Краткая теория

Лабораторная работа

Цель работы: Познакомиться с явлением фотолюминесценции, определить концентрацию флуоресценции не­известного раствора.

Приборы и материалы: фотометр, 6 колб с эталонными растворами, 1 колба с исследуемой жидкостью,лампа ПРК-2.

Краткая теория

В данной работе мы познакомимся с таким видом светового испускание как люминесценция. Наиболее интересным типом люминесценции является фотолюминесценция- свечение, наблюдающееся под действием видимо­го или ультрафиолетового света. На практике явление фотолюминесценции используется при создании лазерных источников света, на этом явлении основан люминесцентный ана­лиз, позволяющий обнаруживать чрезвычайно малые количества люминесцирующего вещества.

Одну из характерных особенностей люминесценции удобнее всего выявить при сравнении люминесценции с испусканием света раскаленным твердым телом. Испускание нагретых тел подчиняется закону Кирхгофа: отношение испускательной способности лю­бого тела к поглощательной его способности является постоян­ной для всех тел величиной, равной излучательной способности абсолютно черного тела. Для люминесценции указанное отношение больше испускательной способности абсолютно черного тела. Тепловое излучение в видимой области спектра заметно только при температуре несколько сотен градусов, в то время как люминесцировать оно может при любой температуре. В связи с этим люминесценцию называют холодным свечением либо излучением, избыточным над тепловым.

Возможные механизмы люминесценции показаны на рис.1. Перво­начальным процессом, приводящим к люминесценции, является по­глощение энергии с переходом атома (молекулы) из самого ниж­него энергетического состояния 1 на возбужденный уровень 3.

В зависимости от последующих переходов различают резонансную,
спонтанную и вынужденную люминесценцию.
1. В атомных парах и у некоторых простых молекул излучение люминесценции может происходить непосредственно на переходе 3 ->1 (резонансная люминесценция, рис.1а).

2. При спонтанной люминесценции (рис.16) молекула, возбужден­ная до состояния 3, теряет часть своей энергии в результате столкновения с другими частицами и переходит на уровень 2. С этого уровня и осуществляется люминесцентный переход 2->1.

3. В случае вынужденной люминесценции (рис.1в) молекула с уро­вня 3 первоначально попадает на уровень 4, переход с которого в основное состояние запрещен правилами отбора. Такой уровень называется метастабильным. Затем за счет дополнительной энер­гии, сообщенной молекуле при нагревании раствора или подсвет­ке инфракрасным излучением, молекула с уровня 4 переходит на уровень 2, с которого происходит люминесцентный переход 2->1.

Закон Ломмеля. Направление люминесценции не зависит от напра­вления возбуждения. Испускание в однородной среде происходит равномерно в телесном угле 4π.

Закон Стокca. Спектр люминесценции обычно сдвинут по сравне­нию со спектром поглощения в сторону длинных волн. Физический смысл этого закона вполне понятен. Обозначим частоту поглоща­емого света νп, частоту света люминесценции через νл. Тогда для спонтанной и вынужденной люминесценции можно записать:

hνп=hνл+ А,

где А - часть энергии поглощаемого фотона, растрачиваемая на какие-либо внутримолекулярные или тепловые процессы. В связи с этим для возбуждения флуоресценции, состав которой соответ­ствовал бы видимому участку спектра, флуоресцирующее вещество надо освещать светом более короткой длины волны.

Закон Вавилова. Квантовым выходом люминесценции называют от­ношение числа фотонов, испускаемых при люминесценции n_f, к числу поглощаемых фотонов n_a, то есть ρ_к = n_f/n_a. Многие люминесцирующие растворы имеют широкий спектр поглощения. В таких растворах люминесценцию можно возбудить с помощью света любой длины волны в пределах полосы поглощения. С.И.Вавиловым показано, что квантовый выход люминесценции растворов не зависит от длины волны возбуждающего света.

Дата добавления: 2015-09-07