Luminiscencia: typy, metódy a aplikácie. Tepelne stimulovaný luminiscencie - čo je to?

Luminiscencia - je emisia svetla od určitých materiálov v relatívne studenom stave. To sa líši od žiarenia klasických orgánov, ako je napríklad spaľovanie dreva alebo uhlia, roztaveného železa a drôtu ohrievanej elektrickým prúdom. luminiscenčné emisie je pozorované:

• v neónových a žiarivky, televízory, radarových obrazoviek a fluoroscopes;
• v organických látok, ako sú Luminol alebo luciferínu v svetlušiek;
• V niektorých pigmentov používaných na vonkajšiu reklamu;
• s bleskami a polárna žiara.

Vo všetkých týchto javov je emisia svetla nie je spôsobená zahriatím materiálu nad teplotu miestnosti, takže sa nazýva studené svetlo. Praktická hodnota luminiscenčných materiálov je ich schopnosť transformovať neviditeľnú formu energie do viditeľného svetla.

Zdroje a postup

luminiscencie jav sa objavuje v dôsledku absorbčného materiálu energiou, napríklad, zo zdroja ultrafialového alebo röntgenového žiarenia, elektrónové žiarenie, chemické reakcie, a tak ďalej. d. To má za následok atómov látky do excitovaného stavu. Vzhľadom k tomu, že je nestabilný, sa materiál vracia do pôvodného stavu, a absorbovaná energia sa uvoľní ako svetla a / alebo tepla. Tento proces zahŕňa iba vonkajšia elektróny. Účinnosť luminiscencie je závislá na stupni konverzie excitačné energie na svetlo. Počet materiálov, ktoré majú dostatočný výkon pre praktické použitie, je relatívne malá.

Luminiscencia a žeravenia

luminiscencie excitácia nesúvisí s excitáciu atómov. Keď horúce materiály začnú žiariť ako dôsledok žiaroviek, ich atómy sú v excitovaného stavu. Aj keď vibrovať, aj pri teplote miestnosti, to je tak, že žiarenie došlo vo vzdialenej infračervenej oblasti spektra. So zvyšujúcou sa teplotou posunie frekvenciu elektromagnetického žiarenia vo viditeľnej oblasti. Na druhej strane, pri veľmi vysokých teplotách, ktoré sú generované, napríklad, v rázovej rúrky, atómovej kolízie môže byť tak silná, že elektróny sa oddelia od nich a rekombinujú, emitujúca svetlo. V tomto prípade, luminiscencia a žiarovkové stáť na nerozoznanie.

Fluorescenčné pigmenty a farbivá

Konvenčné pigmenty a farbivá majú farbu, ako sa odráža, že časť spektra, ktorá je komplementárnou absorbuje. Malá časť energie sa premení na teplo, ale dôjde k významnej emisií. Ak však fluorescenčné absorbuje svetlo v rozsahu určitej oblasti, môže emitovať fotóny, odlišné od úvah. K tomu dochádza v dôsledku procesov vnútri farbivá alebo pigmentu molekuly, podľa ktorej môžu byť prevedené do ultrafialové svetlo viditeľné, napríklad, modré svetlo. Takéto spôsoby sa používajú luminiscenčné na vonkajšiu reklamu a v pracích práškoch. V poslednom prípade sa "nádrž" zostáva v tkanive nielen odrážali biele, ale aj pre premenu ultrafialového žiarenia do modrej, žltej kompenzácie a zvýšenie belosti.

skoršie štúdie

Aj keď blesk aurora a matné žiara svetlušiek a huby boli vždy, ktoré ľudstvo pozná, prvý luminiscenčné štúdie začala syntetického materiálu, keď Vincenzo Kaskariolo alchymista a obuvnícke Bologna (Taliansko), v roku 1603 g. Zahriate zmesi síranu bárnatého (barytu vo forme, baryt) s uhlím. Prášok získaný po ochladení, nočná modrá luminiscencia emitované a Kaskariolo si všimol, že môže byť obnovená podrobením prášku slnečného žiarenia. Látka bola pomenovaná "lapis Solaris" alebo slnečné, pretože alchymisti dúfali, že je schopný premeniť kovy na zlato, ktorej symbolom je slnko. Dosvit spôsobil záujem mnohých vedcov tohto obdobia, dávať materiálov a ďalších mien, vrátane "fosfor", ktorý znamená "nosič svetla".

Dnes je meno "fosfor" sa používa iba pre chemický prvok, zatiaľ čo mikrokryštalická luminiscenčné materiál nazýva fosforu. "Fosfor" Kaskariolo, zdá sa, že bol bárium sulfid. Prvý komerčne dostupný fosfor (1870) sa stal "maľovať Balmain" - roztok sírnika vápenatého. V roku 1866 bol opísaný v prvom stabilnom Sirník zinočnatý luminoforu - jeden z najdôležitejších v modernej technológie.

Jeden z prvých vedeckých štúdií luminiscencia, ktorá sa prejavuje v hnijúce drevo, alebo mäso a svetlušky, bola vykonaná v roku 1672 anglický vedec Robert Boyle, ktorý, aj keď nevedel o biochemické pôvode tohto hľadiska ešte nastaviť niektoré zo základných vlastností bioluminescent systémov:

• Glow studena;
• to môže byť potlačené chemickými činidlami, ako je alkohol, kyselina chlorovodíková a amoniak;
• radiácie vyžaduje prístup k vzduchu.

V rokoch 1885-1887, bolo pozorované, že surovej extrakty z svetlušky West Indian (pyrophorus) a mušle Foladi pri zmiešaní produkujú svetlo.

Prvá účinná chemiluminiscenčná materiály boli nebiologických syntetické zlúčeniny, ako sú Luminol, objavené v 1928 roku.

Tlačová forma a Bioluminiscencia

Väčšina energie uvoľnenej v chemických reakcií, najmä oxidačné reakcie, má podobu tepla. V niektorých reakciách, ale časť použitého k excitácii elektrónov na vyššej úrovni, a fluorescenčné molekuly pred chemiluminiscencie (CL). Štúdie ukazujú, že CL je všeobecným javom, ale intenzita luminiscencie je tak malá, že vyžaduje použitie citlivých detektorov. Existujú však niektoré zo zlúčenín, ktoré vykazujú živý CL. Najznámejší z nich je Luminol, ktorý po oxidácii s peroxidom vodíka môže poskytnúť silný modré alebo modrozelené svetlo. Ostatné silné CL-látok - a lucigenin lofin. Cez ich jasu CL, nie všetky z nich sú účinné pri premene chemickej energie na svetlo, napr. K. menej ako 1% molekúl emitujú svetlo. V roku 1960 sa zistilo, že estery kyseliny šťaveľovej, oxidované v bezvodých rozpúšťadlách, v prítomnosti vysoko fluorescenčné aromatických zlúčenín vyžarujú jasné svetlo, s účinnosťou 23%.

Bioluminiscencia je zvláštny typ chemiluminiscencie katalyzovaná enzýmami. Výstup luminiscencie týchto reakcií môže dosiahnuť 100%, čo znamená, že každá molekula luciferínu reagujúcu zložku vstúpi emitujúcej stave. Všetky dnes známe bioluminiscenční reakcie, katalyzovaná oxidačné reakcie prebiehajúce v prítomnosti vzduchu.

tepelne stimulované luminiscencie

Termoluminiscenčné znamená žiadne tepelné žiarenie, ale posilnenie svetelné emisné materiály, elektróny, ktoré sú budené tepla. Tepelne stimulovanej luminiscencie pozorovaného v niektorých minerálnych látok a to najmä v kryštálovej fosforom potom, čo boli excitáciu svetlom.

photoluminescence

Fotoluminiscencie, ktorá sa vyskytuje v dôsledku pôsobenia elektromagnetického žiarenia dopadajúceho na materiáli, môžu byť v rozsahu viditeľného svetla skrze ultrafialové röntgenové a gama žiarenia. V luminiscencia, vyvolané fotóny, vlnová dĺžka emitovaného svetla je všeobecne rovná alebo väčšia ako je vlnová dĺžka vzrušujúce (m. E. presne alebo menej energie). Tento rozdiel vo vlnovej dĺžke spôsobený transformáciou prichádzajúce energie do kmitov atómov alebo iónov. Niekedy sa za intenzívneho laserového lúča, emitovaného svetla môže mať kratšiu vlnovú dĺžku.

Skutočnosť, že PL môžu byť rozčúlený ultrafialovým žiarením, bol objavený nemeckým fyzikom Johann Ritter v roku 1801, si všimol, že luminofóry žiariť jasne v neviditeľnej oblasti fialovej časti spektra, a tým otvoril UV žiareniu. Premena UV žiarenia na viditeľné svetlo má veľký praktický význam.

Gama a x-lúče rozrušiť luminofóry a ďalšie kryštalické materiály luminiscenčné stave ionizáciou procese s následnou rekombináciou elektrónov a iónov, čím dochádza luminiscencia. Použitie toho je v skiaskopiách používaných v rádiológii a scintilačných čítačov. Posledný záznam a meranie gama žiarenia smerovaný na disku potiahnuté fosforom, ktoré je v optickom kontakte s povrchom fotonásobiča.

triboluminiscence

Keď kryštály niektorých látok, ako sú cukry, drvené, viditeľné iskry. Rovnaký je pozorovaná v mnohých organických a anorganických látok. Všetky tieto typy luminiscencie vytvorené kladnými a zápornými elektrickými nábojmi. Nedávne vyrobené mechanickým oddelením plôch v procese kryštalizácie. Emisie svetla potom prebieha vybíjanie - buď priamo medzi skupinami molekúl, a to buď prostredníctvom excitáciu luminiscencie atmosféry v blízkosti oblastí oddeleného povrchu.

elektroluminiscenčné

Ako termoluminiscence, elektroluminiscenčné (EL), tento termín zahŕňa rôzne typy spoločný rys luminiscencia, ktorá je, že svetlo je vyžarované, keď elektrický výboj v plyne, kvapaliny a pevných materiálov. V roku 1752, Benjamin Franklin založil luminiscencie bleskom indukovaného elektrického výboja v atmosfére. V roku 1860, výbojka bola prvýkrát preukázaná v Royal Society of London. Vzala jasné biele svetlo s vysokou vybíjacie napätie cez oxid uhličitý pri nízkom tlaku. Moderné žiarivky sú založené na kombinácii elektroluminiscenčných a fotoluminiscenčná ortuti atomů vybuzených elektrickú výbojkou, ultrafialové žiarenie emitované nich sa prevedie na viditeľné svetlo prostredníctvom fosforu.

EL pozorované na elektródach počas elektrolýzy v dôsledku rekombinácie iónov (a teda akési chemiluminiscencie). Pod vplyvom elektrického poľa v tenkých vrstvách luminiscenčné emisie zinku sulfidu svetla nastane, ktorý je tiež označovaný ako elektroluminiscencia.

Veľký počet materiálov, emituje luminiscenciu pod vplyvom urýchlených elektrónov - diamant, rubín, krištáľovo fosforu a určité komplexné platinové soli. Prvá praktická aplikácia katodoluminiscenci - osciloskopu (1897). Podobné obrazovky pomocou zlepšené kryštalickej luminofóry sa používajú v televízoroch, radary, osciloskopy a elektrónové mikroskopy.

rádio

Rádioaktívne prvky môžu vyžarovať alfa častice (jadrá hélia), elektróny a gama lúče (vysoko energetické elektromagnetické žiarenie). Žiarenie luminiscencie - žiara nadšení rádioaktívne látky. Keď alfa častice bombardujú kryštalický fosfor, viditeľné pod mikroskopom malé blikanie. Tento princíp použitie anglický fyzik Ernest Rutherford, aby preukázal, že atóm má centrálne jadro. Svetielkujúcich farba používa pre označenie hodinky a iné nástroje sú založené na RL. Skladajú sa z fosforu a rádioaktívne látky, napríklad tríciom alebo rádia. Pôsobivé prírodné luminiscencie - je polárna žiara: rádioaktívne procesy na slnku vyžarovať do priestoru obrovskej masy elektrónov a iónov. Keď sa priblíži k Zemi, jej geomagnetické pole nasmerovala k pólom. Výbojkové procesy v horných vrstvách atmosféry a vytvoriť slávnu Aurora.

Luminiscenčné: fyzika procesu

Emisie viditeľného svetla (tj. E. s vlnovými dĺžkami medzi 690 nm a 400 nm), excitácia vyžaduje energiu, ktorá sa určí aspoň Einstein práva. Energia (E) je rovná Planckova konštanta (h), vynásobený frekvencie svetla (VCO), alebo jeho rýchlosť vo vákuovej (C), deleno vlnovej dĺžky (): E = hν = hc / Á.

To znamená, že energia potrebná pre vybudenie sa pohybuje v rozmedzí od 40 kilokalórií (pre červená) až 60 kcal (pre žltý), a 80 kalórií (až fialová) na mol látky. Ďalším spôsobom, ako vyjadriť energie - v elektrónvoltov (1 eV = 1,6 x 10 ^-12 ERG), - od 1,8 do 3,1 eV.

Excitačný energia je prevedená na elektróny zodpovedným za luminiscencia, ktorá skok z jeho úrovne krajiny na vyššiu. Tieto podmienky sú stanovené podľa zákonov kvantovej mechaniky. Rôzne mechanizmy excitácia záleží na tom, či sa vyskytuje v jednotlivých atómov a molekúl, alebo v kombinácii molekuly v kryštáli. Sú iniciovaná pôsobením urýchlených častíc, ako sú elektróny, kladných iónov alebo fotónov.

Často je excitačný energia je podstatne vyššia, než je požadované zvýšiť elektrón žiarenia. Napríklad, fosfor luminiscencia kryštál televíznej obrazovky, obrazovky elektróny vyrobené s priemernými energiami 25,000 voltov. Avšak, farba fluorescenčného svetla je takmer nezávislá na energiu častíc. To je ovplyvnené úrovňou excitovaného stavu kryštálu energetických centier.

žiarivky

Častice, v dôsledku čoho dochádza luminiscencie - táto vonkajšie elektróny atómov alebo molekúl. V žiarivky, ako je napríklad atóm ortuti je poháňaná pod vplyvom energie 6,7 eV alebo viac, zdvíhacie jeden z dvoch vonkajších elektróny na vyššiu úroveň. Po jeho návrate do základného stavu rozdiel energie je emitovaný ako ultrafialovým svetlom s vlnovou dĺžkou 185 nm. Prechod medzi základňou a inej úrovni produkuje ultrafialové žiarenie pri 254 nm, čo môže rozrušiť druhý fosfor vyvíjajúceho viditeľné svetlo.

Toto žiarenie je obzvlášť intenzívna v nízkotlakovej pary ortuti (10 ^-5 atmosféra), používané v výbojky nízkeho tlaku. Teda o 60% energie elektrónov sa prevádza do monochromatické UV svetlom.

Pri vysokom tlaku, zvýšenie frekvencie. Spektra už sa skladajú z jednej spektrálnej čiary 254 nm, a energie žiarenia je distribuovaná z spektrálnych čiar zodpovedajúcich rôznym elektronickým úrovniach: 303, 313, 334, 366, 405, 436, 546 a 578 nm. Vysokotlakové ortuťové sa používajú pre osvetlenie, pretože viditeľné 405-546 nm modro-zelené svetlo, zatiaľ čo transformáciu časť žiarenia v červené svetlo s použitím fosforu v dôsledku toho sa zmení na bielu.

Keď molekuly plynu radi, ich luminiscencie spektra ukazujú široké pásy; nielen elektróny sú zvýšené na úroveň vyššie energie, ale zároveň radi, vibračný a rotačný pohyb atómov v celku. To je preto, že vibračné a rotačné energie z molekúl sú 10 ^{~ 2} a 10 ^{~ 4} prechodových energiou, ktoré pridávajú až definujú množinu mierne rozdielnych vlnových dĺžok zložiek jedného pásu. Väčšie molekuly majú niekoľko prekrývajúcich sa pásov, jeden pre každý typ prechodu. Radiačná molekuly v roztoku, výhodne ribbonlike že spôsobená interakciou relatívne veľký počet excitovaných molekúl a molekúl rozpúšťadlá. V molekulách, ako v zahrnutých atómov v luminiscenčných vonkajších elektrónov molekulových orbitálov.

Fluorescencie a fosforescencia

Tieto podmienky môžu byť rozlíšené nielen na základe doby trvania luminiscencia, ale aj spôsobu jeho výroby. Keď je elektrón excitovanom do singletového stavu sa pôsobenie v nich 10 ^-8 s, z ktorej sa môže ľahko vrátiť k zemi, látka emituje energiu ako fluorescencie. Počas prechodu, spin nemení. Základné a excitované stavy majú podobnú násobnosť.

Electron, sa však môže zvýšiť na vyššiu energetickú hladinu (s názvom "vzrušený triplet štát") s chrbte liečbu. V kvantovej mechanike, prechody zo stavu tripletu na tielko zakázané, a preto je čas svojho života oveľa viac. Preto je luminiscencie je v tomto prípade oveľa dlhodobá: je svetielkovanie.