Luminiscence: typy, metody a aplikace. Tepelně stimulován luminiscence - co je to?

Luminiscence - je emise světla od určitých materiálů v relativně studeném stavu. To se liší od záření klasických orgánů, jako je například spalování dřeva nebo uhlí, roztaveného železa a drátu ohřívané elektrickým proudem. luminiscenční emise je pozorováno:

• v neonových a zářivky, televizory, radarových obrazovek a fluoroscopes;
• v organických látek, jako jsou luminol nebo luciferin v světlušek;
• V některých pigmentů používaných na venkovní reklamu;
• s blesky a polární záře.

Ve všech těchto jevů je emise světla není způsobena zahřátím materiálu nad teplotu místnosti, takže se nazývá studené světlo. Praktická hodnota luminiscenčních materiálů je jejich schopnost transformovat neviditelnou formu energie do viditelného světla.

Zdroje a postup

luminiscence jev se objevuje v důsledku absorpčního materiálu energií, například, ze zdroje ultrafialového nebo rentgenového záření, elektronové záření, chemické reakce, a tak dále. d. To má za následek atomů látky do excitovaného stavu. Vzhledem k tomu, že je nestabilní, se materiál vrací do původního stavu, a absorbovaná energie se uvolní jako světla a / nebo tepla. Tento proces zahrnuje pouze vnější elektrony. Účinnost luminiscence je závislá na stupni konverze excitační energie na světlo. Počet materiálů, které mají dostatečný výkon pro praktické použití, je relativně malá.

Luminiscence a žhnutí

luminiscence excitace nesouvisí s excitaci atomů. Když horké materiály začnou zářit jako důsledek žárovek, jejich atomy jsou v excitovaného stavu. I když vibrovat, i při teplotě místnosti, to je tak, že záření došlo ve vzdálené infračervené oblasti spektra. Se zvyšující se teplotou posune frekvenci elektromagnetického záření ve viditelné oblasti. Na druhé straně, při velmi vysokých teplotách, které jsou generovány, například, v rázové trubky, atomové kolize může být tak silná, že elektrony se oddělí od nich a rekombinují, emitující světlo. V tomto případě, luminiscence a žárovkové stát k nerozeznání.

Fluorescenční pigmenty a barviva

Konvenční pigmenty a barviva mají barvu, jak se odráží, že část spektra, která je komplementární absorbován. Malá část energie se přemění na teplo, ale dojde k významné emisí. Pokud však fluorescenční absorbuje světlo v rozsahu určité oblasti, může emitovat fotony, odlišné od úvah. K tomu dochází v důsledku procesů uvnitř barviva nebo pigmentu molekuly, podle které mohou být převedeny do ultrafialové světlo viditelné, například, modré světlo. Takové způsoby se používají luminiscenční na venkovní reklamu a v pracích prášcích. V posledně uvedeném případě se „nádrž“ zůstává v tkáni nejen odrážely bílé, ale také pro přeměnu ultrafialového záření do modré, žluté kompenzace a zvýšení bělosti.

Dřívější studie

I když blesk aurora a matné záře světlušek a houby byly vždy, které lidstvo zná, první luminiscenční studie začala syntetického materiálu, když Vincenzo Kaskariolo alchymista a obuvnické Bologna (Itálie), v roce 1603 g. Zahřáté směsi síranu barnatého (barytu ve formě, baryt) s uhlím. Prášek získaný po ochlazení, noční modrá luminiscence emitované a Kaskariolo si všiml, že může být obnovena podrobením prášku slunečního záření. Látka byla pojmenována „lapis Solaris“ nebo sluneční, protože alchymisté doufali, že je schopen proměnit kovy ve zlato, jejímž symbolem je slunce. Dosvit způsobil zájem mnoha vědců tohoto období, dávat materiálů a dalších jmen, včetně „fosfor“, který znamená „nosič světla“.

Dnes je jméno „fosfor“ se používá pouze pro chemický prvek, zatímco mikrokrystalická luminiscenční materiál nazývá fosforu. „Fosfor“ Kaskariolo, zdá se, že byl baryum sulfid. První komerčně dostupný fosfor (1870) se stal „malovat Balmain“ - roztok sirníku vápenatého. V roce 1866 byl popsán v prvním stabilním Sirník zinečnatý luminoforu - jeden z nejdůležitějších v moderní technologie.

Jeden z prvních vědeckých studií luminiscence, která se projevuje v hnijící dřevo, nebo maso a světlušky, byla provedena v roce 1672 anglický vědec Robert Boyle, který, i když nevěděl o biochemické původu tohoto hlediska ještě nastavit některé ze základních vlastností bioluminescent systémů:

• Glow studena;
• to může být potlačeno chemickými činidly, jako je alkohol, kyselina chlorovodíková a amoniak;
• radiace vyžaduje přístup k vzduchu.

V letech 1885-1887, bylo pozorováno, že surové extrakty z světlušky West Indian (pyrophorus) a škeble Foladi při smíchání produkují světlo.

První účinná chemiluminiscenční materiály byly nebiologických syntetické sloučeniny, jako jsou luminol, objevené v 1928 roce.

Tisková forma a bioluminiscence

Většina energie uvolněné v chemických reakcí, zejména oxidační reakce, má podobu tepla. V některých reakcích, ale část použitého k excitaci elektronů na vyšší úrovni, a fluorescenční molekuly před chemiluminiscence (CL). Studie ukazují, že CL je všeobecným jevem, ale intenzita luminiscence je tak malá, že vyžaduje použití citlivých detektorů. Existují však některé ze sloučenin, které vykazují živý CL. Nejznámější z nich je luminol, který po oxidaci s peroxidem vodíku může poskytnout silný modré nebo modrozelené světlo. Ostatní silné CL-látek - a lucigenin lofin. Přes jejich jasu CL, ne všechny z nich jsou účinné při přeměně chemické energie na světlo, např. K. méně než 1% molekul emitují světlo. V roce 1960 bylo zjištěno, že estery kyseliny šťavelové, oxidované v bezvodých rozpouštědlech, v přítomnosti vysoce fluorescenční aromatických sloučenin vyzařují jasné světlo, s účinností 23%.

Bioluminiscence je zvláštní typ chemiluminiscence katalyzována enzymy. Výstup luminiscence těchto reakcí může dosáhnout 100%, což znamená, že každá molekula luciferin reaktantu vstoupí emitující stavu. Všechny dnes známé bioluminiscenční reakce, katalyzovaná oxidační reakce probíhající v přítomnosti vzduchu.

tepelně stimulovány luminiscence

Termoluminiscenční znamená žádné tepelné záření, ale posílení světelné emisní materiály, elektrony, které jsou buzeny tepla. Tepelně stimulované luminiscence pozorovaného v některých minerálních látek a to zejména v krystalové fosforem poté, co byly excitaci světlem.

photoluminescence

Fotoluminiscence, která se vyskytuje v důsledku působení elektromagnetického záření dopadajícího na materiálu, mohou být v rozsahu viditelného světla skrze ultrafialové rentgenové a gama záření. V luminiscence, vyvolané fotony, vlnová délka emitovaného světla je obecně roven nebo větší než je vlnová délka vzrušující (m. E. rovno nebo méně energie). Tento rozdíl ve vlnové délce způsoben transformací příchozí energie do kmitů atomů nebo iontů. Někdy se za intenzivního laserového paprsku, emitovaného světla může mít kratší vlnovou délku.

Skutečnost, že PL mohou být rozčilený ultrafialovým zářením, byl objeven německým fyzikem Johann Ritter v roce 1801. Poznamenal, že luminofory zářit jasně v neviditelné oblasti fialové části spektra, a tím otevřel UV záření. Přeměna UV záření na viditelné světlo má velký praktický význam.

Gama a x-paprsky rozrušit luminofory a další krystalické materiály luminiscenční stavu ionizací procesu s následnou rekombinací elektronů a iontů, čímž dochází luminiscence. Použití toho je v skiaskopií používaných v radiologii a scintilačních čítačů. Poslední záznam a měření gama záření směrovaný na disku potažené fosforem, které je v optickém kontaktu s povrchem fotonásobiče.

triboluminiscence

Když krystaly některých látek, jako jsou cukry, drcené, viditelné jiskry. Stejný je pozorována v mnoha organických a anorganických látek. Všechny tyto typy luminiscence vytvořené kladnými a zápornými elektrickými náboji. Nedávné vyrobené mechanickým oddělením ploch v procesu krystalizace. Emise světla pak probíhá vybíjení - buď přímo mezi skupinami molekul, a to buď prostřednictvím excitaci luminiscence atmosféry v blízkosti oblastí odděleného povrchu.

elektroluminiscenční

Jako termoluminiscence, elektroluminiscenční (EL), tento termín zahrnuje různé typy společný rys luminiscence, která je, že světlo je vyzařováno, když elektrický výboj v plynu, kapaliny a pevných materiálů. V roce 1752 Bendzhamin Franklin založena luminiscence bleskem indukovaného elektrického výboje v atmosféře. V roce 1860, výbojka byla poprvé prokázána v Royal Society of London. Vzala jasné bílé světlo s vysokou vybíjecí napětí přes oxid uhličitý při nízkém tlaku. Moderní zářivky jsou založeny na kombinaci elektroluminiscenčních a fotoluminiscenční rtuti atomů vybuzených elektrickou výbojkou, ultrafialové záření emitované nich se převede na viditelné světlo prostřednictvím fosforu.

EL pozorovány na elektrodách během elektrolýzy v důsledku rekombinace iontů (a tedy jakési chemiluminiscence). Pod vlivem elektrického pole v tenkých vrstvách luminiscenční emise zinku sulfidu světla nastane, který je také označován jako elektroluminiscence.

Velký počet materiálů, emituje luminiscenci pod vlivem urychlených elektronů - diamant, rubín, křišťálově fosforu a určité komplexní platinové soli. První praktická aplikace katodoluminiscenci - osciloskopu (1897). Podobné obrazovky pomocí zlepšené krystalické luminofory se používají v televizorech, radary, osciloskopy a elektronové mikroskopy.

rádio

Radioaktivní prvky mohou vyzařovat alfa částice (jádra hélia), elektrony a gama paprsky (vysoce energetické elektromagnetické záření). Záření luminiscence - záře nadšeni radioaktivní látky. Když alfa částice bombardují krystalický fosfor, viditelné pod mikroskopem malé blikání. Tento princip použití anglický fyzik Ernest Rutherford, aby prokázal, že atom má centrální jádro. Světélkujících barva používá pro označení hodinky a jiné nástroje jsou založeny na RL. Skládají se z fosforu a radioaktivní látky, například tritiem nebo radia. Působivé přírodní luminiscence - je polární záře: radioaktivní procesy na slunci vyzařovat do prostoru obrovské masy elektronů a iontů. Když se přiblíží k Zemi, její geomagnetické pole nasměrovala k pólům. Výbojkové procesy v horních vrstvách atmosféry a vytvořit slavnou Aurora.

Luminiscenční: fyzika procesu

Emise viditelného světla (tj. E. s vlnovými délkami mezi 690 nm a 400 nm), excitace vyžaduje energii, která se určí alespoň Einstein práva. Energie (E) je rovna Planckova konstanta (h), vynásobený frekvence světla (VCO), nebo jeho rychlost ve vakuové (C), děleno vlnové délky (): E = hν = hc / Á.

To znamená, že energie potřebná pro vybuzení se pohybuje v rozmezí od 40 kilokalorií (pro červená) až 60 kcal (pro žlutý), a 80 kalorií (až fialová) na mol látky. Dalším způsobem, jak vyjádřit energie - v elektronvoltů (1 eV = 1,6 x 10 ^-12 ERG), - od 1,8 do 3,1 eV.

Excitační energie je převedena na elektrony odpovědným za luminiscence, která skok z jeho úrovně země na vyšší. Tyto podmínky jsou stanoveny podle zákonů kvantové mechaniky. Různé mechanismy excitace záleží na tom, zda se vyskytuje v jednotlivých atomů a molekul, nebo v kombinaci molekuly v krystalu. Jsou iniciována působením urychlených částic, jako jsou elektrony, kladných iontů nebo fotonů.

Často je excitační energie je podstatně vyšší, než je požadováno zvýšit elektron záření. Například, fosfor luminiscence krystal televizní obrazovky, obrazovky elektrony vyrobené s průměrnými energiemi 25,000 voltů. Nicméně, barva fluorescenčního světla je téměř nezávislá na energii částic. To je ovlivněno úrovní excitovaného stavu krystalu energetických center.

zářivky

Částice, v důsledku čehož dochází luminiscence - tato vnější elektrony atomů nebo molekul. V zářivky, jako je například atom rtuti je poháněna pod vlivem energie 6,7 eV nebo více, zvedací jeden ze dvou vnějších elektrony na vyšší úroveň. Po jeho návratu do základního stavu rozdíl energie je emitován jako ultrafialovým světlem o vlnové délce 185 nm. Přechod mezi základnou a jiné úrovni produkuje ultrafialové záření při 254 nm, což může rozrušit druhý fosfor vyvíjejícího viditelné světlo.

Toto záření je zvlášť intenzivní v nízkotlaké páry rtuti (10 ^-5 atmosféra), používané v výbojky nízkého tlaku. Tedy o 60% energie elektronů se převádí do monochromatické UV světlem.

Při vysokém tlaku, zvýšení frekvence. Spektra už se skládají z jedné spektrální čáry 254 nm, a energie záření je distribuována z spektrálních čar odpovídajících různým elektronickým úrovních: 303, 313, 334, 366, 405, 436, 546 a 578 nm. Vysokotlaké rtuťové se používají pro osvětlení, protože viditelné 405-546 nm modro-zelené světlo, zatímco transformaci část záření v červené světlo s použitím fosforu v důsledku toho se změní na bílou.

Když molekuly plynu rádi, jejich luminiscence spektra ukazují široké pásy; nejen elektrony jsou zvýšeny na úroveň vyšší energie, ale zároveň rádi, vibrační a rotační pohyb atomů v celku. To je proto, že vibrační a rotační energie z molekul jsou 10 ^{~ 2} a 10 ^{~ 4} přechodových energií, které přidávají až definují množinu mírně rozdílných vlnových délek složek jednoho pásu. Větší molekuly mají několik překrývajících se pásů, jeden pro každý typ přechodu. Radiační molekuly v roztoku, s výhodou ribbonlike že způsobená interakcí relativně velký počet excitovaných molekul a molekul rozpouštědla. V molekulách, jako v zahrnutých atomů v luminiscenčních vnějších elektronů molekulových orbitalů.

Fluorescence a fosforescence

Tyto podmínky mohou být rozlišeny nejen na základě doby trvání luminiscence, ale i způsobu jeho výroby. Když je elektron excitovány do singletového stavu se působení v nich 10 ^-8 s, ze které se může snadno vrátit k zemi, látka emituje energii jako fluorescence. Během přechodu, spin nemění. Základní a excitované stavy mají podobnou násobnost.

Electron, však může být zvýšen na vyšší energetickou hladinu (s názvem „vzrušený triplet stát“) s zádech léčbu. V kvantové mechanice, přechody ze stavu tripletu na tílko zakázáno, a proto je čas svého života mnohem více. Proto je luminiscence je v tomto případě mnohem dlouhodobá: je světélkování.