« Люминисценция »

1. Виды люминесценции, ее характеристика и влияющие факторы.

Люминесценция – это холодное свечение, не связанное с нагревом тел, которое прекращается как только будет использована энергия внешнего возбуждения.

Полное определение академика Вавилова:

Люминесценция – это излучение, избыточное над тепловым излучением данного тела в данной спектральной области при данной температуре, отличающееся также тем, что длительность этого свечения не прекращается сразу после его возбуждения.

Примеры люминесценции:

Природные – северное сияние, свечение некоторых насекомых и морских микроорганизмов, гниение, окисление фосфора и т.п.

Люминесценция широко используется:

в радиоэлектронике (телевизоры, осциллографы, калькуляторы и т.п.)

в неоновой рекламе дневного света

в медицинских ртутно-кварцевых лампах

лаках, красках

Виды люминесценции

По спектру:

• ИК (инфракрасная)

• видимая

• УФ (ультрафиолетовая)

• рентгеновская

По способу возбуждения:

• фотолюминесценция – возбуждается светом, наиболее распространена в природе;

• рентгенолюминесценция – возбуждается рентгеновскими лучами (экраны рентгеновских аппаратов, рентгеновские кассеты при съемке);

• радиолюминесценция – возникает при действии α, β-лучей и γ – излучения. Подтверждается открытием явления радиоактивности, обнаружением ионизирующих излучений;

• катодолюминесценция – вызывается движущимися электронами (свечение экрана телевизора);

• триболюминесценция – вызывается трением;

• электролюминесценция – вызывается электрическим полем (свечение неоновых реклам, ламп дневного света);

• хемилюминесценция – протекает при химических реакциях. Если она происходит в живых существах – биолюминесценция (светлячки, гнилушки);

• кристаллолюминесценция – возбуждается процессами кристаллизции.

1. По длительности свечения

• флуоресценция – свечение прекращается сразу после действия возбуждающего излучения (10-6 – 10-7 с).

• фосфоресценция – свечение может продолжаться сек., мин. и часы после окончания (τ > 10-7 с) действия возбуждающего излучения (циферблаты часов, приборов, красители). Фосфоресцирующие твердые вещества называются люминофоры (фосфоры).

2. По природе люминесцирующего вещества

• первичная – если люминесцирует само вещество (витамины А и В)

• вторичная - если вещество люминесцирует после обработки люминесцирующими красителями (флюорохромами). При обработке клеток крови флюорохромами они начинают светиться.

Особенности люминесценции

1. Наблюдается у твердый, жидких и газообразных тел.

2. Имеет конечную длительность свечения.

3. Не подчиняется законам теплового излучения.

4. Представляет собой электромагнитное излучение, испускаемое возбужденными атомами, молекулами и ионами.

2. Механизм возникновения люминесценции.

Люминесценция – квантовый процесс, механизм которого объясняется с позиций квантовой механики. Он пока не изучен до конца, но в упрощенном варианте объясняется следующим образом: (с помощью постулатов Бора). Кванты света при воздействии на атом вещества переводят один или несколько электронов на более высокие энергетические уровни, соответствующие возбужденному состоянию атома.

Е₂ > Е₁ Е₁ < Е_n < Е₂

hν Iлюм – квант люм. при прямом переходе

hν IIлюм – квант люм. при ступенчатом переходе

Е возбужденный уровень

Е 2 промежуточный уровень

1

Е основной уровень

При обратном переходе его на основной уровень излучается фотон с энергией, равной энергии перехода. Обратный переход может быть либо прямым (1), либо ступенчатым (2) через промежуточный уровень. При этом испускается квант излучения (hν люм)

hν _люм = Е₂ - Е₁

Люминесцентное свечение, вызванное прямым переходом, характерно для паров металла и газов (линейчатый спектр). Ступенчатый переход характерен для растворов веществ, имеющих сложные молекулы.

Основные характеристики люменесценции.

1. Спектр возбуждения – это совокупность тех длин волн возбуждающего излучения, которые при поглощении в наибольшей степени вызывают люминесценцию.

2. Спектр люминесценции (излучение) – это совокупность тех длин волн, из которых состоит излучение люминесценции.

Энергетический выход – безразмерная величина, равная отношению энергии люминесценции к поглощенной энергии

В _эн = Е _люм = hν _люм = ν _люм = λ _погл.

Е _п hν _погл. ν _погл. λ _люм

4. Квантовый выход – безразмерная величина, равная отношению числа

квантов излучения люминесценции (N люм.) к числу квантов поглощен

ного возбуждающего излучения (N погл.).

В _кв = N _люм

N _погл.

Для флуохромов (красителей) В кв составляет:

• флуоресцин в воде – 0,8

• акридиновый оранжевый в воде – 0,08

• редамин в воде – 0,25

С возрастанием В кв увеличивается чувствительность реакции на вещество по его люминесценции.

Основные факторы, влияющие на люминесценцию

• Вид вещества.

• РН среды (флуоресцин хорошо люминесцирует в водной щелочной среде, и плохо – в кислой).

• Температура (при ↑ t0С, люминесц. ↓).

• Концентрация люминесцентного вещества.

• Интенсивность возбуждающего излучения.

• Присутствие посторонних веществ