Что такое вообще люминесценция

люминесценция

Полезное

Смотреть что такое «люминесценция» в других словарях:

ЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ — (от лат. lumen, род. п. luminis свет и escent суффикс, означающий слабое действие), излучение, представляющее собой избыток над тепловым излучением тела и продолжающееся в течение времени, значительно превышающего период световых колебаний.… … Физическая энциклопедия

ЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ — Все явления свечения, не вызванные повышением температуры до степени накаливания (по терминол. Видемана). Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910. люминесценция (лат. lumen (luminis) свет + escent суффикс,… … Словарь иностранных слов русского языка

ЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ — (от латинского lumen, родительный падеж luminis свет, суффикс escent означает слабое действие), холодное свечение веществ (в отличие от всегда существующего теплового излучения), возбуждаемое светом, радиоактивными излучениями, рентгеновским… … Современная энциклопедия

Люминесценция — (от латинского lumen, родительный падеж luminis свет, суффикс escent означает слабое действие), “холодное” свечение веществ (в отличие от всегда существующего теплового излучения), возбуждаемое светом, радиоактивными излучениями, рентгеновским… … Иллюстрированный энциклопедический словарь

люминесценция — свечение веществ (люминофоров), возбуждаемое каким–либо источником энергии (напр., ультрафиолетовым излучением). (Источник: «Микробиология: словарь терминов», Фирсов Н.Н., М: Дрофа, 2006 г.) Люминесценция (биолюминесценция) генерация света… … Словарь микробиологии

люминесценция — фосфоресценция, флуоресценция Словарь русских синонимов. люминесценция сущ., кол во синонимов: 13 • автолюминесценция (1) • … Словарь синонимов

ЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ — (от лат. lumen родительный падеж luminis свет и escent суффикс, означающий слабое действие), свечение веществ, избыточное над их тепловым излучением при данной температуре и возбужденное какими либо источниками энергии. Возникает под действием… … Большой Энциклопедический словарь

ЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ — ЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ, см. также ФЛУОРЕСЦЕНЦИЯ; ФОСФОРЕСЦЕНЦИЯ … Научно-технический энциклопедический словарь

ЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ — (Luminescence) свечение газа, жидкости или твердого тела, не сопровождающееся одновременно испусканием тепловых лучей, так называемый холодный свет. Самойлов К. И. Морской словарь. М. Л.: Государственное Военно морское Издательство НКВМФ Союза… … Морской словарь

ЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ — излучение, возникающее в результате отдачи возбужденными атомами или молекулами поглощенной ими энергии. В зависимости от природы энергии возбуждения различают несколько видов Л., из которых в практике минералогических исследований используются… … Геологическая энциклопедия

Люминесценция — Свечение (излучение света) материала, находящегося в неравновесном (возбужденном) состоянии за счет энергии внешнего воздействия (оптического, электрического, механического и т.п.) или за счет энергии внутреннего происхождения (химические и… … Словарь черезвычайных ситуаций

Источник

Люминесценция

Первоначально явление люминесценции использовалось при изготовлении светящихся красок и световых составов на основе так называемых фосфóров, для нанесения на шкалы приборов, предназначенных для использования в темноте. Особого внимания в СССР люминесценция не привлекала вплоть до 1948 года, когда советский учёный С. И. Вавилов на сессии Верховного совета предложил начать изготовление экономичных люминесцентных ламп и использовать люминесценцию в анализе химических веществ. В быту явление люминесценции используется чаще всего в люминесцентных лампах «дневного света» и электронно-лучевых трубках кинескопов. На использовании явления люминесценции основано явление усиления света, экспериментально подтверждённое работами В. А. Фабриканта и лежащее в основе научно-технического направления квантовой электроники, конкретно находящее своё применение в усилителях света и генераторах стимулированного излучения (лазерах).

Содержание

Общая характеристика

«Будем называть люминесценцией избыток над температурным излучением тела в том случае, если это избыточное излучение обладает конечной длительностью примерно 10 −10 секунд и больше». Таково каноническое определение люминесценции, данное русским учёным С. И. Вавиловым в 1948 году. Это значит, что яркость люминесцирующего объекта в спектральном диапазоне волн его излучения существенно больше, чем яркость абсолютно чёрного тела в этом же спектральном диапазоне, имеющего ту же температуру, что и люминесцирующее тело. [1]

Первая часть определения позволяет отличить люминесценцию от теплового излучения, что особенно важно при высоких температурах, когда термоизлучение приобретает большую интенсивность. Важной особенностью люминесценции является то, что она способна проявляться при значительно более низких температурах, так как не использует тепловую энергию излучающей системы. За это люминесценцию часто называют «холодным свечением». Критерий длительности, введённый Вавиловым, позволяет отделить люминесценцию от других видов нетеплового излучения: рассеяния и отражения света, комбинационного рассеяния, излучения Черенкова. Длительность их меньше периода колебания световой волны (то есть −10 c).

Физическая природа люминесценции состоит в излучательных переходах электронов атомов или молекул из возбуждённого состояния в основное. При этом причиной первоначального их возбуждения могут служить различные факторы: внешнее излучение, температура, химические реакции и др.

Вещества, имеющие делокализованные электроны (сопряжённые системы), обладают самой сильной люминесценцией. Антрацен, нафталин, белки, содержащие ароматические аминокислоты и некоторые простетические группы, многие пигменты растений и в частности хлорофилл, а также ряд лекарственных препаратов обладают ярко выраженной способностью к люминесценции. Органические вещества, способные давать люминесцирующие комплексы со слабо люминесцентными неорганическими соединениями, часто используются в люминесцентном анализе. Так, в люминесцентной титриметрии часто применяется вещество флуоресцеин.

Первоначально понятие люминесценция относилось только к видимому свету. В настоящее время оно применяется к излучению в инфракрасном, видимом, ультрафиолетовом и рентгеновском диапазонах (см. шкала электромагнитных волн).

Многие формы природной люминесценции были известны людям очень давно. Например, свечение насекомых (светлячки), свечение морских рыб и планктона, полярные сияния, свечение минералов, гниющего дерева и других разлагающихся органических веществ. В настоящее время к природным формам прибавилось много искусственных способов возбуждения люминесценции. Твердые и жидкие вещества, способные люминесцировать, называют люминофорами (от лат. lumen — свет и др.-греч. phoros — несущий).

Чтобы вещество было способно люминесцировать, его спектры должны иметь дискретный характер, то есть его энергетические уровни должны быть разделены зонами запрещенных энергий. Поэтому металлы в твёрдом и жидком состоянии, обладающие непрерывным энергетическим спектром, не дают люминесценции. Энергия возбуждения в металлах непрерывным образом переходит в тепло. И лишь в коротковолновом диапазоне металлы могут испытывать рентгеновскую флуоресценцию, то есть под действием рентгеновского излучения испускать вторичные Х-лучи.

Типы люминесценции

Люминесцентное свечение тел принято делить на следующие виды:

В настоящее время наиболее изучена фотолюминесценция.

У твердых тел различают три вида люминесценции:

Спектры люминесценции

Спектром люминесценции называют зависимость интенсивности люминесцентного излучения от длины волны испускаемого света. Наиболее простые — атомные спектры, в которых указанная выше зависимость определяется только электронным строением атома. Спектры молекул гораздо более сложные вследствие того, что в молекуле реализуются различные деформационные и валентные колебания. При охлаждении до сверхнизких температур сплошные спектры люминесценции органических соединений, растворенных в определенном растворителе, превращаются в квазилинейчатые. Это явление получило название эффекта Шпольского. Это ведёт к снижению предела обнаружения и повышению избирательности определений, расширению числа элементов, которые можно определять люминесцентным методом анализа.

Принцип Франка — Кондона

Часть электронной энергии при поглощении и испускании света должна расходоваться на увеличение колебаний структуры, превращаться в тепло. Явление наблюдается в результате резкого изменения градиента электронной энергии около ядер при возбуждении и релаксации.

Правило Стокса — Ломмеля

Спектр люминесценции, как правило, сдвинут относительно спектра поглощения в сторону длинных волн. Данное правило принято объяснять потерей некоторой части поглощённой энергии на тепловое движение молекул. Отметим, что существует антистоксовский люминофор излучающий более коротковолновое излучение чем падающее. Как правило одно и то же вещество способно испускать излучение как в стоксовой, так и в антистоксовой областях спектра, относительно частоты возбуждающего люминесценцию излучения.

Постоянство спектра люминесценции

Независимо от способа возбуждения и длины волны возбуждающего света спектр люминесценции остается неизменным при данной температуре. Данное правило справедливо только в случае использования одной и той же возбуждаемой среды, системы регистрации излучения люминесценции. Множество разрешенных энергетических уровней в атоме/молекуле, а также множество длин волн источников возбуждения люминесценции позволяет для используемой среды получать множество спектров люминесценции в разных областях спектра и не повторяющих друг друга.

Правило зеркальной симметрии Левшина

Спектральные линии испускания и поглощения в координатах частоты являются взаимным зеркальным отражением. Положение оси симметрии показывает энергию чисто электронного перехода. Данным свойством обладают в основном жидкие люминофоры; исследования последних лет показали, что оно может быть справедливо и для сред в иных агрегатных состояниях.

Выход люминесценции

Выход — одна из важнейших характеристик люминесценции. Выделяют квантовый выход и энергетический выход. Под квантовым выходом понимают величину, показывающую отношение среднего числа излучённых квантов на один поглощённый:

Вавиловым было показано, что квантовый выход в растворах не зависит от длины волны возбуждающего света. Это связано с огромной скоростью колебательной релаксации, в ходе которой возбуждённая молекула передаёт избыток энергии молекулам растворителя.

Энергетический выход — отношение энергии излучённых квантов к энергии поглощённых:

где — частота излучения. Энергетический выход с ростом длины волны возбуждающего света сначала растёт пропорционально длине волны возбуждающего её света, затем остается постоянным и после некоторой граничной длины волны резко падает вниз (закон Вавилова).

Тушение люминесценции

Отличие выхода люминесценции от единицы обусловлено т. н. процессами тушения. Различают концентрационное, внутреннее, температурное, внешнее статическое и динамическое тушение.

Внутреннее тушение обусловлено безызлучательными переходами внутренней конверсии и колебательной релаксации. Наиболее ярко оно проявляется в симметричных структурах с большим числом сопряженных связей, конформационно нежёстких структурах.

Температурное тушение является разновидностью внутреннего. Под влиянием температуры способность молекулы деформироваться растёт, и, как следствие, растёт вероятность безызлучательных переходов.

Внешнее статическое тушение основано на взаимодействии люминесцирующего соединения с другой молекулой и образованием неизлучающего продукта.

Динамическое тушение наблюдается, когда возбуждённая молекула люминофора вступает в постороннюю реакцию и теряет свои свойства.

Концентрационное тушение — результат поглощения молекулами вещества собственного излучения.

Источник

Люминесценция, сущность и виды

Люминесценция, сущность и виды.

Люминесценция – это свечение нетеплового характера, которое наблюдается после поглощения телом (материей) энергии возбуждения.

Люминесценция, явление и сущность:

Понятие люминесценция заимствовано из латыни и объединяет два отдельных термина: luminis – свет, escent – слабое свечение. В общем понимании понятие люминесценция отождествляется с холодным свечением материального тела.

На сегодняшний день в научной среде под феноменом люминесценции понимается свечение нетеплового характера, которое наблюдается после поглощения телом (материей) энергии возбуждения.

Природу люминесценции впервые стали обсуждать в XVIII веке. Чтобы разобраться с сущностью люминесценции важно иметь представление о природе следующих явлений: нагревание тела, испускание света, использование энергии внешнего облучения и др.

В исследовании природы люминесценции особую значимость приобретает свет, т.е. сам процесс испускания световых лучей. Учеными выделено два типа источников света. Первый тип имеет место в том случае, если происходит нагрев материального тела до определенной температуры. Иными словами, тепловой нагрев предмета становится причиной появления его свечения. Ко второму типу источников света относится холодное свечение материального тела, которое может быть выражено в разных формах люминесценции.

Примером теплового нагрева материи является зажженный факел, зажженная свеча, солнечная активность, свечение звезд, покрасневшая от жара поверхность электроплитки, раскаленная спираль электрической лампочки.

Свечение материального тела, не вызванное его нагревом, носит название люминесценции.

В качестве примера люминесценции можно выделить неоновую рекламу магазинов в центре города, светящиеся экраны компьютерных мониторов и телевизоров, стрелки часов и цифры лабораторных приборов, северное сияние, ночные волны, лесных светлячков и др.

Изначально феномен люминесценции применялся при изготовлении фосфорных составов, обладающих способностью самостоятельно светиться. Данные краски наносились на приборные шкалы и облегчали работу с ними в темноте.

Официальное признание люминесценции произошло в 1948 году, когда ученый С.И. Вавилов неожиданно обосновал применение данного явления не только в научных целях, но и в быту. Холодное свечение стали использовать в химическом анализе разных веществ, а благодаря специальным покрытиям внутренних поверхностей стеклянных трубок – в массовом производстве экономных ламп дневного света.

Позже С.И. Вавилов сформулировал свое видение люминесценции в следующей редакции: «это избыточное излучение тела, длительностью 10 −10 секунд, преобладающее над тепловым излучением».

Сущность представленного канонического определения состоит в том, что яркость материального тела, излучающего холодное свечение существенно выше, нежели яркость абсолютно черного тела в этом же диапазоне спектра при той же температуре.

От иных видов нетеплового излучения явление люминесценции отличается длительностью рассеивания и отражения света, считал С.И. Вавилов. По его мнению, данная величина должна быть меньше периода колебаний световой волны, т.е. −10 сек.

К специфическим особенностям проявления люминесценции необходимо также отнести несколько утверждений:

а) данный феномен имеет конечную длительность проявления;

б) может проявляться не только в твердых телах, но и в жидкости и газообразном состоянии вещества;

в) не подчиняется законам теплового излучения;

г) данное явление приравнивают к электромагнитному излучению, исходящему от возбужденных мельчайших частиц вещества.

Люминесценцию характеризует ряд показателей, которые используются во время исследований.

К ключевым индикаторам люминесценции относят:

– спектр возбуждения (демонстрирует совокупность волн возбуждения, вызывающих люминесценцию вещества),

– спектр излучения (демонстрирует совокупность всех волн, формирующих поток холодного излучения),

– энергетический выход (показывает отношение энергии потока люминесценции к полученной энергии возбуждения),

– квантовый выход (демонстрирует отношение квантового потока люминесценции к количеству квантов поглощенных веществом в рамках возбуждающего излучения).

На степень проявления люминесценции оказывает влияние несколько ключевых факторов:

1) водно-щелочная среда – более оптимальный вариант для проявления люминесценции, а кислотная среда – снижает степень проявления данного явления;

2) при повышении температуры окружающей среды выше 0°С, проявление люминесценции снижается;

3) на люминесценцию оказывает влияние концентрация люминесцентного покрытия;

4) присутствие сторонних веществ снижает активность явления люминесценции;

5) усиление возбуждающего излучения стимулирует люминесцирующий световой поток.

Процессы, происходящие в веществе на микроскопическом уровне во время люминесценции, подчинены действию научных законов (правил).

К ключевым законам люминесценции относят:

– Стокс и Люммель вводят в действие закономерность смещения спектров поглощения,

– постоянство спектров люминесценции при заданной температуре (обосновал Каши),

– В.Л. Лёвшин обосновывает феномен зеркальной симметрии, который гласит, что по спектру люминесценции можно определить спектр поглощения и наоборот.

На основе проведенных исследований С.И. Вавилову также удалось выявить закономерность постоянства квантового выхода, которая гласит, что энергетический выход люминесценции на начальном этапе усиливается прямо пропорционально длине волны возбуждающих лучей, однако в последующем падает до самого минимума (фактически до нуля).

Механизм проявления люминесценции:

Физическая сущность данного явления заключается в периодических переходах мельчайших частиц вещества из состояния крайнего возбуждения в нормальный режим с выделением холодного излучения. К главным причинам, обуславливающим первоначальное возбуждение мельчайших частиц вещества необходимо отнести: химические реакции, внешнее облучение, температурный фактор.

Если рассматривать технический аспект применения люминесценции, то формами проявления данного феномена является: фосфоресценция и флуоресценция, выступающие, как подвиды фотолюминесценции.

В общепринятом понимании под фотолюминесценцией необходимо понимать свечение материального тела, возникающего под влиянием видимого света и лучей ультрафиолетового спектра.

Под фосфоресценцией в научной среде принято считать длительное послесвечение вещества (время жизни 10 −9 −10 −6 сек.).

Под флуоресценцией понимают свечение, возникающее в результате возбуждения вещества (10 −3 −10 сек.).

Классификация разновидностей люминесценции, виды люминесценции:

В научной среде данный феномен классифицируют по следующим критериям.

По спектру идентифицируют в рамках:

– видимого потока излучения,

– рентгеновского потока излучения,

– инфракрасного потока лучей.

По времени свечения:

– если свечение угасает после пропадания потока возбуждающего излучения, то имеет место флуоресценция. Например, при дневном свете флуоресцируют синим светом кристаллы нафталина.

– если свечение продолжается определенное время после прекращения воздействия энергии возбуждающего действия, то здесь себя проявляет фосфоресценция.

По способу возбуждения:

– феномен люминесценции чаще всего отождествляется с названием фотолюминесценция, поскольку вещество возбуждается видимым светом,

– под влиянием альфа излучения, бета-лучей и гамма-излучения – возникает радиолюминесценция,

– при возбуждении мониторов рентгеновских устройств ионизирующими рентгеновскими лучами возникает явление рентгенолюминесценции,

– под воздействием движущихся электронов проявляет себя явление катодолюминесценции, вызывающее свечение телевизионного экрана,

– под воздействием трения возникает феномен триболюминесценции,

– влияние электрического поля вызывает появления электролюминесценции. Иными словами электрический ток пропускается через определенные типы люминофоров. Поскольку светимость люминофоров такого вида незначительна, то их используют для световой сигнализации (светодиоды, надпись «выход» в концертных залах и залах кинотеатров),

– химические реакции обуславливают активизацию процесса хемилюминесценции,

– процессы кристаллизации вещества инициируют проявление кристаллолюминесценции,

– у твердых материальных тел различают мономолекулярную, метастабильную или рекомбинационную люминесценцию. В первом случае возбуждение и испускание холодного свечения происходит в пределах одной мельчайшей частицы вещества. Во втором случае аналогичный процесс осуществляется на фоне метастабильного состояния. В случае рекомбинационной люминесценции возбуждение и испускание холодного свечения происходит в разных местах материального тела.

По природе вещества, излучающего свечение:

Люминесценция может быть первичной, когда холодное свечение излучает само вещество (витамины А и В) или вторичной, если вещество обработано специальными красителями. Так, клетки крови начинают люминесцировать после обработки плазмы органическими красителями – флюорохромами.

Применение люминесценции:

На сегодняшний день одним из перспективных направлений использования феномена люминесценции выступает люминесцентный анализ. Поскольку спектральный анализ люминесценции демонстрирует внутреннюю структуру материального тела, то это можно использовать в исследованиях количественного и качественного состава химических веществ.

Люминесцентный анализ широко применяется, прежде всего, в медицине для диагностики разных болезней.

Благодаря анализу точно фиксируют границы роста раковой опухоли (онкология), выявляют грибковые заболевания (дерматология), определяют витамины (биохимия), выявляют бактерии туберкулеза (микробиология), диагностируют язвы роговицы (исследование глазных болезней), определяют скорость кровотока (лечение внутренних болезней), делают анализ крови и находят следы токсинов (судебная медицина).

В фармакологии подобный анализ используют для идентификации лекарств и препаратов, обладающих ярко выраженными люминесцентными свойствами.

К другим направлениям использования люминесценции следует отнести:

– изготовление люминесцентных источников света;

– индикация разнообразных излучений;

– применение люминесцентных добавок для выявления неоднородностей и дефектов в металлургии;

– получение декоративных красящих составов;

– изготовление элементов фотолюминесцентных эвакуационных систем.

Примечание: © Фото https://www.pexels.com, https://pixabay.com,

спектры практическое применение исследование излучение измерение уф цвет квантовый центры выход возбуждение эффект процесс отличие явление интенсивность метод веществ понятие тушение законы люминесценции
кожная ультрафиолетовая химическая люминесценция в природе физика в медицине в криминалистике презентация света лампа определение примеры банкноты алмаза минералов 11 класс доклад воды квантовых точек химия

Источник