Люминесценция, её виды

Министерство  образования Республики Беларусь

Учреждение  образования «Мозырский государственный

педагогический  университет имени И.П. Шамякина» 
 
 
 

Кафедра физики и МПФ 
 
 
 
 
 
 

Курсовая  работа 
 

Люминесценция 
 
 
 
 
 
 
 

                                           Студентки 4 курса 2 группы

                                           физико-математического 

                                           факультета                                                

                                           Кущ Любови Владимировны 
 

                                           Научный руководитель:

                                           (ученая  степень, звание, фамилия,

                                           инициалы  научного руководителя) 
 
 
 
 
 
 
 

Мозырь 2010год

Содержание

1. Введение
2. Возникновение люминесценции
3. Классификация люминесценции
4. Физические характеристики люминесценции
5. Люминесцирующие вещества
6. Выход люминесценции
7. Законы затухания люминесценции
8. Тушение люминесценции и виды
9. Применение люминесценции
10. Заключение
11. Литература

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1.Введение

     Люминесценция — излучение, представляющее собой  избыток над тепловым излучением тела при данной температуре и  имеющее длительность, значительно  превышающую период световых волн. Первая часть этого определения  предложена Э. Видоманом  и отделяет люминесценцию от равновесного теплового  излучения. Вторая часть — признак  длительности — введена С. И. Вавиловым  для того, чтобы отделить люминесценцию  от других явлений вторичного свечения — отражения и рассеяния света, а также от вынужденного испускания, тормозного излучения заряженных частиц.

     Люминесценция возникает при преобразовании в  свет энергии, поглощённой атомами, молекулами или ионами некоторых  веществ. Далеко не все вещества способны давать люминесценцию. Частицы люминесцентного  вещества, поглотив энергию, приходят в особое возбужденное состояние, которое  длится некоторое, обычно очень незначительное, время, возвращаясь в исходное, нормальное состояние, возбуждённые частицы отдают избыток энергии в виде света  – люминесценции. Необходимую для  возбуждения свечения энергию можно  сообщить частицам люминесцентного  вещества разными путями: можно направить  на него поток световых лучей, можно  достигнуть возбуждения частиц ударами  электронов и т. Д.

     Условия, в которых возбуждаются и светят частицы люминесцентного вещества, совершенно отличны от условий, в  которых находятся частицы раскалённого тела. В то время как при нагревании тела увеличивается энергия всех его частиц, при возбуждении люминесценции  энергию получают лишь отдельные  частицы, остающиеся в окружении  огромного числа невозбуждённых частиц.

     Наиболее  простым способом возбуждения люминесценции  является освещение люминесцентного  вещества ультрафиолетовыми лучами или коротковолновыми лучами видимого света; при этом в каждый данный момент свет поглощают лишь некоторые частицы  люминесцентного вещества, которое  и приходят в возбуждённое состояние. Кроме того, как указал академик С.И.Вавилов, важным признаком люминесценции  является её заметная длительность по сравнению со световыми колебаниями, имеющими период 10-10 сек. Свечение люминесценции  продолжается, по крайней мере, десятимиллиардную  долю секунды после прекращения  возбуждения, т.е. энергия, поглощённая  частицами вещества, не излучается мгновенно. Этим люминесценция отличается от других видов свечения, например от излучения поверхностей, отражающих и рассеивающих свет какого-нибудь постороннего источника.

     Природное применение холодного свечения –  люминесценции, наблюдались, конечно, и первобытным человеком, но сознательное описание этих явлений и выяснение  их способностей началось лишь около 400 лет назад.

     Люминесценция обратила на себя внимания крупнейших естествоиспытателей XVII века: Р.Бойля, Г.Галилея и И.Ньютона; однако более 300 лет она считалась одним  из наиболее «таинственных» и не объяснимых явлений природы. Это понятно, так  как повсеместно применявшиеся  раскалённые источники света  прочно утвердили в человеческом сознании представление о неразрывной  связи возникновения света с  сильным нагреванием тел.

     Систематические количественные исследования холодного  свечения были начаты 100 лет назад  трудами английского физика Э.Беккереля.

     Следует отметить, что два величайших открытия конца XIX века: лучей Рентгена и радиоактивности  неразрывно связаны с исследованием  люминесценции.

     Рентгеновские экраны для рентгенографии были одним  из первых важнейших применений люминесценции  для технических целей. Вскоре люминесцентные вещества стали использоваться для  нанесения на экраны осциллографов. Почти одновременно, в 90-х годах  прошлого столетия, свечение газов  в разрядных трубках было использовано для целей декоративного освещения. С этого времени применение люминесценции  в технике непрерывно возрастало, а вместе с тем быстро нарастал и темп научного исследования этих явлений. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2.Возникновение люминесценции 

     Возникновение люминесценции у антрахинондиазолов, по-видимому, обусловлено двумя структурными факторами. С одной стороны, благодаря  образованию конденсированной системы, включающей азольный цикл и соседнее с ним ароматическое ядро, удлиняется я-система, связанная с карбонильной группой. С другой стороны, с карбонильной группой взаимодействует по цепи сопряженных связей электронодонорный  заместитель. Однако для появления  у антрахинондиазолов интенсивной  люминесценции недостаточно введения незамещенной аминогруппы. Для этого  необходимы более сильные электронодонорные  заместители – алкиламино -, циклоалкиламино – или диалкиламино-грушш.

     Возникновению люминесценции вещества благоприятствует защищенность электронных оболочек атома, способного люминесцировать (это позволяет накопить в атоме энергию, необходимую для люминесценции), и наличие, например, в молекуле органического вещества определенных структурных группировок атомов и определенных валентных связей.

     Для возникновения люминесценции к  полупроводнику подключают внешний  источник энергии с целью его  перехода в возбужденное состояние. Возбужденному состоянию полупроводника соответствует образование неравновесных  концентраций свободных частиц: электронов в зоне проводимости и дырок в  валентной зоне.

     Для возникновения люминесценции необходимо перевести частицы исследуемого вещества из нормального в возбужденное состояние и обеспечить его сохранение в течение времени, необходимого для осуществления электронного перехода при возвращении центров свечения в невозбужденное состояние.

     Эффект  возникновения люминесценции при  понижении температуры наблюдается, в частности, у нелюмииесцирующих  при комнатной температуре три-фенилметановых красителей.

     Одинакова и причина возникновения люминесценции  – бомбардировка потоками электронов. Возвращаясь на свою орбиту, электрон выделяет излишек энергии в виде излучения фотона, или светового кванта – мельчайшей частицы света.

     Одинакова и причина возникновения люминесценции  – бомбардировка потоком электронов. Электроны, с силой ударяясь о молекулы люминесцирующего вещества, приводят их в возбужденное состояние, которое выражается в том, что один из электронов атома перескакивает со своей орбиты (оболочки) на другую, характеризующуюся большим энергетическим уровнем. Возвращаясь на свою орбиту, электрон выделяет излишек энергии в виде излучения фотона или светового кванта – мельчайшей частицы света.

     Кривые  оптической плотно. Поглощение света  необходимо для возникновения люминесценции; свет только тех длин волн, которые  поглощаются веществом, может вызвать его люминесценцию. Поэтому знание спектра поглощения люминесцирующего вещества облегчает подбор наиболее подходящего источника возбуждения и светофильтра.

     Описанная для пентана последовательность температур возникновения люминесценции, увеличения ее интенсивности, появления  холодных пламен, их исчезновения и, наконец, наступления воспламенения сохраняется  и для других исследованных углеводородных топлив. Абсолютные значения этих температур в случае богатых (углеводородом) смесей слабо зависят от отношения топлива к воздуху.

     Схема возникновения люминесценции. В  первом случае в процессе возникновения  люминесценции принимает участие только одна частица (центр свечения), которая является как поглотителем энергии, так и излучателем световых волн. В рекомбинационных процессах свечения поглощение энергии, как правило, осуществляется не теми частицами, которые излучают световые волны.

     Но  существуют факторы, препятствующие возникновению  люминесценции. Одним из них может  быть не жесткость структуры молекулы, при которой энергия, запасенная веществом при возбуждении светом в области полосы частот поглощения, может быть затем растрачена в процессе пространственной перестройки отдельных ее частей, требующей значительного количества энергии.

     Указанный сопряженный характер связи существен  для возникновения люминесценции.

     Существует  несколько теорий, объясняющих причины  возникновения люминесценции. Ярмен приводит четыре из них.

     Рассмотренные здесь положения, определяющие возможность  возникновения люминесценции или, как более правильно ставился вопрос в начале раздела, напротив, невозможность люминесценции, конечно, не могут претендовать на полноту. Однако используя рассмотренные в этом и предыдущих разделах закономерности, химик-аналитик в состоянии хотя бы в самом первом приближении оценить люминесцентные возможности того или иного вещества, оценить ряд факторов, способствующих или, наоборот, мешающих возникновению люминесценции.

     Оказалось, что даже следы хлора способствуют возникновению люминесценции. Так, Стрендж, прокаливавший ZnS в эвакуированных кварцевых ампулах при 1000 С в течение нескольких часов, наблюдал, что при наличии 0,001 % CuS и эквивалентного количества NH₄Cl появляется характерная для ZnSCu зеленая люминесценция, в то время как при наличии одного лишь CuS (выше 200 С он превращается в Cu₂S) без NH₄Cl люминесценция слаба или отсутствует вовсе.

     Характерным явлением при низкотемпературном окислении  углеводородов следует считать  возникновение бледно-голубой люминесценции, или холодного пламени, сопровождающего  быстрое окисление.

     Результаты  всех исследований показывают, что  необходимое условие для возникновения  люминесценции – присутствие урана в шестивалентном состоянии. Предполагают, что ион U₆ изоморфно замещает ион натрия в кристаллической решетке фтористого натрия. Такая замена вполне допустима, так как ионные радиусы фтора и кислорода близки.

     По  нашим данным, возможно открытие иона бериллия по возникновению желто-зеленой люминесценции его оксихинолината в щелочной среде.

     Наличие резонатора и усиление в активной среде приводят к возникновению  усиленной люминесценции с индикатрисой, вытянутой вдоль оси резонатора, и высокой плотностью потока. После  преодоления порога само генерируемое излучение еще больше просветляет  пассивную область.

     Для определения катионов наиболее чувствительными  являются люминесцентные реакции, сопровождающиеся возникновением люминесценции у  не люминесцирующего реагента в результате образования внутрикомплексного соединения с катионами.