Люминесценция

Люминесценция (рус. люминесценции, англ. luminescence, нем. Lumineszenz f) - отличное от теплового свечения возбужденного вещества.

Другое название - холодный свет.

Общая характеристика

Вещество, в которой наблюдается люминесценция, называется люминофором.

Люминесцентное излучение возникает за счет квантовых переходов атомов, ионов, молекул из возбужденного состояния в основное или менее возбужденное, поэтому каждый атом, ион или молекула люминофора является центром люминесценции.

Люминесценция при возбуждении вещества светом называется фотолюминесценцию. При возбуждении вещества током возникает электролюминесценция, которые есть в люминесцентные лампы и светодиодные лампы. В электроннолучевых трубках, которые еще недавно использовались в телевизорах и дисплеях, люминесценция возбуждается потоком электронов. В ядерной физике используются сцинтилляционные детекторы, в которых люминесценция вызывается быстрыми заряженными частицами. Свечение, возникающее вследствие химических реакций, называют хемолюминесценциею, а свечение в живых организмах - биолюминесценцию.

Люминесценция может продолжаться еще очень долго после возбуждения вещества. Такое люминесценцию (с характерным временем τ> 10 - 4 с) излучения на измененной частоте называют фосфоресценцию.

Быстрое немедленное (с характерным временем τ ) называют флюоресценцией.

Точные количественные критерии разграничения этих двух явлений определить трудно, однако знание механизма конкретного люминесцентного процесса (см. ниже «Природа явления») позволяет четко их различить - при фосфоресценции происходит изменение мультиплетности молекулы (обычно это переход из триплетного состояния в синглетного), при флюоресценции спин, а следовательно и мультплетнисть не изменяются. Однако такой прозрачный критерий различения является общепринятым только среди специалистов по молекулярной спектроскопии; ученые, занимающиеся другими системами, в частности атомной спектроскопией, не всегда его придерживаются: так, одна из наиболее важных для фотохимии линия излучения ртути 253,7 нм соответствует переходу 3P151S0 и по этому критерию является фосфоресцирующих линией, однако специалисты по атомной спектроскопии так ее не называют.

Природа явления

При возбуждении вещества тем или иным способом, ее молекулы (в случае газа или жидкости) переходят в высокоэнергетические квантовые состояния. В случае полупроводников электроны переходят из валентной зоны в свободные состояния зоны проводимости, оставляя в валентной зоне Дирку. Возбужденное состояние может випроминиты фотон немедленно, вернувшись в основное состояние или же потерять часть энергии в результате столкновений. Процессы постепенной потери энергии возбужденной частицей называются релаксацией. Релаксация продолжается, пока возбуждено доля не придет к состоянию, когда дальнейшая постепенная потеря энергии невозможна. Такие состояния характерны для каждого вещества и определяют спектр люминесценции. Возбуждение может существовать в таком состоянии только определенное время, а затем происходит переход к основному состоянию, которое сопровождается излучениями кванта света - фотона. Каждый люминофор характеризуется своим спектром люминесценции, на который почти не влияет способ возбуждения.

Классификация видов люминесценции

Долговременную люминесценцию называют фосфоресценцию, а кратковременную - флуоресценцией.

По механизму различают следующие разновидности люминесценции: резонансную, спонтанную, вынужденную и рекомбинационном.

По типу возбуждения различают фотолюминесценцию, рентгенолюминесценции, катодолюминесценцию, хемолюминесценцию, криолюминесценцию, электролюминесценции, триболюминесценцию, радиолюминесценции, термолюминесценцию т.д.

Спектроскопия

Изучение люминесценции - один из главных методов оптической спектроскопии. Изучают обычно спектр излучения, спектр возбуждения и кинетика затухания люминесценции.

Существует также метод термостимульванои люминесценции, когда вещество облучают при низкой температуре, при которой процессы релаксации возбуждений задержаны, а затем ее медленно подогревают и она начинает светиться при определенной температуре.

Использование

Л. широко используют в електропроменевих приборах, светотехнике, дефектоскопии и люминесцентном анализе, при люминесцентной сепарации полезных ископаемых.

Люминесценция минералов является их важной диагностическим признаком.