fosforer

Fosforer, (samme ord som grunnstoffet fosfor), lysstoffer, lysfarger, luminoforer, fellesbetegnelse for stoffer som etter egnet aktivering sender ut ultrafiolett stråling, synlig lys eller infrarød stråling. Det lys som fosforene sender ut, skyldes ikke at materialet er så varmt at det gløder, men molekylære endringer. Lyset fra fosforene kalles derfor «kaldt lys».

Prinsipp

Aktiveringen kan foregå ved forutgående bestråling med lys, røntgenstråler, katodestråler, radioaktiv stråling, ved anbringelse i et elektrisk felt eller ved passende tilkobling til et batteri. Fosforene vil etter aktiveringen lyse i kortere eller lengre tid, men etter hvert blir lyset svakere. Ved ny aktivering vil lyset igjen øke i styrke.

Fosforenes evne til å lyse skyldes at energien som tilføres gjennom aktiveringen, bringer den kjemiske forbindelsen i en aktivert eller eksitert tilstand, hvoretter den normale tilstand etter kortere eller lengre tid gjenopprettes under utsendelse av lys. Generelt kalles fenomenet luminescens, mer spesielt er det de former for luminescens som kalles fosforescens og fluorescens som ligger til grunn for fosforenes virkning.

Typer

Fosforer med en eller flere aktivatorer

Fosforer med en eller flere aktivatorer, mineralske fosforer, omfatter en lang rekke lysømfintlige kjemiske forbindelser. Typiske eksempler er sulfider, oksider, fluorider, fosfater som er tilsatt lavtsmeltende forbindelser som koksalt og boraks samt små mengder (0,01 til 0,5 vektprosent) av aktivatorforbindelser som inneholder kobber, sølv, bly, mangan eller andre. Av sulfider er særlig kalsium-, barium-, strontium-, sink- og kadmiumsulfid, eller blandinger av disse aktuelle. Lyset som slike fosforer emitterer, er i alminnelighet fordelt over et vidt spektralområde med maksima ved en eller flere bølgelengder. Fargen og varigheten avhenger av fosforens sammensetning, arten og mengden av aktivatoren, eventuelle tilstedeværende forurensninger og fysikalske betingelser som temperatur, partikkelstørrelse og aktiveringens utførelse.

Den første fosfor av denne typen ble fremstilt på begynnelsen av 1600-tallet (bolognisk fosfor). Ca. 1870 fremstilte briten Balmain de første brukbare lysfarger (balmainske lysfarger). Lysmekanismen hos disse fosforene, lenardfosforene, ble særlig grundig studert av den tyske fysiker og nobelprisvinner P. E. A. Lenard omkring 1900.

Fosforer av kjemisk rene stoffer

Fosforer av kjemisk rene stoffer, også kalt molekylære fosforer eller renstoffosforer. Luminescensevnen hos disse er direkte knyttet til atomene og deres atomarrangement (krystallstruktur) og er derfor uavhengig av tilsetningsstoffer. Kalsium-, sink-, magnesium- og kadmiumwolframater er eksempler på slike stoffer. Også organiske fargestoffer som antracen, eosin, fluorescein m.fl. hører til denne gruppen. De ulike kjemiske forbindelsene lyser med forskjellige farger. Spektralbåndene er i alminnelighet smalere med mer utpregede maksima og minima enn hos mineralfosforene. De kan videre «omdanne» de ultrafiolette, fiolette og blå delene av sollyset i mer langbølget lys, dvs. lys med lavere energi. I dagslys lyser de derfor sterkere enn alminnelige fargestoffer.

For fremstilling av slike dagslysfosforer til praktisk bruk setter man ofte det fosforescerende stoffet til et plaststoff, f.eks. polyvinylklorid (PVC). Blandingen knuses til et fint pulver som røres ut med et bindemiddel og strykes ut på et passende underlag (fluorescerende eller fosforescerende maling). Dagslysfosforer ble første gang brukt i USA i 1940 for militære signalformål.

Fosforer med radioaktive tilsetninger

Fosforer med radioaktive tilsetninger, selvlysende fosforer eller autoluminoforer. Disse inneholder radioaktive stoffer som sender ut aktiverende stråling, og de lyser derfor uten på forhånd å bli belyst fra en utvendig kilde. Oftest er disse fosforene spesialblandinger av fosforescerende stoffer, for det meste sinksulfid, i spesielle tilfeller sink-kadmiumsulfid, og radioaktive stoffer som radium. De radioaktive stoffene tilsettes i form av bromid eller klorid, 1–150 mg radioaktivt grunnstoff per kg sinksulfid. Man anvender i stor utstrekning kunstige radioaktive isotoper, tritium, ³H, strontium, ⁹⁰Sr, og karbon, ¹⁴C osv.

Bruk

Fosforer anvendes til mange formål. I lysrør eller lysstoffrør omdanner fosforer usynlig stråling fra elektriske utladninger i kvikksølvdamp til synlig lys. Lysets farge avhenger av fosforens kjemiske sammensetning. Med toverdig mangan som aktivator gir magnesiumwolframat blått, sinksilikat grønt, kalsiumsilikat og kalsiumfosfat rødt lys osv. En hensiktsmessig blanding av disse fosforene gir lys av ønsket farge. I billedrør for fargefjernsyn og dataskjermer skriver det blå lyset seg fra sølvaktivert sinksulfid, det grønne fra en blanding av sølvaktivert sinksulfid og kalsiumsulfid, mens rødt lys skyldes europiumaktivert yttriumvanadat, YVO₄, eller aktiverte oksider og oksidsulfider av yttrium og lantan. I radarlysskjermer anvendes et dobbeltbelegg av kobberaktivert, gultlysende sinkkadmiumsulfid og sølvaktivert, blåttlysende sinksulfid. For oscilloskopenes lysskjermer har grøntlysende fosforer av manganaktivert sinksilikat, Zn₂SiO₄, og kaliummagnesiumfluorid, KMgF₃, vist seg egnet. I scintillasjonstellere anvendes fosforer av sinksulfid med spor av kobber, eller av natriumjodid med spor av thallium eller også organiske fosforer.

Fosforer blir også brukt til fremstilling av lysende farger. Disse er basert på sinksulfid- eller kalsiumstrontiumsulfid. Fargestoffene leveres i pulverform, røres ut enten med lim, emulsjonsbindemidler eller indifferente lakker og strykes på et hvitt underlag av litopon eller titanhvitt. Etter belysning med dagslys, glødelamper eller kvikksølvdamplamper avgir fosforene et lys som i mørke kan sees på flere meters avstand. Fargestoffene holder seg i årevis og blir brukt for varselskilt, brytere, markering av nødutganger, master o.l. Tekstilstoffer, gummivarer osv. kan gjøres selvlysende eller reflekterende ved hjelp av fosforer, bl.a. for fremstilling av refleksbånd og arbeidsklær for å hindre f.eks. trafikkulykker. Viktige anvendelsesområder for fosforer er koding og markering av frimerker og innpakningsmateriale for optisk-elektrisk arbeidende sorteringsmaskiner.

Radioaktive fosforer blir spesielt brukt i urvisere, sifferblad, kompassnåler og andre gjenstander som skal sees i mørke. De er uavhengig av enhver form for lystilførsel og har en levetid på minst 10 år uten at lysstyrken svekkes merkbart. En viktig bruk er i markering av rømningsveier i bygninger, skip og fly. Fordi de inneholder radioaktivt stoff, gir de opphav til store mengder av lavaktivt radioaktivt avfall, som må lagres i henhold til sikkerhetsforskrifter.