Люминесцентный анализ

dn =  - pn²dt

 

 

где а = pn₀. Однако этот закон изменения интенсивности люминесценции (с течением времени) не соблюдается, так как начало рекомбинации несколько отстает от начала возбуждения; в частности, некоторые электроны, находящиеся в зоне проводимости, могут попасть в потенциальные ямы (на метастабильные уровни) и продолжительное время не будут участвовать в рекомбинационных процессах.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ГАШЕНИЕ ЛЮМИНЕСЦЕНЦИИ

 

В структуре люминофоров  могут быть созданы такие условия (или вызваны такие процессы), при которых энергия возбуждения переходит не в энергию люминесцентного излучения, а, например, в тепловую энергию. Осуществление безызлучательных переходов из возбужденных состояний в нормальные называется тушением (или гашением) люминесценции. Тушение может быть вызвано: повышением температуры; посторонними примесями (соли галоидных кислот, ионы серебра, железа и др.); помещением в среду, обладающую гасящим свойством (газообразный кислород, электролиты); переводом в другое агрегатное состояние (из твердого состояния в парообразное или в раствор); изменение концентрации раствора и др. По предложению В. Л. Левшина, различают:

1. внешнее тушение, при котором энергия возбужденных молекул, способных к люминесценции, предается молекулам, не обладающим этим свойством. Такой способ тушения не сопровождается изменениями в свойствах люминесцирующего вещества, их спектров поглощения и излучения;
2. внутреннее тушение, обусловленное процессами, происходящими внутри люминесцирующей молекулы, например, превращение поглощенной энергии возбуждения, сначала в энергию; переход молекулы в другую модификацию с потерей люминесцентной способности и т.п.

По классификации С. И. Вавилова, тушением первого рода называются  уменьшение выхода фотолюминесценции в результате  воздействия на не возбужденные молекулы, а второго рода - на возбужденные молекулы (в частности, внешнее тушение относиться ко второму роду).

Если гасящее действие обусловлено взаимодействием двух молекул, то оно будет сильно зависеть от времени существования возбужденного состояния одной из них; чем больше это время, тем больше вероятность реализации гасящего взаимодействия.

При длительном возбуждение люминофоров возможно восстановление равновесия между излучением и поглощением, при котором за некоторый промежуток времени Δt вещество будет получать из вне такую же энергию, какую расходует на люминесцентное излучение и на безызлучательных потери. Возможно так4же явление «насыщение» люминесценции: при очень мощном  внешнем воздействие все люминесцирующие центры могут оказаться возбужденными и поэтому дальнейшее увеличение интенсивности внешнего воздействия не может вызвать увеличение яркости люминесцентного свечения.

 

 

 

 

 

 

ПРИМЕНЕНИЕ  ЛЮМИНЕСЦЕНЦИИ

 

Перечислим важнейшей  применения люминесценций:

1. Люминесцентная лампа представляет собой стеклянную трубку, наполненную парами ртути и аргоном. Стенки лампы покрыты изнутри тонким слоем люминесцирующего состава – люминофором. В концы трубки впаяны электроды в виде вольфрамовых спиралей. При работе лампы температуры ее стенок близка к 50⁰С и давление паров ртути при этом составляет около 10^-2 мм рт.ст., а давление аргона – около 4 мм рт.ст.

При включение лампы  в электрическую цепь с достаточно высоким напряжением между электродами  проходит разряд в парах ртути (аргон только улучшает условия возбуждения паров ртути и замедляет разрушение электродов). Ртутные пары дают кроме видимого излучения еще и ультрафиолетовые лучи с длинами волн 0,254 и 0,185 мкм; эти лучи используются для возбуждения дополнительного видимого свечения люминофора, нанесенного на стенки лампы. Таким образом, в люминесцентных лампах части электрической энергии сначала превращаются в энергию ультрафиолетового излучения, а затем благодаря люминесценции в энергию видимого излучения.

Изменяя состав люминофоров, можно подобрать спектральный состав излучения люминесцентных ламп в соответствии с требованием эксплуатации.

Основные преимущества люминесцентных ламп:

• Большая светоотдача (порядка 40 – 50 лм/Вт, что в 3 – 4 раза превышает светоотдачу ламп накаливания);
• Небольшая поверхностная яркость 9около одного стильба):
• Небольшой срок службы (от 3000 до 10000 ч, что в 3 – 10 раз превышает срок службы ламп накаливания).

К недостаткам люминесцентных ламп следует отнести сложность  их включения и мелькания при питании переменным током.

2. Применение люминесценции для создания слабых освещенностей (аварийные и маскировочные освещения).

Такие освещенности необходимы для получения местного освещения, незаметного при наблюдение из дали, или запасного освещения на случай аварий. Сюда же относятся изготовление светящихся циферблатов и стрелок измерительных приборов и т.п.

3. Люминесцентный анализ и дефектоскопия. Так как люминесцентный излучение имеет спектр характерный для каждого вещества, то можно обнаружить и исследовать различные объекты в помощью люминесценции.

Так, и в биологии и микробиологии с помощью люминесценции можно наблюдать свечение. В палеонтологии это даёт возможность рассмотреть многие дополнительные детали отпечатков доисторических растений животных, включенных в осадочные пароды. В археологии в исследовании старинных рукописей при ультрафиолетовом облучении позволяет читать на них стертые и попорченные места.

Цвет люминесценции позволяет отличать одни продукты от других, выявлять фальсификацию и примеси, обнаруживать подделки, характер пятен(судебной экспертизе).

Люминесцентный анализ по сравнению с химическим и спектральным обладает некоторыми преимуществами:

• Не требуется такого воздействия на исследуемое вещество, при котором могли бы изменится его состав, структура или агрегатное состояние(например, нет необходимость оказывать химическое воздействие или  переводить исследуемое вещество в газообразное состояние и т.д.);
• Очень высокая чувствительность, позволяющая обнаружить миллиардные доли процента люминесцирующих примесей в различных средах, растворах или смесях( например, следы нефти в пароде и т.д.);
• При люминесцентном анализе определяется не химические элементы, из которых состоит исследуемое вещество, а непосредственно того или иного интересующего нас вещества: органическое соединение, краски и т.д.
• Простота методики анализа и дешевизны необходимой аппаратуры.

Важное значение имеет в настоящее время люминесцентное дефектоскопия, т.е невидимое глазу трощен в металлических изделиях с помощью люминесцентных веществ. Для этих целей поверхность исследуемой детали смазывается люминесцентным раствором, который заполняет и трощены. Долее люминесцирующий раствор смывается   образца, но в трещинах он останется. При облучении образца ультрафиолетовым светом трещина обнаруживается ярким свечением заключенного в ней раствора.

Широкое применение получил  люминесцентный анализ при сортировки в оптических стеклах.