1.3 Загасання люмінесценції

1.3.1.Загасання люмінесценції дискретних центрів

Інтенсивність люмінесценції після припинення збудження поступово убуває (загасає).

Нехай у деякий момент часу t число збуджених молекул речовини дорівнювало N . Зменшення числа збуджених молекул -dN за інтервал часу dt пропорційний N і dt, тобто

(7)

де  - постійна загасання.

Очевидно, , тобто постійна загасання дорівнює відносному числу збуджених молекул, що переходять в основний стан, випромінюючи фотони люмінесценції, за 1 с.

Інтегруючи (7), дістанемо:

,

звідки

(8)

Оскільки інтенсивність люмінесценції пропорційна швидкості зменшення числа збуджених молекул , то з (9) неважко одержати

(9)

де I₀- інтенсивність люмінесценції в момент часу t=0. З (9) видно, що люмінесценція дискретних центрів загасає за експоненціальному закону.

Звичайно для характеристики швидкості загасання люмінесценції поряд з постійною  використовують поняття середнього часу життя молекули в збудженому електронному стані , що чисельно дорівнює часу, протягом якого число збуджених молекул зменшується в е раз. З (9) випливає:

,

(10)

Тобто середній час життя обернено пропорційний постійній загасання.

1.3.2. Загасання рекомбінаційного світіння

У рекомбінаційному світінні зменшення числа вільних електронів викликана їх рекомбінацією з іонами кристалічної ґратки. Зменшення числа вільних електронів –dN пропорційнj їх числу N_ел, числу іонів ґрати N_гр і проміжку часу dt :

(11)

_{У найпростішому випадку, коли}

(12)

Інтегруючи вираз (12), дістанемо:

і остаточно:

(13)

Інтенсивність люмінесценції пропорційна . Тоді

(14)

Для люмінофора, що використовується в даній лабораторній роботі, уже при малих часах загасання (t<0.1 с) починає виконуватися нерівність , тому

(15)

Закон загасання (15) виведений у припущенні, що N_ел = N_гр. У більш загальному випадку, коли число вільних електронів не дорівнює числу іонів закон загасання має вид:

(16)

де I₀ - інтенсивність люмінесценції в момент часу t=1 , а коефіцієнт загасання  лежить у межах

2. Експериментальна частина

Метою даної роботи є визначення закону загасання люмінесценції для даної речовини і відповідного типу люмінесценції.

Схема установки показана на рис.6.

Рис.6

Досліджувана речовина (люмінофор) поміщають у положення 1. Протягом заданого часу його опромінюють світлом лампи S , а потім поміщають у положення 2 так, щоб світло люмінесценції попадало на фотоелемент ФЕ, фотострум якого реєструється гальванометром Г. Між переміщеннями люмінофора з положення 1 у положення 2 його, відповідно до завдання, витримують у проміжному положенні визначений час (t=l,2,...c). Відлік по гальванометрі в положенні 2 беруть у той момент, коли його стрілка (світловий промінь) максимально відхиляється від нульового положення. Далі, унаслідок випромінювання люмінофора інтенсивність люмінесценції падає, і стрілка гальванометра повертається до нуля. Після закінчення випромінювання люмінофора проводиться наступний дослід (з іншим часом витримки в проміжному стані).

Результати вимірів заносять у таблицю.

Час опромінення, t = … c	Час витримки, с
Інтенсивність люмінесценції	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
1-а серія
2-а серія
3-серія
Середнє
lnI
Lnt

3. Виведення розрахункової формули

3.1. У тому випадку, якщо в досліджуваному зразку відбувається світіння дискретних центрів, то загасання люмінесценції описується формулою (9). Прологарифмувавши цей вираз, дістанемо:

(17)

Позначивши _, можна записати:

(18)

тобто у цьому випадку залежність lnI від t буде лінійною (рис.7-б). В інших же координатах (наприклад, lnI від lnt ця залежність буде нелінійною (рис.7-в)

.

Рис.7

3.2. Для рекомбінаційного світіння закон загасання має вид (16). Логарифмуючи це вираження, одержимо:

(19)

Позначивши _, дістанемо:

(20)

тобто у даному випадку залежність lnІ від lnt буде лінійною (рис.86).

Рис.8