Люминесценция: Определение и Принципы

Люминесценция — это свойство вещества излучать свет под воздействием внешних возбуждающих факторов, таких как свет или электрическое поле, за счёт перехода электронов из возбуждённого состояния в основное.

• Закон Стокса: спектр люминесценции в длинноволновой области поглощения.
• Закон Вавилова: квантовый выход независит от длины волны возбуждения.
• С.И. Вавилов: установил соотношение флуоресценции и фосфоресценции в 1926 г.
• S0, S1, T1: энергетические уровни.
• Спектр возбуждения и люминесценции: характеристики излучения вещества при возбуждении.

Механизм люминесценции и ее виды

Люминесценция — это процесс, при котором вещество излучает свет после поглощения энергии. Основной механизм этого явления заключается в возбуждении электронов на более высокие энергетические уровни, после чего происходит их релаксация и излучение фотонов. В случае флуоресценции, электроны быстро переходят из состояния S1 в S0, излучая свет в длинноволновой области, что соответствует закону Стокса. Фосфоресценция, напротив, включает переход S1→T1 (интеркомбинационная конверсия), который запрещен по спину, что удлиняет время жизни состояния T1, и свечение продолжается секунды.

Квантовый выход люминесценции не зависит от длины волны возбуждения, что соответствует закону Вавилова. Однако эффективность люминесценции может снижаться при высокой концентрации из-за резонанса или действия гасителей.

Классификация видов люминесценции

• Флуоресценция: быстрый синглетный переход S1→S0, время 10⁻⁷–10⁻⁸ с, мгновенное свечение.
• Фосфоресценция: триплетный переход T1→S0, время 10⁻²–10⁻⁶ с и дольше, послесвечение.
• Замедленная флуоресценция: наблюдается в квантовых точках, таких как InP:Mn/ZnS, и зависит от размера.

Этапы процесса люминесценции включают поглощение (УФ/видимый/ИК свет), возбуждение, вибрационную релаксацию и излучение. Спектры люминесценции классифицируются по длительности послесвечения и типу перехода.

Практическое применение и историческое влияние люминесценции

Люминесценция имеет широкое практическое применение, включая люминесцентный анализ для определения состава веществ по спектру. Используются флуоресцентные лампы и фосфоры длительного свечения, такие как оксид силиката-алюмината стронция с европием. Катодолюминометры позволяют сравнивать флуоресценцию и фосфоресценцию, а люминофоры с управляемым временем жизни в квантовых точках применяются в оптоэлектронике.

Частые вопросы