Люмінесценція

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до навігації Перейти до пошуку
Omphalotus nidiformis, світяться при вимкнутому світлі

Люмінесце́нція  (рос. люминесценция, англ. luminescence, нім. Lumineszenz f) — нетеплове спонтанне випромінювання свiтла збудженною речовиною. Яскравість речовини, що люмінесцує, є вищою за яскравість теплового випромінювання чорного тіла з тією самою температурою у тому ж самому спектральному діапазоні. Тому люмінесценцію також називають холодним світлом. Речовина, у якій спостерігається люмінесценція, називається люмінофором.

Історія[ред. | ред. код]

Вперше була відкрита Ніколасом Монардесом (1565) завдяки залученню досвіду ацтеків у галузі ботаніки, пояснення ж самого явища вперше зробив Хосе де Акоста (1590).

Природа явища[ред. | ред. код]

Люмінесценція  — випромiнювання збудженими молекулами абсорбованої ними енергiї з електронного чи коливального збудженого стану, який не є в термічній рівновазі з середовищем. При цьому випромінювання відбувається протягом часу пiсля поглинання енергiї молекулою, не коротшого, нiж перiод свiтлових хвиль. Люмінесцентне випромінювання виникає за рахунок квантових переходів атомів, іонів, молекул зі збудженого стану в основний чи менш збуджений, тому кожен атом, іон чи молекула люмінофора є центром люмінесценції. При збудженні речовини тим чи іншим способом, її молекули (у випадку газу чи рідини) переходять у високоенергетичні квантові стани. У випадку напівпровідників електрони переходять із валентної зони у вільні стани зони провідності, залишаючи у валентній зоні дірку. Збуджений стан може випромінити фотон негайно, повернувшись у основний стан або ж втратити частину енергії в результаті зіткнень. Процеси поступової втрати енергії збудженою частинкою називаються релаксацією. Релаксація продовжується, доки збуджена частка не прийде до стану, коли подальша поступова втрата енергії неможлива. Такі стани характерні для кожної речовини й визначають спектр люмінесценції. Збудження може існувати в такому стані лише певний час, а потім відбувається перехід до основного стану, який супроводжується випромінюваннями кванта світла — фотону. Кожен люмінофор характеризується своїм спектром люмінесценції, на який майже не впливає спосіб збудження.

Класифікація видів люмінесценції[ред. | ред. код]

За механізмом розрізняють такі різновиди люмінесценції: резонансну, спонтанну, вимушену та рекомбінаційну.

За типом збудження розрізняють наступні види люмінесценції

За масштабом часу, який триває люмінісценція після збудження речовини, розрізняють наступні види

  • Флюоресценція  — короткотривала люмінісценція з характерним часом  с.
  • Фосфоресценцієя  — довготривала люмінісценція з характерним часом  с та випромінюванням на зміненій частоті.
  • Сповільнена люмінесценція — люмінесценція, яка згасає повільніше, ніж цього можна було б очікувати виходячи зі швидкості розпаду емітуючого стану.

Точні кількісні критерії розмежування цих двох явищ визначити важко, проте знання механізму конкретного люмінесцентного процесу дозволяє чітко їх розрізнити — при фосфоресценції відбувається зміна мультиплетності молекули (звичайно це перехід з триплетного стану до синґлетного), при флюоресценції спін, а відтак і мультплетність не змінюються. Проте такий прозорий критерій розрізнення є загально прийнятим лише серед фахівців з молекулярної спектроскопії; науковці, що займаються іншими системами, зокрема атомною спектроскопією, не завжди його притримуються: так, одна з найважливіших для фотохімії лінія випромінювання ртуті 253,7 нм відповідає переходу 3P11S0 і за цим критерієм є фосфоресцентною лінією, проте фахівці з атомної спектроскопії так її не називають[1].

Світіння в живих організмах називають біолюмінесценцією.

Експериментальне дослідження люмінесценції[ред. | ред. код]

Вивчення люмінесценції — один із головних методів оптичної спектроскопії. Вивчають звичайно спектр випромінювання, спектр збудження й кінетику згасання люмінесценції. Існує також метод термостимульованої люмінесценції, коли речовину опромінюють при низькій температурі, за якої процеси релаксації збуджень затримані, а потім її повільно підігрівають і вона починає світитися при певній температурі.

Використання[ред. | ред. код]

Широко використовують в електропроменевих приладах, світлотехніці, дефектоскопії та люмінесцентному аналізі, при люмінесцентній сепарації корисних копалин. Люмінесценція мінералів є їх важливою діагностичною ознакою. Електролюмінесценція використовується в люмінесцентних лампах та світлодіодах. У електронно-променевих трубках, які ще донедавна використовувалися у телевізорах та дисплеях, люмінесценція збуджується потоком електронів. У ядерній фізиці використовуються сцинтиляційні детектори, в яких люмінесценція викликається швидкими зарядженими частинками.

Див. також[ред. | ред. код]

Примітки[ред. | ред. код]

  1. Приклад запозичено з монографії: S. P.McGlynn, T. Azumi, M. Kinoshita. Molecular Spectroscopy of the Triplet State. Englewood Cliffs: Prentice-Hall, 1969. Діаграму Ґротріана для збуджених електронних рівнів атома ртуті див., напр.: Дж. Дж. Калверт, Дж. Н. Питтс. Фотохимия. Москва: Мир, 1968, с. 44—45.

Джерела[ред. | ред. код]

  • Мала гірнича енциклопедія : у 3 т. / за ред. В. С. Білецького. — Д. : Східний видавничий дім, 2004—2013.
  • Глосарій термінів з хімії // Й. Опейда, О. Швайка. Ін-т фізико-органічної хімії та вуглехімії ім. Л. М. Литвиненка НАН України, Донецький національний університет. — Донецьк : Вебер, 2008. — 758 с. — ISBN 978-966-335-206-0

Посилання[ред. | ред. код]