Люминесценция, её виды - OXFORDST.RU

Люминесценция, её виды

43.Люминесценция, ее виды. Механизм и свойства люминесценции. Правило Стокса.

Люминесценция–излучение, представляющее собой избыток над тепловым излучением тела, если его длительность после прекращения внешнего воздействия значительно превышает период световых колебаний.

Виды люминесценции:

А.по виду возбуждения различают :

Радиолюминесценция(возбуждение проникающей радиацией)

Кандолюминесценция(возбуждения при механических воздействиях)

Электролюминесценция(возбуждение электрическим полем)

Хемилюминесценция(возбуждение при химических реакциях),биолюминесценция

лиолюминесценция(возбуждение при растворении кристаллов)

Б.По длительности свечения различают

флуоресценцию (быстрозатухающая люм-ия)

В.По механизму элементарных процессов :

Интненсивность люминесценции зависит от интенсивности возбуждения ,поэтому не может быть характеристикой люминесценции .Более однозначной характеристикой является выход люминесценции –отношение энергии люминесценции к поглощенной энергии возбуждения

Ηкв *100%

Nп – квантовый выход

Механизм и свойства люминесценции.При возбуждении люминесценции атом, поглощая энергию, совершает переход от 1 3. В атомных парах люминесценция может происходить непосредственно при переходе 3 1, тогда люминесценция является резонансной. При взаимодействии с окружающими атомами возбужденный атом может передать им часть энергии и перейти на 2 уровень, что называется спонтанной люминесценцией.

1.основной уровень энергии

Пунктирная линия-переход при резонансной люминесценции,волнистая линия-безызлучательный переход

Обычно уровень 2 лежит ниже уровня 3 ,и часть энергии при возбуждении теряется на тепло ,а длина волны испущенного света больше ,чем поглощенного – это стоксова люминесценция . Правило Стокса:спектр излучения в целом и его максимум сдвинуты по отношению к спектру поглощенного излучения и его максимуму в сторону более длинных волн.

Возможны и процессы, когда излучающий атом получает дополнительную энергию от других атомов, тогда испущенный квант может иметь меньшую длину волны –антистоксова люминесценция

Может образоваться ситуация, когда атом перед переходом на уровень испускания 2 оказывается на метастабильном уровне 4. Для перехода на уровень 2 атому нужно сообщить дополнительную энергию. Возникающая при таких случаях люминесценция называется метастабильной.

44.Применение люминофоров и люминесцентного анализа в медицине и фармации.

Люминесцирующие вещества являются активной средой лазеров. Яркость люминесценции, ее высокий энергетический выход позволили создать нетепловые источники света (газоразрядные и люминесцентные лампы) с высоким КПД. Катодолюминесценция лежит в основе свечения экранов осциллографов, телевизоров, локаторов и т.д. Многие полупроводниковые светодиоды основаны на явлении электролюминесценции; в рентгеноскопии используется рентгенолюминесценция.

Широкое распространение получил люминесцентный анализ – методы исследования объектов, при которых регистрируется либо собственное свечение объекта, либо свечение специальных люминофоров, которыми обрабатывается исследуемый объект.

Люминесцентный анализ включает в себя качественный и количественный химический анализ, при котором обнаруживают присутствие или определяют содержание определенных веществ в смеси, и сортовой люминесцентный анализ, позволяющий разделять объекты по наличию или отсутствию люминесценции.

В люминесцентном анализе используются все виды возбуждения люминесценции, но чаще всего фотовозбуждение, осуществляемое обычно с помощью газоразрядных ламп (ртутных, ксеноновых и т.д.), Регистрируют люминесценцию визуально или с помощью фотоэлектрических приемников.

В химическом люминесцентном анализе наличие и концентрация тех или иных примесей в смеси определяются по интенсивности и спектру излучения. Чувствительность химического люминесцентного анализа очень высока.В газовой фазе удается регистрировать отдельные атомы.

Сортовой люминесцентный анализ применяют в медицине и ветеринарии для обнаружения грибковых заболеваний, в сельском хозяйстве – для обнаружения заболеваний растений и семян, в геологии при поиске полезных ископаемых.

Под действием ультрафиолетового излучения флуоресцируют многие ткани организма, ногти, зубы, непигментированные волосы, роговая оболочка, хрусталик глаза и др. В определенных случаях по характеру свечения можно отличить патологически измененные ткани от нормальных, злокачественные опухоли от доброкачественных. Так, например, во время операций обнаруженная опухоль облучается ртутно-кварцевой лампой и по цвету люминесцентного свечения определяется ее характер. Характерное свечение дают бактериальные и грибковые колонии, это явление часто используется при диагностике кожных болезней.

При люминесцентном микроанализе исследуются гистологические препараты, имеющие собственную флуоресценцию или окрашенные флуоресцирующими красками.

Люминофоры специально синтезируемые вещества, способность к люминесценции которых при различных способах возбуждения используется для практических целей. Различают органические и неорганические люминофоры.

Из неорганических люминофоров наиболее широко применяют кристаллофосфоры, которые используют в светотехнике, телевидении, измерительной технике, медицине, ядерной физике, квантовой электронике и т.д.

Органические люминофоры – это сложные высокомолекулярные соединения: ароматические углеводороды и их производные, гетероциклические соединения, комплексные соединения атомов металлов с органическими лигандами и т.д. Их используют в молекулярной биологии и медицине для обнаружения и определения малых количеств вещества. При этом особое значение приобретает применение небольших количеств некоторых органических люминофоров (например, флуоресцины, акридин желтый) в качестве меток и микрозондов для изучения жизнедеятельности клеток, проницаемости мембран, межклеточных взаимодействий, установления границ поражения тканей, транспорта лекарственных препаратов или отравляющих веществ в живых организмах.

Люминесценция, её классификация и основные закономерности.

БАЛТИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

КАФЕДРА Н-2

ДИСЦИПЛИНА — ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ИЗМЕРЕНИЙ ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №

ПРИМЕНЕНИЕ ЯВЛЕНИЯ ЛЮМИНЕСЦЕНЦИИ В ФИЗИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЯХ

СТ. ПРЕПОДАВАТЕЛЬ ЮЛИШ В.И.

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

Г.

1.Цель работы: изучить явление люминесценции, ознакомиться с

принципом действия и конструктивными особенностями люминесцентного микроскопа МБИ- 15.

Краткие сведения из теории.

Явления люминесценции, известные человечеству с незапамятных времен, составили раздел физической оптики и спектроскопии начиная с первых десятилетий нашего века, когда установились квантовые представления на природу света и вещества. Бурное развитие этого раздела науки во многом обязано советским ученым и, прежде всего, школе академика С.И.Вавилова.

Изучение люминесцентных свойств вещества нередко дает возможность добывать о нем ценнейшую информацию, которую в ряде случаев не удается получить никакими другими способами. Это делает люминесцентные методы весьма эффективными при исследовании самых различных физических, химических и биологических процессов.

Люминесценция, её классификация и основные закономерности.

Способность атомов и молекул поглощать энергию, поступающую к ним извне, вызывает новое энергетическое состояние вещества, которое называется возбужденным. Избыточная энергия атомов или молекул, полученная при возбуждении, может быть израсходована на отрыв электронов  ионизацию вещества; на какие-либо фотохимические реакции; на нагрев вещества, т. е. переход избыточной энергии в тепловую. Кроме того, возбужденные атомы или молекулы способны отдавать всю избыточную энергию или часть ее в виде света. Как правило, большинство твердых веществ при сильном нагревании светятся. Такое свечение раскаленных тел называют температурным или тепловым излучением. Чем больше энергии при данной температуре поглощает тело, тем оно больше ее излучает.

У некоторых веществ наблюдается свечение и без нагревания при комнатной температуре, которое называют холодным свечением или люминесценцией. В отличие от температурного люминесцентное излучение является неравновесным и продолжается относительно долгое время после прекращения действия внешнего возбуждающего фактора. Люминесценция возникает в результате поглощения веществом энергии возбуждения и перехода его частиц из нормального в возбужденное электронное состояние. Таким образом, люминесценциейявляется свечение атомов, молекул, ионов и других более сложных комплексов, возникающее в результате электронного перехода в этих частицах при их возвращении из возбужденного состояния в нормальное.

Переходя в более низкое энергетическое состояние, возбужденные частицы испускают квант света – люминесцируют. Длительность послесвечения для различных люминесцирующих веществ различна: от миллиардных долей секунды (для отдельных атомов и молекул) до часов и даже нескольких суток (для кристаллофосфоров). Исходя из этого, все известные виды люминесценции были разделены на два больших класса, получивших название флуоресценции и фосфоресценции. Под флуоресценцией понималось свечение, мгновенно (

Читайте также  Идеал общественного деятеля в поэзии Некрасова

10 с) затухающее после прекращения возбуждения; фосфоресценцией стали считать свечение, продолжающееся заметный промежуток времени (>10 с) после прекращения возбуждения. Классификация носила чисто качественный характер и не позволяла установить четкой границы между этими двумя видами свечения. Иногда под флуоресценцией понимают спонтанную люминесценцию, а под фосфоресценцией вынужденную люминесценцию.

Явления люминесценции многообразны по свойствам и происхождению. Различные виды люминесценции определяются характером энергии возбуждения, продолжительностью свечения и химическими свойствами люминесцирующих веществ.

В случае возбуждения вещества световыми квантами возникающее свечение получило название фотолюминесценции. В настоящее время выделяют особый вид фотолюминесценции — атомную флуоресценцию, соответствующую световому возбуждению свечения атомов веществ, находящихся в газообразном состоянии.

Свечение, возникающее под действием катодных лучей, было названо катодолюминесценцией. При возбуждении свечения рентгеновскими лучами возникает рентгенолюминесценция. Радиолюминесценция возбуждается быстрыми частицами, такими как продукты радиоактивного распада и космические лучи. Излучение, вызванное действием электрического поля, называется электролюминесценцией. Существуют и другие виды люминесценции. Это хемилюминесценция, когда источником энергии возбуждения является энергия химической реакции (ее разновидностью можно считать биолюминесценцию, которая возникает у живых организмов при окислении особых веществ). Ионолюминесценция – свечение при прохождении ультразвуковых волн через растворы некоторых веществ.

В зависимости от характера элементарных процессов, приводящих к люминесцентному излучению, различают:

1. Спонтанная люминесценция – состоит в том, что под воздействием источника люминесценции вначале происходит возбуждение атомов (молекул или ионов) на промежуточные возбужденные энергетические уровни – далее с этих уровней происходят излучательные, а чаще безызлучательные переходы на уровни, с которых излучается люминесцентное свечение. Такой вид люминесценции наблюдается у сложных молекул в парах и растворах, у примесных центров в твердых телах. Спонтанное и вынужденное излучения наиболее характерны для молекулярных систем. Поэтому эти виды свечения часто объединяют одним понятием молекулярной люминесценции

Схема квантовых переходов при элементарном процессе люминесценции: 1 — основной энергетический уровень; 2 — уровень излучения; 3 — уровень возбуждения. Переход 3—1, показанный пунктирной стрелкой, соответствует резонансной люминесценции, переход 2—1 — спонтанной люминесценции.

2. Вынужденная (метастабильная) люминесценция характерна тем, что под действием источника люминесценции происходит переход на метастабильный уровень, а затем следует переход на уровень люминесцентного излучения. Примером является фосфоресценция органических веществ.

Схема квантовых переходов при метастабильной (стимулированной) люминесценции. Для перехода с метастабильного уровня 4 на излучающий уровень 2 атом должен поглотить дополнительную энергию;
1 — основной уровень; 3 — уровень возбуждения.

3. Рекомбинационная люминесценция происходит в результате воссоединения частиц, разделившихся при поглощении возбуждающей энергии. В газах может происходить рекомбинация радикалов или ионов, в результате которой возникает молекула в возбужденном состоянии. Последующий переход в основное состояние может сопровождаться люминесценцией. В твердых кристаллических телах рекомбинационная люминесценция возникает в результате появления неравновесных носителей заряда (электронов или дырок) под действием какого-либо источника энергии. Различают рекомбинационную люминесценцию при переходах «зона – зона» и люминесценцию дефектных или примесных центров (т. Н. центров люминесценции). Во всех случаях процесс люминесценции может включать захват носителей на ловушках с их последующим освобождением тепловым или оптическим путем, т. е. включать элементарный процесс, характерный для метастабильной люминесценции. В случае люминесценции центров, рекомбинация состоит в захвате дырок на основной уровень центра и электронов на возбуждённый уровень. Излучение происходит в результате перехода центра из возбуждённого состояния в основное. Рекомбинационная люминесценция наблюдается в типичных полупроводниках, например германии и кремнии. Независимо от механизма элементарного процесса, ведущего к люминесценции, излучение, в конечном случае, происходит при спонтанном переходе из одного энергетического состояния в другое.

4. Резонансная флуоресценция наблюдается в парах атомов и состоит в спонтанном высвечивании с того же энергетического уровня, на котором оказался излучающий атом при поглощении энергии от источника люминесценции. При возбуждении резонансной флуоресценции светом имеет место резонансное излучение, переходящее в резонансное рассеяние при увеличении плотности паров. Спонтанное и вынужденное излучения наиболее характерны для молекулярных систем. Поэтому эти виды свечения часто объединяют одним понятием молекулярной люминесценции.

Чаще всего для возбуждения фотолюминесценции используют источники ультрафиолетового (УФ) излучения, так как чем выше частота возбуждающего света, тем больше вероятность возбуждения. В лабораторной работе в качестве такого источника использовалась ртутная лампа. УФ часть спектра выделяется с помощью светофильтра и через светоотделительную пластину попадает на объект, не давая ультрафиолету попасть в окуляр. Под действием ультрафиолета в объекте может возбуждаться излучение в видимой части спектра, которое через светоотделительную пластину и зеркало направляется в окуляр. Оптическая схема приведена ниже.

Люминесценция — механизм и применение в источниках света

Люминесценцией называется свечение вещества, возникающее в процессе преобразования поглощенной им энергии — в оптическое излучение. Данное свечение не вызвано непосредственно нагревом вещества.

Механизм явления связан с тем, что под воздействием внутреннего или внешнего источника, в веществе возбуждаются атомы, молекулы или кристаллы, которые затем испускают фотоны.

В зависимости от длительности получаемого таким образом свечения, которое в свою очередь зависит от времени жизни возбужденного состояния, различают быстро затухающую и длительную люминесценцию. Первая называется флуоресценцией, вторая — фосфоресценцией.

Чтобы вещество могло люминесцировать, его спектры должны быть дискретными, то есть энергетические уровни атомов должны быть отделены друг от друга зонами запрещённых энергий. По этой причине металлы в твёрдом и в жидком состоянии, обладающие непрерывным энергетическим спектром, не люминесцируют вовсе.

В металлах энергия возбуждения просто непрерывно переходит в тепло. И только в коротковолновом диапазоне металлы могут испытывать рентгеновскую флуоресценцию, то есть под действием рентгеновского излучения испускать вторичные рентгеновские лучи.

Механизмы возбуждения люминесценции

Существуют различные механизмы возбуждения люминесценции, в соответствии с которыми люминесценция бывает нескольких видов:

    Фотолюминесценция — возбуждается светом видимого и ультрафиолетового диапазона.

Хемилюминесценция — возбуждается химической реакцией.

Катодолюминесценция — возбуждается катодными лучами (быстрыми электронами).

Сонолюминесценция — возбуждается в жидкости ультразвуковой волной.

Радиолюминесценция — возбуждается ионизирующим излучением.

Триболюминесценция — возбуждается растиранием, раздавливанием или раскалыванием люминофоров (электрическими разрядами между наэлектризованными осколками), причем в данном случае свет разряда возбуждает фотолюминесценцию.

Биолюминесценция — свечение живых организмов, достигаемое ими самостоятельно или с помощью других участников симбиоза.

Электролюминесценция — возбуждается электрическим током, пропускаемым через люминофор.

Кандолюминесценция — калильное свечение.

Термолюминесценция — возбуждается нагреванием вещества.

Применение люминесценции в источниках света

Люминесцентными источниками света называют такие, чье свечение основано на явлении люминесценции. Так, все газоразрядные лампы относятся к люминесцентным источникам и к источникам смешанного излучения. В фотолюминесцентных лампах свечение создается люминофором, возбуждаемым излучением электрического разряда.

Белые светодиоды обычно изготавливают на базе синего кристалла InGaN и желтого люминофора. Применяемые большинством изготовителей желтые люминофоры — это модификация иттрий-алюминиевого граната, легированного церием с валентностью три.

Спектр люминесценции данного люминофора имеет характерный максимум длины волны в районе 545 нм. Длинноволновая часть спектра превосходит коротковолновую. Модификация люминофора добавками галлия и гадолиния, позволяет сдвигать максимум спектра в сторону холодной области (галлий) или в сторону теплой области (гадолиний).

Читайте также  Горячая объемная штамповка

Судя по спектру люминофора применяемого в светодиодах Cree, кроме иттрий-алюминиевого граната в состав люминофора белого светодиода добавляют люминофор с максимумом излучения, сдвинутым в красную область.

По сравнению с люминесцентными лампами, применяемый в светодиодах люминофор обладает большим сроком службы, причем старение люминофора определяется главным образом температурой. Люминофор обычно наносят прямо на кристалл светодиода, который сильно разогревается. Прочие факторы влияния на люминофор сказываются на сроке их службы менее выраженно.

Старение люминофора приводит не только к снижению яркости светодиода, но и к изменению оттенка получаемого света. При значительной деградации люминофора становится хорошо заметен синий оттенок свечения. Это связано с изменяющимися свойствами люминофора, и с тем, что в спектре начинает доминировать собственное излучение светодиодного чипа. С внедрением технологии изолированного слоя люминофора, влияние температуры на скорость его деградации снижается.

Другие применения люминесценции

В фотонике более всего применяются преобразователи и источники света, в основе которых электролюминесценция и фотолюминесценция: светодиоды, лампы, лазеры, люминесцентные покрытия и т. д. — это как раз та область, в которой люминесценция служит очень широко.

Кроме того спектры люминесценции помогают ученым в исследовании состава и структуры веществ. Методы люминесценции дают возможность определить размеры, концентрацию и пространственное распределение наночастиц, а также время жизни возбужденных состояний неравновесных носителей заряда в полупроводниковых структурах.

Разные виды люминесценции

Лекция №5

Флуорометрия. ИК-спектроскопия.

Теоретические основы люминесценции.

Любое горячее тело посылает тепловое излучение, обусловленное энергией движения атомов и молекул. В отличие от этого, люминесценцией называют такое излучение, которое вещества испускают после предварительного возбуждения без всякой помощи тепловой энергии. Следовательно, о люминесценции можно говорить, когда какие-либо вещества светятся при обычной температуре среды, причём подобное излучение вызывается не температурой излучающего тела. В зависимости от того или иного механизма возбуждения возможны разные виды люминесценции (см. табл. 1).

Разные виды люминесценции

Вид люминесценции Механизм возбуждения Пример
Радиолюминесценция Воздействие высокоэнергетических частиц или гамма-излучение радиоактивных процессов Самосветящиеся цифры на циферблате часов
Электролюминесценция Воздействие электрических полей Свечение газоразрядных ламп
Хемилюминесценция Излучение, возбуждённое химическими реакциями Окисление белого фосфора на воздухе
Биолюминесценция Химико-биологические процессы Светящиеся рыбы, жучки, бактерии
Триболюминесценция Механическое воздействие Растирание или разбивка кристаллов сахара
Кристаллолюминесценция Кристаллизация Окислы мышьяка
Фотолюминесценция Поглощение света УФ/видимой или ИК- области спектра Флуоресценция и фосфоресценция

У фотолюминесценции различают – в зависимости от продолжительности процесса излучения – флуоресценцию и фосфоресценцию. Флуоресценция возникает, когда участвующие возбуждённые состояния имеют в качестве исходной точки для фотоэмиссии среднее время жизни порядка 10 –8 с; фосфоресценция имеет место, когда это время составляет более 10 –3 с.

Рассмотрим подробнее эти два явления и их использование в измерительной технике. УФ- и видимая области спектра являются важнейшими для флуорометрии. Оптическая флуорометрия, именуемая также флуоресцентной спектроскопией, ограничивается, следовательно, интервалом длин волн примерно от 200 до 2000 нм. Поглощение излучения в этом диапазоне поднимает электроны с самой внешней электронной оболочки (валентные электроны) на более высокий, возбуждённый энергетический уровень. Эту подведённую энергию молекулы могут вновь отдавать посредством безызлучательной дезактивации, разложения, реакций или посылки света.

Итак, флуорометрия – это эмиссионная спектроскопия, которая находит применение как в качественной, так и в количественной аналитике. При известных компонентах можно по уровню сигнала сделать заключение об их концентрации, неизвестные же вещества идентифицируются путём сравнения их спектров.

При большом числе химических соединений флуоресценция вообще не обнаруживается. Поглощённая энергия в в большинстве случаев вновь отдаётся путём безызлучательной дезактивации, причём следует делать различие между межмолекулярными и внутримолекулярными процессами. К внутримолекулярным процессам относят столкновения второго рода, при которых энергия возбуждения при соударении с другими молекулами принимается ими в виде кинетической или колебательной энергии («тушение флуоресценции»).

Фотолюминесценция наступает только у органических соединений, содержащих электроны p-связей. В силу характеристических свойств электронов p-связей эти соединения не требуют большой энергии для оптического возбуждения, но имеют, с другой стороны, столь стабильную систему связи, что не диссоциируют в условиях возбуждения.

Флуоресценция.

При комнатной температуре большинство молекул находится на низшем колебательном уровне основного состояния S. В результате поглощения энергии молекулы могут достигать либо первого возбуждённого состояния S1, либо второго возбуждённого состояния S2. Если переход осуществляется из возбуждённого состояния A* в основное состояние A в результате того, что энергия возбуждения отдаётся путём излучения света относящейся сюда частоты v, то можно говорить о флуоресценции:

Можно было бы ожидать, что длина волны флуоресценции точно совпадёт с длиной волны поглощения, как это бывает при эмиссии возбуждённых атомов (резонансная флуоресценция). Однако в экспериментах с флуоресценцией молекул наблюдают обычно длинноволновое смещение относительно абсорбции, происходящее с участием атомных колебаний (правило Стокса).

После того как молекула поглотит энергию и достигнет одного из верхних колебательных уровней возбуждённого состояния, она вследствие соударений очень быстро теряет избыток колебательной энергии и падает на низший колебательный уровень первого возбуждённого состояния (рис. 1). Такое внутреннее преобразование осуществляется безызлучательно, продолжительность этих внутренних переходов составляет 10 –12 с.

После такой безызлучательной дезактивации молекула при переходе из первого возбуждённого состояния на один из колебательных уровней основного состояния может отдавать высвобождающуюся энергию в форме света. Наблюдается флуоресцентное излучение, смещённое относительно поглощения к более длинным волнам, то есть к «красной» области спектра, и, следовательно, к меньшей энергии. Никакого сдвига к красному не происходит при «резонансной флуоресценции», например в случае атомов.

Фосфоресценция.

Флуоресценция и фосфоресценция существенно различаются по времени затухания. Если излучение флуоресценции затухает в течение 10 –9 – 10 –6 с, то при появлении фосфоресценции световое излучение длится дольше возбуждения на период от 10 –4 до 100 с. Объяснение такой разницы во времени затухания следует искать в электронной теории.

При возбуждении электронов обычно сохраняется и момент количества движения, или момент импульса (спин). У пар электронов с противоположными спинами при возбуждении сохраняется и их чётность. Но может произойти переориентация возбуждённого электрона, и тогда образуется молекула с неспаренными спинами. Согласно квантовой теории, такая молекула находится, как принято говорить, в триплетном состоянии. Прямой переход из основного состояния в триплетное с точки зрения квантовой теории запрещён. Вероятный процесс переориентации спина может осуществляться только в результате спин-орбитальной связи, то есть при взаимодействии спина электрона с его орбиталями. Триплетное состояние достигается исключительно на основе перехода из обычного возбуждённого (синглетного) состояния равной энергии.

В то время как возврат из синглетного состояния в основное в случае флуоресцентного излучения происходит легко и быстро, возврат из триплетного состояния в основное затруднителен, так как при этом вновь должна произойти переориентация спина. Связанное с этим запаздывание излучения света и есть фосфоресценция.

Следует различать два типа фосфоресценции: излучение, протекающее преимущественно при повышенной температуре и по своему спектру совпадающее с флуоресценцией, – высокотемпературная, или a-фосфоресценция, и длинноволновое, наблюдаемое только при низкой температуре излучение, – низкотемпературная, или b-фосфоресценция. (рис. 2).

Читайте также  Обеспечение пожарной безопасности производственных объектов

При a-фосфоресценции молекула из метастабильного состояния в результате поглощения тепловой энергии вновь возвращается в возбуждённое состояние S1, откуда теперь осуществляется обычное излучение флуоресценции, которое, однако, в силу промежуточного пребывания возбуждённой молекулы в метастабильном состоянии Т запаздывает по сравнению с нормальной флуоресценцией.

При b-фосфоресценции переход в основное состояние осуществляется прямо из возбуждённого метастабильного триплетного состояния. Поскольку в триплетном состоянии молекула обладает меньшей энергией, чем в соответствующем синглетном состоянии, то при этом излучается меньше световой энергии. Таким образом, излучение b-фосфоресценции всегда происходит в интервале более длинных волн, чем излучение флуоресценции (рис. 3).

Дата добавления: 2016-04-11 ; просмотров: 2401 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Люминесценция, виды люминесценции

Люминесценциейназывают свечение тел, которое не может быть объяснено их тепловым излучением. Так, например, в видимой области спектра тепловое излучение становится заметным только при температуре

10 3 -10 4 К, а люминесцировать тело может при любой температуре. Поэтому люминесценцию часто называют холодным свечением. Одной из причин, вызывающих люминесценцию, является внешнее излучение, которое возбуждает молекулы тела.

Например, падающий свет. После прекращения процесса облучения люминесцентное свечение не прекращается тотчас же, а продолжается еще некоторое время. Это последействие отличает люминесценцию от таких явлений, как отражение и рассеяние света. В настоящее время в физике принято следующее определение люминесценции.

Люминесценция излучение, представляющее собой избыток над тепловым излучением тела и продолжающееся в течение времени, значительно превышающего период световых колебаний (10 15 с).

Вещества, способные превращать поглощаемую ими энергию в люминесцентное свечение, называют люминофорами.

Люминесценция — результат квантовых переходов в возбужденных атомах, молекулах, кристаллах. По виду возбуждения различают следующие типы люминесценции:

фотолюминесценция — возникает при возбуждении атомов светом (ультрафиолетовые лучи и коротковолновая часть видимого света);

рентгенолюминесценция— возникает при возбуждении атомов рентгеновским и γ-излучением (экраны рентгеновских аппаратов, индикаторы радиации);

катодолюминесценция— возникает при возбуждении атомов электронами (кинескопы, экраны осциллографов, мониторов);

радиолюминесценция— возникает при возбуждении атомов продуктами радиоактивного распада;

электролюминесценция — возникает при возбуждении атомов под действием электрического поля (возбуждение молекул газа электрическим разрядом — газоразрядные лампы);

• хемилюминесценция — возникает при возбуждении молекул в процессе химических реакций;

биолюминесценция — возникает в биологических объектах в результате определенных биохимических реакций;

сонолюминесценция— возникает под действием ультразвука.

• Резонансная люминесценция — люминесценция, при которой частота излучаемого света равна частоте поглощаемого света.

• Стоксова люминесценция — люминесценция, при которой частота излучаемого света меньше частоты поглощаемого света.

• Антистоксова люминесценция — люминесценция, при которой частота излучаемого света больше частоты поглощаемого света.

Как уже отмечалось выше, люминесценция продолжается и после прекращения внешнего возбуждения люминофора. По длительности остаточного свечения различают флуоресценцию и фосфоресценцию:

флуоресценция— кратковременное остаточное свечение, длительность которого составляет 10 -9 -10 -8 с;

фосфоресценция— продолжительное остаточное свечение, длительность которого составляет 10 -4 -10 4 с.

Механизмы фотолюминесценции

Фотолюминесценция начинается с возбуждения атома или молекулы фотоном внешнего излучения с некоторой частотой ν.

В результате чего атом переходит с основного энергетического уровня (1) на один из трех предполагаемых возбужденных уровней (2) следующим образом:

· Атом (молекула) возвращается на основной уровень с испусканием фотона, частота которого равна частоте поглощенного фотона: vл= ν(рис. 15.3, а).

Такая люминесценция называется резонансной.

Рис. 15.3.Виды люминесценции: а-резонансная, б-стоксовой, в-антистоксовой

· Возбужденный атом взаимодействует с окружающими его атомами и без-излучении переходит на нижний возбужденный уровень (2). Затем он переходит на основной уровень, испуская фотон меньшей частоты: νл

Спектры возбуждения и люминесценции. Правило Стокса.

Полоса возбуждения это интервал длин волн, поглощение которых сопровождается люминесценцией.

Стоксовая люминесценция — люминесценция, при которой частота излучаемого света меньше частоты поглощаемого света.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: