Фотолюминесценция

Люминесценцию объясняет квантовая механика, но приближенно её можно объяснить с помощью теории Бора, постулаты которого Вы изучали в школе:

1. Атомная система может находиться только в особых стационарных или квантовых состояниях, каждому из которых соответствует определенная энергия ; в стационарном состоянии атом не излучает.

2. При переходе атома из одного состояния в другое испускается или поглощается квант электромагнитного излучения, Энергия фотона равна разности энергий атома в двух состояниях:

.

Во всех видах люминесценции к атомам и молекулам извне переходит энергия, в результате чего электроны в них переходят на более высокий энергетический уровень. Атом возбуждается. Через некоторое время атом спонтанно (самопроизвольно) переходит в исходное состояние, что сопровождается излучением света в видимой или ультрафиолетовой части спектра. В атомных системах при фотолюминесценции возможны следующие процессы:

1. Резонансная флюоресценция

В обычном состоянии атом находится на уровне . Если на него воздействует фотон света энергией , то он переходит на уровень с большей энергией. В наиболее простых случаях (одноатомные пары и газы) атом спонтанно возвращается в исходное состояние, излучая при этом фотон той же частоты. Время послесвечения, т.е. продолжительность этого свечения, с, значит это не рассеяние света.

2. В более общих случаях процесс происходит следующим образом:

п оглотив квант света энергией , атом переходит в состояние с энергией , затем безизлучательно переходит на уровень с энергией , откуда атом спонтанно переходит на уровень , излучая квант света с энергией

3. В сложных органических молекулах переход из возбужденного

с остояния в основное состояние мало-вероятен. Зато квантовомеханически разрешен переход в промежуточное состояние . Переход происходит безизлучательно. Уровень является метастабильным. Время жизни атомов на этом уровне значительно больше, чем на обычных уровнях( до с). За счет кинетической энергии окружающих молекул или за счет энергии нового поглощенного кванта света атом или молекула переходят с уровня на уровень с энергией . А уже с этого уровня происходит переход на основной уровень с излучением кванта энергией . Этот процесс длится долго (минуты или даже часы) и называется фосфоресценцией.

Закон Стокса

Из рассмотренных схем переходов видно, что поглощая квант света энергией и испуская квант энергией , атомы дают более низкочастотное вторичное излучение:

,

т.е. - испускается более длинноволновое вторичное излучение. Это положение сформулировано в законе Стокса: спектр люминесценции сдвинут в сторону длинных волн относительно спектра, вызвавшего эту фотолюминесценцию.

Имеются отклонения от закона Стокса. Молекула может находиться

на некотором возбужденном уровне . На не падает свет. Поглощая квант света энергией , молекула переходит в возбужденное состояние , а оттуда - в основное состояние , испуская излучение энергией . Тогда . Это вторичное излучение называется антистоксовым.