Luminenssi: tyypit, menetelmiä ja sovelluksia. Termisesti stimuloitua luminesenssi - mitä tämä on?

Luminesenssi - on valon emissio tiettyjen materiaalien suhteellisen kylmässä tilassa. Se eroaa säteilyn hehkulamppu elinten, kuten polttamalla puuta tai hiiltä, sulan raudan ja lanka kuumennetaan sähkövirralla. luminesenssiemission havaitaan:

• neon ja loistelamppuja, televisiot, tutkassa ja fluoroscopes;
• orgaanisten aineiden, kuten luminoli tai lusiferiini vuonna Fireflies;
• tietyissä käytetyt pigmentit ulkomainonta;
• salama ja Aurora.

Kaikki nämä ilmiöt valon emissio ei johdu materiaalin kuumentaminen huoneenlämpötilan yläpuolella, niin sitä kutsutaan kylmä valo. Käytännön arvo luminoivien aineiden on niiden kyky muuttaa näkymätön muodossa energian näkyväksi valoksi.

Lähteet ja prosessi

luminesenssi ilmiö esiintyy seurauksena energian absorption materiaalia, esimerkiksi lähteestä ultravioletti- tai röntgensäteillä, elektronisuihkulla, kemiallisia reaktioita, ja niin edelleen. d. Tämä johtaa siihen, että aineen atomien virittyneeseen tilaan. Koska se on epävakaa, materiaali palautuu alkuperäiseen tilaan, ja absorboitu energia vapautuu valona ja / tai lämpöä. Prosessissa vain ulompi elektroneja. luminesenssitehokkuus riippuu konversion aste virityksen energiasta valoksi. Useita materiaaleja, jotka on riittävä suorituskyky käytännön käyttöä varten, on suhteellisen pieni.

Luminenssi ja hehkumistila

luminesenssin viritys ei liity magnetointi atomien. Kun kuuma materiaalit alkavat hehkua seurauksena sipulit, niiden atomit ovat viritetyssä tilassa. Vaikka ne värisemään jopa huoneen lämpötilassa, se riittää, että säteily tapahtui pitkälle infrapuna-alueella. Lämpötilan kasvaessa siirtää taajuuden sähkömagneettisen säteilyn näkyvällä alueella. Toisaalta, hyvin korkeissa lämpötiloissa, jotka on tuotettu, esimerkiksi paineiskuputket, atomi törmäykset voi olla niin voimakas, että elektronit ovat erillään niistä ja yhdistää, säteilevät valoa. Tällöin luminesenssi ja hehkulamppu voi erottaa.

Fluoresoivia pigmenttejä ja väriaineita,

Tavanomaisia pigmenttejä ja väriaineita on väri, koska ne heijastavat että osa spektri, joka on komplementaarinen imeytyy. Pieni osa energiasta muuttuu lämmöksi, mutta merkittävä emissio tapahtuu. Jos, kuitenkin, fluoresoiva pigmentti absorboi valoa alueella tietyn alueen, se voi lähettää fotoneja, eri heijastus. Tämän seurauksena ilmenee prosessien sisällä väriainetta tai pigmenttiä molekyyli, jonka ultraviolettivalon voidaan muuntaa näkyvissä, esimerkiksi sinistä valoa. Kuten luminesenssin menetelmiä käytetään ulkona mainonta ja pesujauheissa. Jälkimmäisessä tapauksessa "selkeytin" pysyy kudoksessa paitsi vastaamaan valkoinen, mutta myös muuntaa UV-säteilyä sininen, keltainen jalostettujen ja parantaa valkoisuus.

Varhaiset tutkimukset

Vaikka salama, revontulet ja himmeä hehku Fireflies ja sieniä on aina tunnettu ihmiskunnan, ensimmäisiä tutkimuksia luminesenssin alkoi synteettistä materiaalia, kun Vincenzo Kaskariolo, alkemisti ja shoemaker Bologna (Italia) vuonna 1603, kuumennetaan seos bariumsulfaatin (muodossa baryyttia, raskas spar) kanssa hiiltä. Saatu jauhe jälkeen jäähdytys, yö sininen emittoidun luminesenssin, ja Kaskariolo huomannut, että se voidaan palauttaa saattamalla jauhe auringonvalolle. Aine oli nimeltään "lapis Solaris" tai Aurinkokivi, koska alkemistit toivoi, että se pystyy kääntämään perusmetallien kultaa, jonka symboli on aurinko. Iltarusko on aiheuttanut edun monet tutkijat kauden, jolloin materiaaleja ja muita nimiä, kuten "fosfori", joka tarkoittaa "kantavan kevyt".

Tänään nimi "fosfori" käytetään vain alkuainetta, kun taas mikrokiteinen luminoiva aine kutsutaan fosforia. "Fosfori" Kaskariolo ilmeisesti oli bariumsulfidi. Ensimmäinen kaupallisesti saatavilla oleva fosfori (1870) tuli "maalata Balmain" - liuokseen, jossa oli kalsiumsulfidia. Vuonna 1866, se oli kuvattu ensimmäisessä vakaa sinkkisulfidi loisteaineena - yksi tärkeimmistä nykyaikaiseen teknologiaan.

Yksi ensimmäisistä tieteellisiä tutkimuksia luminesenssin, joka ilmenee on mätää puuta tai lihaa ja Fireflies, tehtiin vuonna 1672, jonka Englanti tiedemies Robert Boyle, joka tosin hän ei tiennyt biokemiallinen alkuperä tämän valon, mutta asettaa joitakin perusominaisuudet bioluminesoivista järjestelmät:

• Hehku kylmä;
• se voidaan vaimentaa kemiallisten aineiden, kuten alkoholin, suolahappoa ja ammoniakki;
• säteily edellyttää pääsyä ilmaan.

Vuosina 1885-1887, havaittiin, että raakaöljyn uutteita fireflies Länsi-Intian (Pyrophorus) ja simpukka Foladi sekoitettuna tuottaa valoa.

Ensimmäinen tehokas kemiluminesenssi-aineet olivat ei-biologinen synteettiset yhdisteet, kuten luminoli, löydettiin 1928 vuosi.

Kemialli- ja bioluminenssi

Suurin osa energiasta vapautuu kemialliset reaktiot, erityisesti hapetusreaktioihin, on lämmön muodossa. Joissakin reaktioissa, mutta osa käytetään elektronien virittämiseksi jopa korkeammille tasoille, ja fluoresoivat molekyylit, ennen kuin kemiluminesenssin (CL). Tutkimukset osoittavat, että CL on yleinen ilmiö, mutta luminesenssi intensiteetti on niin pieni, että se edellyttää herkkiä ilmaisimia. On kuitenkin joitakin yhdisteitä, joilla on elävä CL. Tunnetuin näistä on luminoli, joka hapettamisen vetyperoksidilla voi tuottaa voimakkaan sinistä tai vihreää valoa. Muita vahvuuksia CL-aineiden - ja lusigeniinin lofin. Huolimatta niiden kirkkaus CL, kaikki niistä ovat tehokkaita muuntamaan kemiallista energiaa valoa, eli. K. Alle 1%: n molekyylien emittoimaan valoa. 1960-luvulla havaittiin, että oksaalihapon, hapetetaan vedettömissä liuottimissa, kun läsnä on erittäin fluoresoiva aromaattisten yhdisteiden säteilevät kirkas valo, jonka hyötysuhde on 23%.

Bioluminesenssi on erityinen kemiluminesenssin entsyymikatalyysiin. Luminesenssin lähtö nämä reaktiot voivat saavuttaa 100%, mikä tarkoittaa, että jokainen molekyyli lusiferiini reaktantin tulee sisään emittoivaan tilaan. Kaikki tunnetaan nykyään bioluminenssireaktion hapetusreaktioissa esiintyy ilman läsnä ollessa.

termisesti stimuloitua luminesenssi

Thermoluminescent tarkoittaa ei lämpösäteilyä, vaan vahvistamalla valonsäteilyelinkaarta materiaalit, elektronit joka viritetään lämpöä. Termisesti kannustanut luminesenssi havaittiin joitakin mineraaleja ja varsinkin Crystal fosforeista kun ne oli innoissaan valoa.

photoluminescence

Photoluminescence joka tapahtuu vaikutuksen alaisena sähkömagneettisen säteilyn tapaus materiaalista, voidaan tehdä välillä näkyvän valon läpi ultravioletti x-ray ja gammasäteilyä. Luminesenssin, aiheuttama fotonit, aallonpituus lähetetyn valon on yleensä yhtä suuri tai suurempi kuin aallonpituus jännittävä (m. E. Yhtä suuri tai vähemmän virtaa). Tämä ero aallonpituuden aiheuttama muutos tulevan energian tärinää atomien tai ionien. Joskus, intensiivinen lasersäde, lähettämä valo voi olla lyhyempi aallonpituus.

Se, että PL voidaan virittää ultraviolettisäteilyn, löysi saksalainen fyysikko Johann Ritter vuonna 1801. Hän totesi, että phosphors kirkkaana näkymättömässä alueella violetti osa taajuuksista, ja avasi siten UV-säteilyä. Muuntaminen UV-näkyvän valon on suuri käytännön merkitys.

Gamma ja röntgenkuvat kiihottaa fosforiin, ja muut kiteiset materiaalit luminesenssin tilaan ionisointitoimintaa jälkeen rekombinaatio elektroneja ja ioneja, jolloin luminesenssi tapahtuu. Käyttö on läpivalaisussa käytetään radiologiassa, ja tuikelaskimia. Viimeinen levy ja mitataan gamma-säteily on suunnattu levyllä päällystetty loisteaine, joka on optinen kosketuksessa pinnan kanssa valomonistimen.

triboluminesenssi

Kun kiteet Joidenkin aineiden, kuten sokereita, murskattu, näkyvä kipinä. Sama on havaittu useissa orgaanisia ja epäorgaanisia aineita. Kaikkia näitä luminesenssin tuottamat positiiviset ja negatiiviset sähkövarausten. Viime tuotetaan mekaanisen erottelun pinnat kiteytysprosessi. Valon emissio tapahtuu sitten purkamalla - joko suoraan osien väliset molekyylien, joko heräte luminesenssin ilmakehän lähellä erotettiin pintaa.

elektroluminesenssi

Kuten Thermoluminescent, elektroluminesenssi (EL), termi sisältää eri tyyppisiä luminesenssin yhteinen piirre, joka on se, että valo säteilee, kun sähköinen purkaus on kaasuja, nesteitä ja kiinteitä aineita. Vuonna 1752, Benjamin Franklin perustettu luminesenssin salaman aiheuttama sähköinen purkaus ilmakehän läpi. Vuonna 1860, vastuuvapauden lamppu oli ensimmäinen osoitettiin Royal Society of London. Hän tuotti kirkkaan valkoista valoa suurjännitevaraukseen läpi hiilidioksidin alhaisessa paineessa. Moderni loisteputkia perustuu yhdistelmä elektroluminesenssin ja fotoluminesenssin elohopea-atomien viritetään sähkö- purkauslampun, UV-säteilyn ne muutetaan näkyväksi valoksi kautta fosfori.

EL havaittu elektrodien elektrolyysin aikana johtuen rekombinaatiosta ionien (ja siten eräänlainen kemiluminesenssin). Vaikutuksen alaisena sähkökentän ohutkerrokset luminoivien sinkkisulfidin valon emissio tapahtuu, joka on myös nimitystä elektroluminesenssi.

Suuri määrä materiaaleja säteilee luminesenssin vaikutuksen alaisena kiihdytettyjen elektronien - timantti, rubiini, kide fosforin ja tiettyjen kompleksisten platina suolaa. Ensimmäinen käytännön soveltaminen katodisädelu- - Oscilloscope (1897). Variantit näytöt käyttäen parannettua kiteistä loisteaineita käytetään televisioiden, tutkat, oskilloskooppi ja elektronimikroskoopilla.

radio-

Radioaktiivisia alkuaineita voi lähettää alfa- hiukkasia (heliumytimiä), elektronit ja gammasäteilyä (korkean energian sähkömagneettista säteilyä). Säteily luminesenssi - hehkuu viritetään radioaktiivisen aineen. Kun alfa-hiukkanen pommittaa kiteistä fosforia, näkyvissä mikroskoopin alla pieni välkkyä. Tämä periaate käyttäen Englanti fyysikko Ernest Rutherford, osoittaa, että atomi on keskeinen ydin. Itsestään loisteväri käytettävä merkitsemisessä kelloja ja muut työkalut perustuvat RL. Ne koostuvat loisteaineen ja radioaktiivinen aine, esimerkiksi tritiumilla tai radium. Vaikuttava luonnon luminesenssi - on Aurora Borealis: radioaktiivinen prosesseja auringon päästää avaruuteen kasoittain elektroneja ja ioneja. Kun he lähestyvät maapallon, sen magneettikenttä ohjaa ne navat. Kaasupurkausvalonlähdettä prosesseja yläkerroksissa ilmakehän ja luoda kuuluisa Aurora.

Luminenssi: prosessin fysiikasta

Emission näkyvän valon (so. E. Kun aallonpituuksilla välillä 690 nm ja 400 nm) virityksen vaatii energiaa, joka on määritetty ainakin Einstein lakia. (E) on sama kuin Planckin vakio (h), kerrottuna taajuuden valo (ν) tai sen nopeus tyhjiössä (c), jaettuna aallonpituus (λ): E = hν = hc / λ.

Siten, tarvittavan energian heräte vaihtelee 40 kilokaloria (punainen), 60 kcal (ja keltainen), ja 80 kaloria (lila) moolia kohden ainetta. Toinen tapa ilmaista energia - elektronivoltteina (1 eV = 1,6 x 10 ^-12 erg) - 1,8-3,1 eV.

Eksitaatioenergia siirtyy elektroneja vastuussa luminesenssin hypätä sen maanpinnasta korkeammalle yhteen. Nämä ehdot määräytyvät kvanttimekaniikan lait. Erilaisia mekanismeja magnetointi riippuu siitä, onko se esiintyy yhdessä atomien ja molekyylien, tai yhdistelmiä kiteessä. Ne aloitetaan vaikutuksesta nopeutetun hiukkasia, kuten elektroneja, positiiviset ionit tai fotoneja.

Usein, magnetointi energia on huomattavasti suurempi kuin tarvitaan nostamaan elektroni säteilylle. Esimerkiksi fosfori luminesenssi kide televisiossa, katodi elektronit, joiden keskimääräinen energioiden 25000 volttia. Kuitenkin, väri on loisteputki lähes riippumaton hiukkasen energiaa. Siihen vaikuttavat taso innoissaan tilasta kristallienergiaa keskuksia.

loistelamput

Hiukkaset, joiden vuoksi luminesenssin tapahtuu - tämä ulompi elektroneja atomien tai molekyylien. Loistelampuissa, kuten elohopeaa atomi on vaikutuksen alaisena energian 6,7 eV tai enemmän, nostamalla yksi kahden ulomman elektroneja korkeammalle tasolle. Sen jälkeen, kun se palaa perustilaan ero energia emittoituu ultraviolettivalolla, jonka aallonpituus on 185 nm. Siirtymisen välillä pohja ja toinen taso tuottaa UV-säteily 254 nm: ssä, joka puolestaan voi kiihottaa muut fosforia tuottava näkyvää valoa.

Tämä säteily on erityisen voimakasta alhaisessa elohopeahöyrylamppua (10 ^{-5-ilmakehässä),} jota käytetään kaasupurkauslamppujen alhainen paine. Näin ollen noin 60% elektronin energia muunnetaan monokromaattista UV-valossa.

Korkeassa paineessa, taajuus kasvaa. Spektrit ei enää koostuvat yhdestä spektriviivan 254 nm, ja säteilyn energia on jakautunut päässä spektriviivat, jotka vastaavat erilaisia elektronisia tasoilla: 303, 313, 334, 366, 405, 436, 546 ja 578 nm. Korkea-elohopealamput käytetään valaistus, koska näkyvä 405-546 nm sini-vihreä valo, kun taas muuntamalla osa säteilyn punainen valo käyttäen fosforin seurauksena muuttuu valkoiseksi.

Kun kaasun molekyylit ovat innoissaan, niiden luminesenssin spektrit osoittavat leveät juovat; ei vain elektronit nostetaan korkeammalle tasolle energiaa, mutta samanaikaisesti innoissaan värähtelyjen ja kiertoliike atomien koko. Tämä johtuu siitä, että värähtelevän ja rotaatioenergiaan molekyylit ovat 10 ^-2 ja 10 ^-4 siirtymisen energiat, jotka lisäävät jopa määrittävät useita hieman eri aallonpituuksia yhden kaistan. Suuremmat molekyylit on useita päällekkäisiä nauhat, yksi kutakin siirtyminen. Säteily-molekyylit liuoksessa edullisesti ribbonlike aiheuttaman vuorovaikutuksen suhteellisen suuri määrä viritettyjen hiukkasten ja liuotin molekyylejä. Molekyyleihin, kuten atomit osallistuvat luminesenssin ulompi elektronien molekyyliorbitaalien.

Fluoresenssi ja fosforiloiste

Näitä ehtoja voidaan erottaa paitsi keston perusteella luminesenssin, mutta myös sen tuotantotapaan. Kun elektroni viritetään on singletti tilassa Hallintaoikeustyyppi siinä 10 ^-8 s, josta se voidaan helposti palauttaa maahan, aine lähettää sen energian fluoresenssina. Siirtymävaiheen aikana, spin ei muutu. Perus- ja viritettyjen tilojen on samanlainen moninaisuus.

Electron kuitenkin voidaan nostaa korkeammalle energiataso (nimeltään "viritetyssä triplettitila") selkä hoitoa. Kvanttimekaniikka, siirtymät triplettitila singlettitilaan kiellettyjä, ja siksi, kun ne elämästä paljon. Siksi luminesenssi tässä tapauksessa on paljon enemmän pitkällä aikavälillä: on fosforesenssista.