Разное / Всякое / Физика темы 1-52 расширенный курс / 35. Люминесценция, её виды. Флюоресценция и фосфоресценция

35. Люминесценция, её виды. Флюоресценция и фосфоресценция. Метастабильные уровни. Правило Стокса. Понятие о люминесцентном анализе.

Люминесценция

Люминесценцией называют любое не тепловое излучение.

Источники энергии для этого излучения могут быть различными; соответственно говорят о разных видах люминесценции. Наиболее важными из них являются: хемолюмннесцепция - свечение, возникающее при некоторых химических реакциях (чаще всего при окислении); биолюминесценция - это хемолюминесценция в живых организмах (светляки, многие морские животные, некоторые бактерии). Сейчас большое внимание привлекает слабая хемолюминесценция в УФ-области, сопровождающая многие процессы в клетках. Она, повидимому, связана с передачей информации от клетки к клетке. Доказано, например, что УФ-нзлучение, испускаемое клетками в стадии митоза, стимулирует деление соседних клеток. катодолюминесценция (от старинного названия электронных пучков "катодные лучи") - свечение под действием потока электронов, которое используется, в частности, в кинескопах телевизоров и электронно-лучевых трубках. Сюда же относится свечение, возникающее в газовом разряде. электролюминесценция - свечение, возникающее в электрическом поле (чаще всего в полупроводниках).

Фотолюминесценция

Наиболее интересным видом люминесценции является фотолюминесценция. Это гакой процесс, при котором атомы или молекулы поглощают свет (или УФ-излучение) в одном диапазоне длин волн, а

испускают совсем в другом диапазоне (например, поглощают синие лучи, а излучают жёлтые) Вещество поглощает кванты с относительно большой энергией hvo ( с малой длиной волны). При испускании света электрон переходит через промежуточные уровни, испуская последовательно два или более квантов (часто один из таких промежуточных переходов оказывается безызлучательным, то есть энергия электрона при таком переходе превращается в тепловую энергию). Ясно, что энергия каждого из испущенных квантов будет меньше, чем энергия поглощённого кванта-иначе нарушился бы закон сохранения энергии. Дчина волны испускаемого света при этом должна быть меньше. Если сказанное сформулировать в общем виде, получим закон Стокса: спектр люминесценции сдвинут в сторону более длинных волн относительно спектра того излучения, которое вызвало люминесценцию (последнее называют возбуждающим излучением). Отсюда, в частности, следует, что если мы хотим получить свечение в видимой части спектра, надо в качестве возбуждающего взять источник ультрафиолетового излучения (например, ртутно-кварцевую лампу со светофильтром, пропускающим УФ лучи).

Флуоресценция и фосфоресценция

Опыт показал, что люминесцирующие вещества бывают двух типов. В одних свечение прекращается практически мгновенно при выключении возбуждающего света. Такое кратковременное свечение называется флуоресценция. В веществах другого типа после выключения возбуждающею света свечение угасает постепенно (по экспоненциальному закону). Время релаксации (время, за которое яркость свечения уменьшается в е раз) для разных веществ может составлять от долей секунды до многих часов и даже суток. Такое длительное свечение называется фосфоресценция (элемент фосфор тут не при чём). Причина длительного свечения состоит в том, что в атомах или молекулах, способных к фосфоресценции, имеются так называемые метастабнльные уровни. Метастабцльным называется такой энергетический уровень, на котором электроны могут задерживаться значительно дольше, чем на обычных уровнях