Люмінесцентний аналіз Загальна характеристика методу

Люмінесценція (від лат. lumen – світло і -escent – суфікс, що означає слабку дію) – випромінювання, що представляє собою надлишок над тепловим випромінюванням тіла, тривалість якого значно перевищує період світлових коливань (приблизно 10^-10 с і більше). Перша частина визначення дозволяє відрізнити люмінесценцію від теплового випромінювання, що дуже важливо при високих температурах, коли термовипромінювання набуває більшої інтенсивності. Важливою особливістю люмінесценції є те, що вона здатна проявлятися при значно нижчих температурах, так як не використовує теплову енергію випромінюючої системи. Через це люмінесценцію часто називають «холодним світінням». Критерій тривалості, введений Вавіловим, дозволяє відрізнити люмінесценцію від інших видів нетеплового випромінювання: розсіювання і відбивання світла, комбінаційного розсіювання, випромінювання Черенкова. Тривалість їх менше періоду коливання світлової хвилі (<10^-10 с).

Раніше поняття «люмінесценція» відносили тільки до випромінювання видимого світла, але сьогодні воно застосовується також до випромінювання у ближньому УФ та ІК діапазонах.

Фізична природа люмінесценції полягає у випромінювальних переходах електронів зі збудженого стану у стійкий стан.

Здатністю до люмінесценції виявляють різноманітні речовини (люмінофори). Таким чином, люмінесцентний метод аналізу заснований на здатності речовин випромінювати електромагнітні хвилі певної довжини під дією різноманітних факторів.

Класифікація видів люмінесценції

Довготривалу люмінесценцію називають фосфоресценцією, а короткотривалу – флуоресценцією.

За механізмом розрізняють такі різновиди Ф.: резонансну, спонтанну, вимушену та рекомбінаційну.

За типом збудження розрізняють фотолюмінесценцію, рентгенолюмінесценцію, катодолюмінесценцію, хемолюмінесценцію, кріолюмінесценцію, електролюмінесценцію, триболюмінесценцію, радіолюмінесценцію та ін.

Фосфоресценція – довготривала люмінесценція. Виникає внаслідок опромінення речовини світлом, йонізуючим промінням, проходження крізь неї електричного струму, при хімічних реакціях, механічному впливі тощо.

За механізмом розрізняють такі різновиди Ф.: резонансну, спонтанну, вимушену та рекомбінаційну. За типом збудження розрізняють фотолюмінесценцію, рентгенолюмінесценцію, катодолюмінесценцію, хемолюмінесценцію, кріолюмінесценцію, електролюмінесценцію, триболюмінесценцію та ін.

Протилежне (короткотривала люмінесценція) – флуоресценція.

Природа явища

Фосфоресценція пов'язана з існуванням в кристалі таких електронних станів, з яких можливі тільки заборонені оптичні переходи, які характеризуються великим часом життя. Інша можлива причина затримки випромінювання - захоплення носіїв заряду на пастки. Якщо електрони і дірки захоплюються пастками, то не можуть негайно прорекомбінувати. В такому випадку висвічування відбувається тільки тоді, коли одна із частинок звільниться з пастки за рахунок взаємодії з тепловими коливаннями кристалічної ґратки, знайде іншу частинку й прорекомбінує з нею.

Флуоресценція або флюоресценція- короткотривала (від пікосекунд до мілісекунд) люмінесценція. Виникає внаслідок опромінення речовини світлом, йонізуючим промінням, проходження крізь неї електричного струму, при хімічних реакціях, механічному впливі тощо.

За механізмом розрізняють такі різновиди Ф.: резонансну, спонтанну, вимушену та рекомбінаційну. За типом збудження розрізняють фотолюмінесценцію, рентгенолюмінесценцію, катодолюмінесценцію, хемолюмінесценцію, кріолюмінесценцію, електролюмінесценцію, триболюмінесценцію та ін.

Протилежне (довготривала люмінесценція) — Фосфоресценція.

Назва походить від мінералу флюориту.

Фотолюмінесце́нція — різновид люмінесценції, світіння, яке виникає під дією світлових променів оптичного діапазону частот — ультрафіолетових і видимих.

Використання. Фотозбудження з успіхом застосовується для отримання люмінесценції рідких кристалів і скла, а також твердих порошків — кристалофосфорів. Фотозбудження зручне для об'єктів з малими і середніми концентраціями люмінесцентної активної речовини. За значних концентрацій активаторів або в розчинах з поглинаючим розчинником воно збуджує тільки поверхневі шари речовини. Щільність ультрафіолетових і видимих потоків випромінювання в сучасних джерелах збудження люмінесценції відносно невелика. Тому для фотолюмінесценції характерні середні і малі яскравості. Світло рідко використовується для збудження газів, оскільки щільність поглинаючих центрів у цьому випадку дуже незначна і при відносно малих потужностях фотозбудження інтенсивність люмінесценції слабка.

Рентгенолюмінесценція (рос. рентгенолюминесценция, англ. roentgenoluminescence, нім. Röntgenolumineszenz f) – люмінесценція, викликана вбиранням рентгенівських променів.

Приклад – свічення деяких мінералів під дією видимих та ультрафіолетових променів.

Від “рентгено” – і люмінесценція.

Так за способом збудження розрізняють фотолюмінесценцію (збудження світлом, а саме жорстким УФ випромінюванням – 200 нм); радіолюмінесценценцію (збудження проникаючою радіацією), окремими випадками якої є рентгенолюмінесценція (збудження рентгенівськими променями), катодолюмінесценція (збудження електронним пучком), іонолюмінесценція (збудження прискореними іонами), альфа-люмінесценція (збудження альфа-частинками) і т.д.; електролюмінесценція (збудження електричним полем); тріболюмінесценція (збудження механічними деформаціями); хемілюмінесценція (збудження в результаті хімічних реакцій); кандолюмінесценція (збудження при рекомбінації радикалів на поверхні). Найпоширенішою є фотолюмінесценція. Окрім традиційних ефектів поглинання, відбивання та заломлення світла для цього методу характерні також резонансний ефект, флуоресценція і фосфоресценція.