Svjetlucanje: tipovi, metode i primjene. Termički stimulirane luminiscencije - što je to?

Svjetlucanje - je emisija svjetla od strane određenih materijala u relativno hladnom stanju. Ona se razlikuje od zračenja sa žarnom niti tijela, kao što su drva ili ugljen, rastaljena željeza i žice grije električnom strujom. se promatra emisija luminiscencije:

• u neonskim i fluorescentne svjetiljke, televizori, radara i fluoroscopes;
• organskim tvarima, kao što su luminol ili luciferina u krijesnice;
• u određenim pigmenata koji se koriste u vanjskom oglašavanju;
• s munjama i Aurora.

U svim tim pojavama svjetlosti emisija nije uzrokovana grijanje materijala iznad sobne temperature, pa to se zove hladno svjetlo. Praktična vrijednost svjetlećim materijala je njihova sposobnost da transformira nevidljiv oblik energije u vidljivom svjetlu.

Izvori i proces

luminiscencije pojava nastaje kao rezultat apsorpcije energije materijala, na primjer, s izvorom ultraljubičastim ili X-zrakama, elektronske zrake, kemijske reakcije, itd. d. To dovodi do atomima tvari u ekscitirano stanje. Budući da je nestabilan, materijal se vraća u prvobitno stanje, i apsorbirane energije je izdana kao svjetlo i / ili topline. Proces uključuje samo vanjski elektroni. Učinkovitost luminiscencije ovisi o stupnju pretvorbe uzbude energije u svjetlo. Broj materijala koji imaju dovoljnu učinkovitost za praktičnu primjenu, relativno je malen.

Svjetlucanje i usijanost

luminiscencija uzbude se ne odnosi na pobudu atoma. Kada vruće materijali počnu sjajiti kao rezultat žarulja, njihovi atomi u pobuđenom stanju. Iako su vibrirati čak i na sobnoj temperaturi, dovoljno je da zračenje dogodila u dalekom infracrvenom području spektra. Uz povećanje temperature mijenja frekvencija elektromagnetskog zračenja u vidljivom području. S druge strane, na vrlo visokim temperaturama koje nastaju, primjerice, u šok cijevi, atomski sudari može biti toliko jaka da su elektroni odvojeni od njih i rekombinirajte emitiraju svjetlo. U tom slučaju, luminiscencija i žarulja postanu nečitljivi.

Fluorescentne pigmenti i boje,

Konvencionalni pigmenti i boje su boje kao oni odražavaju taj dio spektra koji je komplementaran apsorbira. Mali dio energije se pretvara u toplinu, ali se javlja značajan emisije. Ako je, međutim, fluorescentni pigment apsorbira svjetlo u rasponu od određenog područja, može emitirati fotone, različite od refleksije. To se događa kao posljedica procesa u molekulu boje ili pigmenta, od kojih ultraljubičasto svjetlo može pretvoriti u vidljivo je, na primjer, plavo svjetlo. Takve metode luminiscencije se koriste u vanjskom oglašavanju i praške za pranje. U potonjem slučaju, „bistrenje” ostaje u tkivu, ne samo da odražavaju bijela, ali i pretvoriti ultraljubičasto zračenje u plavo, žuto izjednačiti i povećanje bjeline.

rane studije

Iako munje aurora i dosadno sjaj krijesnica i gljivica uvijek su poznati ljudima, prvi luminiscencije studije je započela s sintetički materijal, kada Vincenzo Kaskariolo alkemičar i Shoemaker Bolonjskog (Italija), 1603. g. Grije smjesa barijevog sulfata (Barite u obliku, teškog držača) s ugljenom. Prah dobiven nakon hlađenja, noći plave luminiscencija emitira i Kaskariolo primijetio da se može obnoviti izlaganjem praha na suncu. Tvar je nazvan „Lapis Solaris” ili ćilibar, jer alkemičari se nada da je u stanju pretvoriti baznih metala u zlato, simbol koji je sunce. Perzistencija je izazvao interes mnogih znanstvenika iz tog razdoblja, dajući materijala i drugim imenima, uključujući i „fosfora”, što znači „nosilac svjetlosti”.

Danas nazivom „fosfor” se koristi samo za kemijski element, dok se mikrokristalna svjetlećim materijal naziva fosfor. „Fosfor” Kaskariolo, očito, bio barij sulfid. Prvi komercijalno dostupni fosfor (1870) postao „boja Balmain” - otopina kalcij sulfida. U 1866, ona je opisana u prvom stabilan cink sulfida fosfora od - jednog od najvažnijih u modernoj tehnologiji.

Jedan od prvih znanstvenih istraživanja luminiscencije, koja se očituje na truljenje drva ili meso i krijesnice, provedena je 1672. godine od strane engleske znanstvenik Robert Boyle, koji je, iako nije znao o biokemijskoj podrijetlu tom svjetlu, ipak postaviti neke od osnovnih svojstava bioluminiscentne sustava:

• Sjaj prehlada;
• može se potisnuti kemijskim čimbenicima kao što su alkohol, klorovodična kiselina i amonijaka;
• zračenje zahtijeva pristup zraku.

U godinama 1885-1887, uočeno je da sirove ekstrakti od krijesnica West Indian (pyrophorus) i školjki Foladi kada se pomiješa proizvode svjetlo.

Prva učinkovite kemiluminiscentni materijali nonbiological sintetički spojevi kao što su luminol, otkriveni u 1928. godini.

Chemi- i bioluminiscencija

Većina energije objavljenom u kemijskim reakcijama, posebice reakcijama oksidacije, ima oblik topline. U nekim reakcijama, ali jedan dio se koristi za pobuđivanje elektrona do viših razina, a fluorescentne molekule prije kemiluminescencije (CL). Studije pokazuju da CL je univerzalni fenomen, ali je intenzitet luminescencije je toliko mali da to zahtijeva korištenje osjetljivih detektora. Postoje, međutim, neki od spojeva koji pokazuju snažan CL. Najpoznatiji od njih je luminol, koji nakon oksidacije, sa vodikovim peroksidom se dobije jaku plavu ili modrozelene svjetlo. Ostale prednosti CL-tvari - i lucigenina lofin. Bez obzira na njihovu sjaja CL, nisu svi od njih su učinkoviti kod pretvaranje kemijske energije u svjetlo, tj. K. manje od 1% od molekula emitiraju svjetlo. U 1960 utvrđeno je da su esteri oksalne kiseline, oksidirani u bezvodnim otapalima, u prisutnosti jako fluorescentne aromatskih spojeva emitira svjetlost s učinkovitosti za 23%.

Bioluminiscencija je posebna vrsta kemiluminescencije koju katalizira enzima. Luminiscencija izlaz ovih reakcija može doći do 100%, što znači da svaka molekula luciferinske reaktanta ulazi emitiraju stanje. Sve danas poznate bioluminiscentni Reakcijska oksidacijske reakcije koje katalizira se pojavljuju u prisutnosti zraka.

termički stimulirane luminiscencije

Termoluminiscentna znači da nema toplinsko zračenje, ali jačanje emisija materijala svjetlost, elektrone koji su uzbuđeni toplinom. Termički stimulirana luminiscencije promatrati u nekim mineralima a posebno u kristalno fosfora nakon što su uzbuđeni svjetlosti.

photoluminescence

Photoluminescence koji se pojavljuje pod djelovanjem elektromagnetskog zračenja incidenta na materijalu, može biti u rasponu od vidljive svjetlosti ultraljubičastom na x-zraka i gama zračenja. U luminiscencije, izazvana fotona, valne duljine svjetla emitiranog je općenito jednak ili veći od valne duljine uzbudljive (m, E. jednaka ili manja snaga). Ova razlika u valnoj uzrokovan transformacije ulazne energije u vibracije atoma ili iona. Ponekad, uz intenzivnu lasersku zraku, emitira svjetlost može imati kraću valnu duljinu.

Činjenica da je PL može biti uzbuđen ultraljubičastog zračenja, otkrio je njemački fizičar Johann Ritter 1801., on je primijetio da su fosfora jako svijetliti u nevidljivom području ljubičastom dijelu spektra, i na taj način otvorio UV zračenja. Konverzija UV do vidljivog svjetla je od velike praktične važnosti.

Y i x-zrake pobudu fosfora i drugih kristalnih materijala u stanje luminiscencije strane ionizacije nakon rekombinacijom elektrona i iona, pri čemu dolazi do luminiscencije. Uporaba je u fluoroskopijom koristi u radiologiji i scintilaciju brojila. Posljednji zapis i mjerenje gama zračenja usmjerena na disku obložena sa fosfora, koji je u optičkom kontaktu sa površinom fotomultiplajer.

triboluminescence

Kada su kristali nekih tvari, kao što su šećeri, smrvljenog vidljiva iskre. Isto se promatra u mnogim organskim i anorganskim tvarima. Sve ove vrste svjetlucanja generira pozitivnih i negativnih električnih naboja. Nedavno proizveden mehaničkim površine odvajanja u procesu kristalizacije. Emisija svjetla onda se vrši iskrcaj - bilo izravno između navedenih skupina molekula, bilo kroz pobude svjetlucanja atmosfere u blizini odvojena površine.

elektroluminiscencija

Kao termoluminiscencije, elektroluminiscentni (EL), termin obuhvaća različite vrste luminiscencije zajedničko obilježje koje se da se svjetlo emitira kad je električno pražnjenje u plinovima, tekućina i čvrstih tvari. U 1752. Bendzhamin Franklin osnovala luminiscencije munje izazvane električnog pražnjenja kroz atmosferu. Godine 1860., svjetiljka iscjedak je prvi put pokazao u Royal Society of London. Proizveden je svijetle bijelo svjetlo s naponom pražnjenje kroz ugljični dioksid pri niskom tlaku visoka. Moderne fluorescentne svjetiljke temelje se kombinaciji elektroluminiscentnog i živinih photoluminescence atoma pobudena električnog pražnjenja svjetiljka, ultraljubičasto zračenje ih prevodi u vidljivo svjetlo preko fosfora.

EL promatrana na elektrodama za elektrolize zbog rekombinacije iona (a time i vrste kemiluminescencije). Pod utjecajem električnog polja u tankim slojevima svjetlećim cinka emisije sulfida svjetlosti javlja, koji je također spominju kao elektroluminiscencije.

Veliki broj materijala, emitira luminiscencije pod utjecajem ubrzanog elektrona - dijamanta, rubin, kristalne fosfora i određenog kompleksa platine soli. Prva praktična primjena cathodoluminescence - Osciloskop (1897). Slični ekrani koriste poboljšane kristalne fosfor se koriste u televizorima, radari, osciloskopi i elektronskim mikroskopom.

radio

Radioaktivni elementi mogu emitirati alfa čestice (helij), jezgre elektrone i gama zrake (visoke energije elektromagnetskog zračenja). luminiscencije zračenja - sjaj uzbuđuje radioaktivne supstance. Kada alfa čestica bombardirati kristalni fosfora, vidljivi pod mikroskopom maleni treperenja. Ovaj princip koristi engleski fizičar Ernest Rutherford, dokazati da je atom ima jezgru. Self-svjetleće boje koristi se za označavanje satova i drugih alata temelji se na RL. Oni se sastoje od fosfora i radioaktivnih materijala, na primjer tricijem ili radija. Impresivno prirodni luminiscencije - je aurora borealis: radioaktivni procesi na Suncu ispuštaju u prostor ogromne mase elektrona i iona. Kad se približavaju Zemlji, njegova geomagnetska polje upućuje na polovima. Plinski procesi u gornjim slojevima atmosfere i stvoriti poznatu Aurora.

Luminiscencije fizici: postupka

Emisija svjetla vidljiv (tj. E. sa valnim duljinama između 690 nm i 400 nm) ekscitacija zahtjeva energiju, koja se određuje na najmanje Einstein prava. Energije (E) jednak Planckova konstanta (h), pomnožena sa frekvencijom svjetlosti (v) ili brzine u vakuumu (c), podijeljena s valna duljina (X): E = hν = hc / À.

Dakle, energija potrebna za pobudu u rasponu od 40 kcal (za crvenu) do 60 kcal (za žuti) i 80 kalorija (do ljubičaste) po molu tvari. Drugi način izražavanja energije - u electron volta (1 eV = 1,6 × 10 ^-12 erg) - od 1.8 do 3.1 eV.

Uzbude energija se prenosi elektrone odgovornim za svjetlucanja da skok iz svoje razine na višu jedan. Ovi uvjeti utvrđuju se zakonima kvantne mehanike. Različiti mehanizmi pobude ovisi o tome što se događa u jednoj atoma i molekula, ili kombinacije molekula u kristalu. Su započeta djelovanjem ubrzanih čestica, kao što su elektrona, iona ili fotona.

Često, pobude je znatno veći nego što je potrebno podići jedan elektron zračenju. Na primjer, fosforom luminiscencije kristala televizijski ekrani, katodne elektroni proizvedeni sa srednjim energijama 25.000 volti. Ipak, boja fluorescentno svjetlo je gotovo neovisan o energiji čestica. To utječe na razinu pobuđenom stanju kristala energetskih centara.

fluorescentne svjetiljke

Čestice, zbog čega se javlja luminiscencije - to vanjski elektrona atoma ili molekula. U fluorescentne svjetiljke, kao što su živa atoma vozi pod utjecajem energije 6,7 eV ili više, podižući jedan od dva vanjska elektrona na višu razinu. Nakon svog povratka u osnovnom stanju razlika u energiji se emitira kao ultraljubičasto svjetlo valne duljine od 185 nm. Prijelaz između baze i druge razine proizvodi ultraljubičastog zračenja pri 254 nm, koji je sa svoje strane može nadražiti druge proizvodne fosfornim vidljive svjetlosti.

To zračenje je osobito su na živine pare niskog tlaka (10) ^-5 atmosfera koja se koristi u plinskim lampi s niskim tlakom. Tako oko 60% elektrona energije se pretvara u monokromatskim UV svjetlom.

Pod visokim tlakom, frekvencija se povećava. Spektri više se sastojati od jedne spektralne linije 254 nm, a zračenje je raspoređen između spektralnih linija koje odgovaraju različitim elektroničkim razine: 303, 313, 334, 366, 405, 436, 546 i 578 nm. Visokotlačne živine žarulje koriste se za osvjetljenje, budući da je vidljivo 405-546 nm zeleno-plavog svjetla, dok pretvarajući dio zračenja u crveno svjetlo pomoću fosfor kao rezultat postaje bijela.

Kada molekule plina su uzbuđeni, njihova luminiscencije spektri pokazuju široke trake; ne samo elektroni su podigli na razinu višu energiju, ali istovremeno uzbuđen vibracije i rotacijskog gibanja atoma u cjelini. To je zato što i vibracijskog rotacijske energije molekula su 10 i 10 ^{-2 -4} od prijelaza energije, što povećava definira množinu neznatno različite dužine dijelova jednog sastava. Veće molekule imaju nekoliko preklapajućih trake jedan za svaki tip prijelaza. Molekule zračenja u otopini koja ponajprije vrpčast uzrokovana interakcijom relativno velikog broja molekula i pobuđenih molekula otapala. U molekulama, kao atoma koji su uključeni u luminiscencije vanjskim elektrona molekulskih orbitala.

Fluorescentni i fosforesciranje

Ovi uvjeti se mogu razlikovati, ne samo na temelju trajanja svjetlucanja, ali i po načinu proizvodnje. Kad bi se elektron uzbuđen jednostruki stanje s katedrom u sebi 10 ^-8 s, dok iz kojih se lako može vratiti na zemlju, tvar emitira energiju kao fluorescencije. Tijekom tranzicije, spin se ne mijenja. Osnovni i uzbuđeni države imaju sličnu mnoštvo.

Electron, međutim, može se podići na višu razinu energije (pod nazivom „uzbuđeni trojka država”) s leđima liječenje. U kvantnoj mehanici, prijelazi iz tripletnih stanju na jednostruku zabranjeno, stoga, vrijeme njihova života mnogo više. Dakle, luminiscencija u ovom slučaju je mnogo više dugoročno: postoji fosforesciranje.