Содержание

1. Введение

2. История изучения явления люминесценции

3.Теоретичесткая основа

3.1 Классификация явлений люминесценции

3.2 Виды люминесценции

3.3 Физические характеристики люминесценции

3.4 Люминесцирующие вещества

4. Методы исследования

5. Применение люминесценции

5. Литература

1. Введение

Природные явления люминесценции — северное сияние, свечение некоторых насекомых, минералов, гниющего дерева — были известны с очень давних времён, однако систематически изучать люминесценцию стали с конца 19 века (Э. и А. Беккерели, Ф. Ленард, У. Крукс и другие). Фосфоресценция алмаза известна была и древним, но первое искусственно добытое фосфоресцирующее вещество открыто было только в 1604 г.: Каскариоло в Болонье получил его при обжигании устричных раковин (болонский фосфор) [1].

Без преувеличения можно сказать, что современная техника немыслима без люминесценции. Это лампы дневного света, которые существенно экономят электроэнергию, а, следовательно, и природные ресурсы. На люминофоры мы смотрим каждый день, они находятся в кинескопах наших телевизоров. Все новые требования техники, предъявляемые к качеству светящихся составов, стимулируют углубленное изучение явления и способствуют развитию теории люминесценции. Кроме того, исследование таких свойств, как люминесценция, может многое сказать о природе абсолютно новых веществ.

Из вышесказанного следует, что изучение люминесценции различных веществ является актуальной проблемой современной науки.

Научные интересы нашей исследовательской группы связаны с получением новых комплексных соединений с последующим разбиением их до мельчайших частиц (наноразмера). Подтверждено, что данные комплексы обладают как магнитными, так и люминесцентными свойствами, что дает возможность их практического применения, например, в медицинских целях.

Таким образом, целью данной работы явилось изучение такого интересного явления, как люминесценция, исторических предпосылок исследования, а также различных практических применений люминесценции.

2. История изучения явления люминесценции

Впервые хемилюминесценция наблюдалась в 1669 году Брандом (Brand), открывшим фосфор. Если держать это вещество на воздухе (обыкновенно его хранят под водой), из него выделяется облачко светящихся паров, давшее основание назвать элемент «фосфором», т.е. по-гречески «несущий свет». Причина этого свечения была предметом длительной полемики, пока Шрёттер (В.A.Schrotter) не доказал в 1852 году, что причиной свечения фосфора является его окисление на воздухе [2].

Со времени Бранда число примеров хемилюминесценции чрезвычайно возросло. Некоторые реакции сопровождаются выделением значительно большего количества световой энергии, чем окисление фосфора. Большая часть их является реакциями окисления; так, свежие поверхности натрия и калия светятся на воздухе; преимущественно же это замечается на органических веществах. Так, с выделением света окисляются некоторые спирты и многозначные фенолы, нафтолы и т. д. К числу наиболее ярких реакций принадлежит окисление амарина, лофина, гидробензамида, различных альдегидов и их производных [3], в особенности же реакция Ведекинда (соединение хлорпикрина с фенилмагнийиодидом) и окисление перекисью водорода смеси пирогаллола с формальдегидом в щелочном растворе (красная люминесценция) [4]. В последнее время открыты две новые группы люминесцирующих реакций, а именно — окисление магний - органических соединений [5], и изученных Делепинем [6] серосодержащих органических соединений.

К области хемилюминесценции относится также свечение некоторых организмов: бактерий, ноктилук, светляков и пр. Эти явления подробно описаны в книге Гарвея [7]. Одною из первых работ, содержавших научное исследование хемилюминесценции и ее зависимости от характера реакции, концентрации компонентов и внешних условий, была работа Трауца [8]. Главнейшие результаты ее сводятся к следующему: количество света при химической реакции увеличивается с повышением скорости реакции. Все факторы, повышающие последнюю, усиливают хемилюминесценцию (концентрация компонентов, скорость смешения, температура, порядок смешения компонентов, реакция среды, степень электролитической диссоциации компонентов реакции). Τρауц нашел также, что прибавление различных индифферентных веществ не влияет на количество и качество выделяемого света.

Центнершвер и Петрикальн [9] впервые изучили спектр хемилюминесценции объективным методом. В качестве объекта они воспользовались классической реакцией окисления фосфора. Сила хемилюминесценции, т.е. количество световой энергии выделяющейся при реакции, до последнего времени отмечалась только качественно. Первое количественное исследование по этому вопросу произвел Гринберг [10], сравнивавший продолжительности «экспозиции», необходимые для одинакового почернения фотографических пластинок, на которые ставились стаканчики с протекавшими в них люминесцирующими реакциями.

Что касается теоретических представлений о сущности хемилюминесценции, то все писавшие о ней авторы сходились на том представлении, что часть выделяющейся при химической реакции энергии избегает превращения в теплоту; атомы реагирующих веществ переходят при этом в «возбужденное» состояние, проявляющееся в свечении.

Стрётт [11] в 1913 году наблюдал, что активированный азот, реагирующий с каким-нибудь веществом, вызывает появление спектральных линий или полос, свойственных другим веществам, присутствующим в том же пространстве. Отсюда он заключил, что эти вещества, способные к испусканию световых лучей, черпают необходимую для этого энергию из запаса, освобождающегося при реакции, хотя сами в ней непосредственного участия не принимают.

Стухтей [12] в 1914 году показал, что свет, испускаемый при разложении озона, содержит спектральные полосы, характерные для неразложенного озона. И здесь, следовательно, энергия, выделявшаяся при разложении молекул озона, переносилась на неподвергшиеся еще распаду частицы и переводила их в оптически возбужденное состояние.

Важные наблюдения сделали Габер и Циш [13], они заметили, что свет, испускаемый обыкновенным газовым пламенем, не весь имеет чисто калорическое происхождение. Часть его черпает энергию непосредственно из происходящих в пламени химических реакций, без промежуточного превращения ее в теплоту.

Подобные же исследования над реакциями в твердых и жидких системах были произведены Каутским и Цохером [14]. Эти авторы работали над полученными Каутским ненасыщенными соединениями кремния, легко переходящими друг в друга при действии света и обнаруживающими в очень яркой форме явления хеми-, трибо-, катодо- и фотолюминесценции (фосфоресценции и флюоресценции).

Интересные соображения о сущности флюоресценции были высказаны Перрэном [15]. Он предположил, что флюоресценция является следствием хемилюминесценции: свет малой длины волны, обладающий большой энергией каждого кванта, вызывает химическую (фотохимическую) реакцию, протекающую между минимальными количествами веществ. В результате этой реакции, в свою очередь, излучается свет, воспринимаемый нами как флюоресценция, но по существу вызванный хемилюминесценцией. Это мнение Перрэна, однако, не подтвердилось.