1. Люмінесценція

Окрім теплового спостерігають ще один вид випромінювання – так звану люмінесценцію. Фотолюмінесценція виникає при опромінюванні речовини видимим світлом, рентгенівським або гамма-випромінюванням. Деякі хімічні реакції в речовині супроводжуються хемилюминесценціей.

5001.png

Рисунок 1.1 - Загальна інформація.

Причиною всіх люмінесцентних явищ є перехід джерел люмінесцентного свічення в збуджений стан. Зазвичай у збудженому стані частинки речовини (центри люмінесценції) знаходяться 10-8 с. Така тривалість збудженого стану характерна для флуоресценції (від латів. fluor — течія). Для неї характерний час висвячення центрів люмінесценції порядку 10-8 — 10-9 с. Флуоресценцію спостерігають при опромінюванні світлом деяких рідин і газів. Наприклад, керосин під дією денного світла дає слабке голубувате фотолюмінісцентне свічення. Розчини багатьох фарбників під дією ультрафіолетового світла, що створюється ртутною лампою, світяться видимим світлом.

Іноді збуджений стан центрів люмінесценції зберігається порівняно довго — від 10-4 з до десятків хвилин. Відповідно збільшується і тривалість люмінесценції. Люмінесцентне свічення, яке зберігається тривалий час після припинення дії збудника свічення, називають фосфоресценцією. Фосфоресценцію спостерігають у деяких твердих тіл, наприклад, у кристалічного порошку сірчистого цинку. Якщо покрити таким порошком поверхню картону, вийде екран, що фосфоресціює, що зберігає люмінесцентне свічення протягом декількох хвилин після того, як припинить свою дію джерело, що викликало люмінесценцію.

Слід вказати, що ділення явища люмінесценції на флуоресценцію і фосфоресценцію є певною мірою умовним. Провести точну межу часів тривалості обох видів люмінесценції неможливо.

Вивчаючи явище фотолюмінесценції для ультрафіолетових променів і близьких до них ділянок спектрів електромагнітних хвиль, Дж.Стокс експериментально встановив, що речовина випускає, як правило, світло з більшою довжиною хвилі, чим світло, яке викликає явище фотолюмінесценції (правило Стоксу).

У квантовій оптиці правило Стоксу отримує просте пояснення на основі закону збереження енергії. Насправді, якщо на речовину падає світло частотою v то його фотони несуть енергію hv. Відбувається поглинання речовиною фотона з цією енергією і поява нового фотона  hvлюм з меншою енергією. Різниця енергій фотонів витрачається на різні неоптичні процеси. Якщо v  є частота власного люмінесцентного випромінювання самої речовини, то, за законом збереження енергії

hυ = hυлюм +∆Е  або υ = υлюм+∆Е/h              (1.1)

де  Е   – частина енергії фотона, витрачена на неоптичні процеси.

Зазвичай  Е>|0 v < vлюм тобто  λлюм >  λ. Це і є правило Стоксу.

Іноді правило Стоксу порушується, і світло люмінесценції має меншу довжину хвилі, чим довжина хвилі збудливого випромінювання, тобто  λлюм >  λ  (антистоксове свічення). Тут також відбувається поглинання фотона збудливого випромінювання з енергією  hv.

Дане пояснення закону Стоксу і відхилень від нього було запропоноване А. Ейнштейном в 1905 р. в тій же статті, де була дана теорія зовнішнього фотоефекту.

Люмінесцентне свічення лежить в основі якісного і кількісного люмінесцентного аналізу складу речовини. по інтенсивності спектральних ліній люмінесценції визначають надмалі домішки (порядка 10-11г в 1 г досліджуваної речовини). люмінесцентний аналіз широкого застосовують в різних галузях промисловості, для дослідження сировини і матеріалів, медицині, біології і тому подібне.