Изучение режима работы ртутно-кварцевой горелки. Изучение люминесцентных свойств веществ, страница 10

Фотолюминесценция. Правило Стокса.

Фотолюминесценция делится на флуоресценцию (кратковременное послесвечение) и фосфоресценцию (сравнительно длительное послесвечение , не менее 10^-3 сек).

Фотолюминесценцию жидкостей  и  твердых тел можно наблюдать

при освещении их видимым или ультрафиолетовым светом.  Примером может  служить  свечение обыкновенного керосина,  серной кислоты, раствора флуоресцеина, зеленое свечение стекол с примесью солей урана,  красное свечение  стекол  с примесью солей марганца,  синей - с примесью солей церия.  Светятся также различные краски и особые неорганические составы и минералы, которые называют фосфорами (люминофорами).

Спектр люминесценции в целом  и  его  максимум всегда оказывается  в области более длинных волн по сравнению со спектром поглощенного излучения, способного вызвать эту люминесценцию (рис. 3.5). Это правило называется правилом Стокса.

Энергия падающего фотона hn₀ расходуется на  излучение (hn₁) и безизлучательные процессы (A) внутри вещества:

hn₀ = hn₁ + A.                                                                       (1)

Поэтому n₁ < n₀ или l₁ > l₀, то есть испускаемый при люминесценции свет должен иметь более длинные волны, чем поглощаемый (рис. 1.5.).  Если A = 0, то l₁ = l₀; в этом предельном случае испускаемый свет будет иметь ту же длину волны, что и поглощаемый. В редких случаях, при возбуждении фотолюминесценции отдельной спектральной линией (то есть монохроматическим светом, когда фотон поглощается уже возбужденной молекулой),  возможен процесс, при котором испускаемый фотон уносит с собой дополнительную часть энергии молекулы. При этом испускаемый люминесценцией свет будет иметь большую частоту (меньшую длину волны):  hn₁ > hn₀  или l₁ < l. Такое излучение называется антистоксовым. Антистоксовое излучение редко, при большом числе актов поглощения и излучения наиболее вероятно испускание света с большей длиной волны по сравнению со светом поглощаемым.  Поэтому максимум кривой спектра люминесценции всегда находится в области  более длинных волн по сравнению с максимумом кривой спектра поглощения.

Рис. 5. Схема, иллюстрирующая правило Стокса.

В жидких  и твердых веществах спектр люминесценции не зависит от спектра возбуждающего света (или от длины волны поглощенного излучения,  если  оно  является монохроматическим).  Если в пределах спектра поглощения изменять частоту возбуждающего  света, то спектр люминесценции при этом не меняется.  Он характеризует люминесцирующее вещество и обусловлен природой его молекул, а не энергией возбуждающего фотона.

Энергия, затраченная на возбуждение молекул вещества,  превращается в энергию  излучения не полностью, часть энергии расходуется на различные безизлучательные процессы в веществе. Процессы, приводящие к рассеиванию энергии, называются тушением люминесценции. Полнота преобразования поглощенной энергии в энергию  излучения характеризуется  выходом люминесценции. Различают:

1)  энергетический выход В_Э люминесценции - отношение энергии люминесценции W_Л к поглощенной энергии Wп:

                                                 В_Э ;                                                                       (2)

2) квантовый выход B_К люминесценции -  отношение числа  квантов