Люмінесценція: види, основні закономірності, властивості. Закон Стокса. Застосування люмінесценсії в медицині

Фотоефект та його застосування. Внутрішні та зовнішній фотоефекти. Фотоелектричні прилади в медицині.

Фотоефе́кт — явище «вибивання» світлом електронів із металів. Це повне або часткове вивільнення електронів від зв'язків з ядрами атомів речовини внаслідок дії на неї електромагнітного проміння (світла, рентгенівського чи гамма-променів).

Розрізняють: зовнішній фотоефект – вибивання електронів під дією світла (фотоелектронна емісія), гамма-випромінювання тощо; внутрішній фотоефект – збільшення електропровідності напівпровідників або діелектриків під дією світла (фотопровідність); вентильний фотоефект – збудження світлом електрорушійної сили на межі між металом і напівпровідником або між різнорідними напівпровідниками (р-n перехід).

Фотоефект застосовується в ряді аналізаторів речовини. Явище фотоефекту покладено в основу дії фотоелементів. Дослідження фотоефекту дозволили сформулювати три його характерні закони.

Кількість фотоелектронів прямо пропорційна інтенсивності світла.

Максимальна кінетична енергія фотоелектронів не залежить від інтенсивності світла, кінетична енергія фотоелектронів прямо пропорційна частоті світла.

Для кожної речовини існують порогові значення частоти та довжини хвилі світла, які відповідають межі існування фотоефекту; світло з меншою частотою та більшою довжиною хвилі фотоефекту не викликає.

Оскільки це порогове значення завжди ближче до червоного світла, то йому дали назву червона межа фотоефекту.

Зрозуміло, що червона межа фотоефекту існує завдяки притягуванню електронів до ядер. Разом з тим, останній закон не можна пояснити на основі уявлення про світло як неперервні плавні коливання у вакуумі-ефірі: такі хвилі мали довго розгойдувати електрони до того моменту, коли швидкість останніх стала б достатньою для відриву від металу.

Люмінесце́нція — відмінне від теплового світіння збудженої речовини.

Інша назва – холодне світло.

Довготривалу люмінесценцію називають фосфоресценцією, а короткотривалу – флуоресценцією.

За механізмом розрізняють такі різновиди люмінесценції: резонансну, спонтанну, вимушену та рекомбінаційну.

За типом збудження розрізняють фотолюмінесценцію, рентгенолюмінесценцію, катодолюмінесценцію, хемолюмінесценцію, кріолюмінесценцію, електролюмінесценцію, триболюмінесценцію, радіолюмінесценцію, термолюмінесценцію тощо. Речовина, у якій спостерігається люмінесценція, називається люмінофором.

Люмінесцентне випромінювання виникає за рахунок квантових переходів атомів, іонів, молекул зі збудженого стану в основний чи менш збуджений, тому кожен атом, іон чи молекула люмінофора є центром люмінесценції.

Люмінесценція при збудженні речовини світлом називається фотолюмінесценцією. При збудженні речовини струмом виникає електролюмінесценція, яка використовується в люмінесцентних лампах та світлодіодах. У електроннопроменевих трубках, які ще донедавна використовувалися у телевізорах та дисплеях, люмінесценція збуджується потоком електронів. У ядерній фізиці використовуються сцинтиляційні детектори, в яких люмінесценція викликається швидкими зарядженими частинками. Світіння, яке виникає внаслідок хімічних реакцій, називають хемолюмінесценцією, а світіння в живих організмах — біолюмінесценцією.

Люмінесценція може продовжуватися ще дуже довго після збудження речовини. Таку люмінесценцію (з характерним часом с) випромінювання на зміненій частоті називають фосфоресценцією.

Швидке негайне (з характерним часом с) називають флюоресценцією.

Точні кількісні критерії розмежування цих двох явищ визначити важко, проте знання механізму конкретного люмінесцентного процесу (див. нижче «Природа явища») дозволяє чітко їх розрізнити - при фосфоресценції відбувається зміна мультиплетності молекули (звичайно це перехід з триплетного стану до синґлетного), при флюоресценції спін, а відтак і мультплетність не змінюються. Проте такий прозорий критерій розрізнення є загально прийнятим лише серед фахівців з молекулярної спектроскопії; науковці, що займаються іншими системами, зокрема атомною спектроскопією, не завжди його притримуються: так, одна з найважливіших для фотохімії лінія випромінювання ртуті 253,7 нм відповідає переходу 3P1→1S0 і за цим критерієм є фосфоресцентною лінією, проте фахівці з атомної спектроскопії так її не називають[1].

Дата добавления: 2015-05-24