Знаймо

Додати знання

приховати рекламу

Цей текст може містити помилки.

Люмінесценція



План:


Введення

Люмінесціюючої комаха поруч з супліддям гравілату

Люмінесценція (від лат. lumen , Рід. відмінок luminis - Світло і -Escent - Суфікс, що означає слабку дію) - нетеплове світіння речовини, що відбувається після поглинання ним енергії збудження. Вперше люмінесценція була описана в XVIII столітті.

Спочатку явище люмінесценції використовувалося при виготовленні світних фарб і світлових складів на основі так званих фосфором, для нанесення на шкали приладів, призначених для використання в темряві. Особливої ​​уваги в СРСР люмінесценція не приваблювала аж до 1948, коли радянський вчений С. І. Вавилов на сесії Верховної ради запропонував почати виготовлення економічних люмінесцентних ламп і використовувати люмінесценцію в аналізі хімічних речовин. У побуті явище люмінесценції використовується найчастіше в люмінесцентних лампах "денного світла" і електронно-променевих трубках кінескопів. На використанні явища люмінесценції засновано явище посилення світла, експериментально підтверджене роботами В. А. Фабриканта і лежить в основі науково-технічного напряму квантової електроніки, конкретно знаходить своє застосування в підсилювачах світла і генераторах стимульованого випромінювання ( лазерах).


1. Загальна характеристика

"Будемо називати люмінесценцією надлишок над температурним випромінюванням тіла в тому випадку, якщо це надмірне випромінювання має кінцевою тривалістю приблизно 10 -10 секунд і більше". Таке канонічне визначення люмінесценції, дане російським вченим С. І. Вавілов в 1948. Це означає, що яскравість люмінесцирующего об'єкта в спектральному діапазоні хвиль його випромінювання істотно більше, ніж яскравість абсолютно чорного тіла в цьому ж спектральному діапазоні, що має ту ж температуру, що і люмінесціюючої тіло. [1]

Перша частина визначення дозволяє відрізнити люмінесценцію від теплового випромінювання, що особливо важливо при високих температурах, коли термоізлученіе набуває велику інтенсивність. Важливою особливістю люмінесценції є те, що вона здатна виявлятися при значно нижчих температурах, тому що не використовує теплову енергію випромінюючої системи. За цей люмінесценцію часто називають "холодним свіченням". Критерій тривалості, введений Вавіловим, дозволяє відокремити люмінесценцію від інших видів нетеплового випромінювання: розсіювання та відбиття світла, комбінаційного розсіяння, випромінювання Черенкова. Тривалість їх менше періоду коливання світлової хвилі (тобто <10 -10 c).

Фізична природа люмінесценції полягає в випромінювальних переходах електронів атомів або молекул зі збудженого стану в основний. При цьому причиною первісного їх порушення можуть служити різні чинники: зовнішнє випромінювання, температура, хімічні реакції і ін

Речовини, які мають делокалізованих електрони (зв'язані системи), мають найсильнішою люмінесценцією. Антрацен, нафталін, білки, що містять ароматичні амінокислоти і деякі простетичноїгрупи, багато пігменти рослин і зокрема хлорофіл, а також ряд лікарських препаратів мають яскраво виражену здатність до люмінесценції. Органічні речовини, здатні давати люмінесцирующие комплекси зі слабо люмінесцентними неорганічними сполуками, часто використовуються в люмінесцентному аналізі. Так, в люмінесцентної титриметрии часто застосовується речовина флуоресцеїн.

Спочатку поняття люмінесценція відносилося тільки до видимого світла. В даний час воно застосовується до випромінювання в інфрачервоному, видимому, ультрафіолетовому і рентгенівському діапазонах (див. шкала електромагнітних хвиль).

Багато форм природного люмінесценції були відомі людям дуже давно. Наприклад, світіння комах (світлячки), світіння морських риб і планктону, полярні сяйва, світіння мінералів, гниючого дерева і інших розкладаються органічних речовин. В даний час до природних форм додалося багато штучних способів збудження люмінесценції. Тверді і рідкі речовини, здатні люминесцировать, називають люмінофорами (від лат. lumen - Світло і др.-греч. phoros - Несучий).

Щоб речовина була здатна люминесцировать, його спектри повинні мати дискретний характер, тобто його енергетичні рівні повинні бути розділені зонами заборонених енергій. Тому метали у твердому і рідкому стані, що володіють безперервним енергетичним спектром, не дають люмінесценції. Енергія збудження в металах безперервним чином переходить в тепло. І лише в короткохвильовому діапазоні метали можуть відчувати рентгенівську флуоресценцію, тобто під дією рентгенівського випромінювання випускати вторинні Х-промені.


2. Типи люмінесценції

Люмінесцентне свічення тел прийнято ділити на наступні види:

В даний час найбільш вивчена фотолюмінесценція.

У твердих тіл розрізняють три види люмінесценції:

  • мономолекулярна люмінесценція - акти збудження і випускання світла відбуваються в межах одного атома або молекули;
  • метастабільна люмінесценція - акти збудження і випускання світла відбуваються в межах одного атома або молекули, але за участю метастабільного стану;
  • рекомбінаційна люмінесценція - акти збудження і випускання світла відбуваються в різних місцях.

3. Спектри люмінесценції

Спектром люмінесценції називають залежність інтенсивності люмінесцентного випромінювання від довжини хвилі випускається світла. Найбільш прості - атомні спектри, в яких зазначена вище залежність визначається тільки електронною будовою атома. Спектри молекул набагато складніші внаслідок того, що в молекулі реалізуються різні деформаційні і валентні коливання. При охолодженні до наднизьких температур суцільні спектри люмінесценції органічних сполук, розчинених в певному розчиннику, перетворюються в квазілінейчатие. Це явище отримало назву ефекту Шпольського. Це веде до зниження межі виявлення і підвищенню вибірковості визначень, розширенню числа елементів, які можна визначати люмінесцентним методом аналізу.


3.1. Принцип Франка - Кондона

Частина електронної енергії при поглинанні і випусканні світла повинна витрачатися на збільшення коливань структури, перетворюватися на тепло. Явище спостерігається в результаті різкої зміни градієнта електронної енергії близько ядер при збудженні і релаксації.

3.2. Правило Стокса - Ломмеля

Спектр люмінесценції, як правило, зсунутий відносно спектра поглинання в сторону довгих хвиль. Дане правило прийнято пояснювати втратою деякої частини поглиненої енергії на тепловий рух молекул. Зазначимо, що існує антістоксовскій люмінофор випромінює більш короткохвильове випромінювання ніж падаюче. Як правило одне і теж речовина здатна випускати випромінювання як в стоксовой, так і в антистоксової областях спектру, щодо частоти збуджуючого люмінесценцію випромінювання.


3.3. Сталість спектра люмінесценції

Незалежно від способу збудження і довжини хвилі збуджуючого світла спектр люмінесценції залишається незмінним при даній температурі. Дане правило справедливо тільки в разі використання однієї і тієї ж порушуємо середовища, системи реєстрації випромінювання люмінесценції. Безліч дозволених енергетичних рівнів в атомі / молекулі, а також безліч довжин хвиль джерел збудження люмінесценції дозволяє для використовуваної середовища отримувати безліч спектрів люмінесценції в різних областях спектру і не повторюють один одного.


3.4. Правило дзеркальної симетрії Левшина

Спектральні лінії випускання і поглинання в координатах частоти є взаємним дзеркальним відображенням. Положення осі симетрії показує енергію чисто електронного переходу. Даним властивістю володіють в основному рідкі люмінофори; дослідження останніх років показали, що воно може бути справедливо і для середовищ в інших агрегатних станах.

4. Вихід люмінесценції

Вихід - одна з найважливіших характеристик люмінесценції. Виділяють квантовий вихід і енергетичний вихід. Під квантовим виходом розуміють величину, що показує відношення середнього числа випроменених квантів на один поглинений:

\ Varphi = N_ \ mathrm {i} / N_ \ mathrm {p},

де:

  • N_ \ mathrm {i} - Число випроменених квантів,
  • N_ \ mathrm {p} - Число поглинених квантів.

Вавіловим було показано, що квантовий вихід в розчинах не залежить від довжини хвилі збуджуючого світла. Це пов'язано з величезною швидкістю коливальної релаксації, в ході якої збуджена молекула передає надлишок енергії молекулам розчинника.

Енергетичний вихід - відношення енергії випромінюють квантів до енергії поглинених:

де \ Nu - Частота випромінювання. Енергетичний вихід із зростанням довжини хвилі збуджуючого світла спочатку зростає пропорційно довжині хвилі збуджуючого її світла, потім залишається постійним і після деякої граничної довжини хвилі різко падає вниз (закон Вавилова).


5. Гасіння люмінесценції

Відмінність виходу люмінесценції від одиниці обумовлено т. н. процесами гасіння. Розрізняють концентраційне, внутрішнє, температурне, зовнішнє статичне і динамічне гасіння.

Внутрішнє гасіння обумовлено безвипромінювальних переходами внутрішньої конверсії та коливальної релаксації. Найбільш яскраво воно проявляється в симетричних структурах з великим числом спряжених зв'язків, конформационно нежорстких структурах.

Температурне гасіння є різновидом внутрішнього. Під впливом температури здатність молекули деформуватися зростає, і, як наслідок, зростає ймовірність безвипромінювальних переходів.

Зовнішній статичний гасіння засноване на взаємодії люмінесцирующего з'єднання з іншою молекулою і освітою невипромінюючому продукту.

Динамічне гасіння спостерігається, коли збуджена молекула люмінофора набирає сторонню реакцію і втрачає свої властивості.

Концентраційне гасіння - результат поглинання молекулами речовини власного випромінювання.


Література

  • Шпольський Е. В. Атомна фізика (в 2-х тт.). - М.: Наука, 1984.
  • Ландсберг Г. С. Оптика. - 6-е изд., Стереотипами. - М.: Физматлит, 2003. - 848 с.
  • Лаковіч Дж. Основи флуоресцентної спектроскопії. - М.: Мир, 1986. - 496 с.
  • Harvey D. Modern Analytical Chemistry. - Boston, 2000. - 798 p.
  • Столяров К. П., Григор'єв Н. Н. Введення в люмінесцентний аналіз неорганічних речовин. - Л., 1967. - 364 с.
  • Захаров І. А., Тимофєєв В. Н. Люмінесцентні методи аналізу. - Л., 1978. - 95 с.

Цей текст може містити помилки.

Схожі роботи | скачати
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru