen wir an ein roter Körper im Sonnenlicht. Gleichzeitig fluoresziert der aber durch den UV Anteil gelb. Wird das rot dann gelblicher?
Wie ich geschrieben habe: Man sieht die Fluoreszenz am besten, wenn die Anregung im UV liegt. Wenn Du mit sichtbarem Licht anregst, dann ist das Fluoreszenzlicht energieärmer (liegt also weiter im Roten, wo Deine Augen weniger gut sehen) und außerdem wird es von der Fülle des Primärlichts überstrahlt.
Unter günstigen Bedingungen sieht man trotzdem etwas. Aber abgesehen von ein paar speziell gezüchteten Fluoreszenzfarbstoffen haben die meisten Materialien recht miese Quantenausbeuten, geben also z.B. nur ein Tausendstel bis ein Millionstel des aufgenommenen Lichts als Fluoreszenz zurück, der Rest geht in Wärme. Mit dem unbewaffneten Auge sieht man dann natürlich gar nichts.
Einer der bekanntesten Fluoreszenzfarbstoffe ist Fluorescein. Das absorbiert im blauen Bereich. Deshalb erscheint uns die Substanz um Durchlicht orange bis braun. Es fluoresziert aber intensiv gelbgrün, und die Fluoreszenz ist so stark, daß sie im Auflicht die braune Farbe sogar überdeckt (liegt natürlich auch daran, daß unsere Augen im Grünen das Empfindlichkeitsmaximum haben).
Wenn ein Körper im Sonnenlicht rot erscheint, dann absorbiert er im Grünen. Es ist möglich, daß er gelb fluoresziert. Aber bei den meisten realen Stoffen würdest Du unter realen Bedingungen nichts davon sehen. Weil die Fluoreszenzintensität vom Sonnenlicht um viele Größenordnungen überstrahlt würde.
Ist nur UV in der Lage Fluoreszenz auszulösen?