Huỳnh quang là hiện tượng quang học trong đó một chất hấp thụ quang năng từ một nguồn nhất định (thường là tia UV) và phát xạ ra quang năng ở bước sóng dài hơn. Đây là một dạng phát quang xảy ra ngay lập tức sau khi chất hấp thụ ánh sáng, khác với hiện tượng lân quang, vốn tiếp tục phát sáng ngay cả sau khi nguồn kích thích đã tắt.
Quá trình huỳnh quang diễn ra qua ba giai đoạn chính:
Hấp thụ quang năng: Khi một chất huỳnh quang tiếp xúc với một nguồn sáng có năng lượng cao (như tia UV hoặc ánh sáng xanh), các electron trong phân tử của chất này sẽ hấp thụ năng lượng và nhảy lên mức năng lượng cao hơn.
Kích thích Electron: Các electron bị kích thích tạm thời chuyển sang trạng thái năng lượng cao hơn. Tuy nhiên, trạng thái này không ổn định, và các electron sẽ nhanh chóng trở lại mức năng lượng ban đầu.
Phát xạ quang năng: Khi các electron quay trở lại trạng thái cơ bản, chúng phát ra năng lượng dư thừa dưới dạng ánh sáng có bước sóng dài hơn, tạo ra hiện tượng phát huỳnh quang.
Ánh sáng cực tím có thể được phân loại thành sóng dài hoặc sóng ngắn. Điều thú vị cần lưu ý là một số khoáng chất huỳnh quang dường như phát sáng cùng một màu ở cả hai bước sóng, mặc dù một số khác có thể chỉ phản ứng với một trong hai bước sóng (hoặc thậm chí phát huỳnh quang với các màu khác nhau, tùy thuộc vào mức độ tiếp xúc). Khi loại huỳnh quang không được chỉ định, thì người ta ngầm hiểu đó là sóng ngắn.
Hiện tượng này được nhà nghiên cứu George Gabriel Stokes mô tả và đặt tên vào giữa những năm 1800. Trong khi nghiên cứu các mẫu thủy tinh uranium và fluorit ( fluorit ), ông nhận thấy các mẫu vật này biến đổi "ánh sáng vô hình vượt ra ngoài vùng tím của quang phổ" thành một ánh sáng xanh kỳ lạ. Hiện tượng này sau đó được đặt tên theo mẫu fluorit mà lần đầu tiên nó được quan sát thấy.
Có một số khoáng chất tinh khiết sẽ phát huỳnh quang. Chúng được gọi là khoáng chất "tự kích hoạt", bao gồm scheelite, powellite và một số khoáng chất urani. Những khoáng chất khác được cho là tự kích hoạt bao gồm benitoite, cerussite, anglesit và có lẽ nhiều khoáng chất chì khác.
Huỳnh quang đôi khi bị nhầm lẫn với lân quang , khi các electron của khoáng vật lân quang bị tia UV chiếu vào, chúng sẽ duy trì trạng thái dao động trong một khoảng thời gian dài hơn nhiều - đủ lâu để chúng tiếp tục phát ra ánh sáng nhìn thấy được trong một khoảng thời gian có thể kéo dài đến vài phút.
Khoảng 15% mẫu đá và khoáng vật được xác định là các loài khoáng vật huỳnh quang – mặc dù không phải tất cả các mẫu huỳnh quang đều thực sự phát sáng dưới tia UV. Trên thực tế, hầu hết các khoáng chất tinh khiết sẽ không phát huỳnh quang. Để hiện tượng này xảy ra, khoáng chất cũng phải chứa các tạp chất vết được gọi là chất hoạt hóa. Với hàm lượng nhỏ, các chất hoạt hóa góp phần tạo nên hiệu ứng huỳnh quang. Các chất hoạt hóa phổ biến thường là các kim loại như chì, bo, crom và mangan – mặc dù một số vật liệu hữu cơ có thể có tác dụng tương tự. Sự hiện diện của sắt hoặc đồng sẽ làm giảm hoặc làm suy yếu tác dụng của các khoáng chất huỳnh quang.
Các khoáng chất huỳnh quang phổ biến nhất bao gồm canxit , fluorit và sodalit – mặc dù vẫn còn nhiều loại khác. Nhiều loại đá quý (như kim cương, hồng ngọc, ngọc lục bảo, hổ phách và opal) cũng sẽ phát huỳnh quang khi tiếp xúc với tia UV.
Các khoáng chất cùng loài có nguồn gốc từ các địa phương khác nhau có thể phát huỳnh quang với các màu khác nhau do sự khác biệt về tạp chất vết – trong khi các khoáng chất khác có thể không phản ứng gì cả. Do sự khác biệt này, huỳnh quang không phải là một phương pháp nhận dạng đáng tin cậy, mặc dù nó vẫn có thể được sử dụng làm chỉ thị kết hợp với các phương pháp khác.
Đối với những người sưu tầm khoáng sản huỳnh quang, các mỏ đã ngừng hoạt động ở cả Franklin và Ogdensburg, New Jersey, là những địa điểm đáng chú ý. Hai địa điểm này là nơi lưu giữ hơn 260 loại khoáng sản. Ít nhất 56 trong số đó có đặc tính phát huỳnh quang – và nhiều mẫu vật quý hiếm chỉ được tìm thấy tại những địa điểm này.
Mỏ Sterling Hill ở Ogdensburg được mở cửa trở lại vào năm 1999 với tên gọi Bảo tàng Khai khoáng Sterling Hill, nơi có Bảo tàng Huỳnh quang Thomas S. Warren , một triển lãm thường trực dành riêng cho việc khám phá đặc điểm khoáng sản tuyệt vời này.
Ngày 26 tháng 9 năm 2016
Theo Arkenstone
Lược dịch Kira Trần
Hóa học