Люминесцентный анализ - Шлезингер М.А.
Скачать (прямая ссылка):
Некоторые тела обладают способностью аккумулировать поглощае-. мую ими световую энергию и испускать ее только постепенно; таковы, например, светосоставы, находящие сейчас широкое практическое применение; некоторые из них продолжают светиться в течение нескольких часов и даже суток после того, как их перестали освещать ("заряжать"). Этот вид люминесценции называют фосфоресценцией. В отличие от этого люминесценцию во время возбуждения называют флуоресценцией*).
Люминесцентное свечение может возбуждаться и за счет иной энергии, не световой. Так, в телевидении широко применяют катодолюми-несценцию, т. е. свечение вещества при его бомбардировке быстро летящими электронами - катодными лучами.
При окислении фосфора последний, как хорошо известно, светится; это пример х е м и л ю м и н е с ц е н ц и и, при которой свечение возбуждается за счет энергии, освобождающейся при химической реакции, в данном случае реакции соединения фосфора с кислородом.
Если в темноте колоть сахар, то наблюдается т р и б о л ю м и н е с-ценция (люминесценция трения) - свечение, связанное с разрушением кристаллов сахара.
Не случайно, что все эти виды свечения физик объединяет общим понятием "люминесценция" и противопоставляет их излучению нагретого тела, например, свечению раскаленной проволоки.
Разграничительный признак между люминесцирующими источниками и тепловыми выявляется при сравнении излучения тех и других с излучением "абсолютно черного тела" при той же температуре.
"Абсолютно черным телом" называют такое тело, которое превращает в теплоту все падающие на него лучи и, следовательно, не отражает и не пропускает сквозь себя лучей. Сажа уже в тонком слое приблизительно удовлетворяет этому условию, она почти не отражает света и потому представляется нам черной. Однако для сажи поглощательная способность, т. е. доля падающей энергии, поглощаемой телом, отлична от единицы и составляет 0,99; "абсолютно черным телом" называют то идеальное тело, для которого поглощательная способность равна единице. Все реальные
*) Мы употребляем два термина: флуоресцирующий и флуоресцентный со значениями, аналогичными указанным для терминов люминесцирующий и люминесцентный (см. примечание на стр. 14).
ГЛ. I]
НЕКОТОРЫЕ НЕОБХОДИМЫЕ ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ СВЕДЕНИЯ
23
тела, как бы они ни были черны, все же не полностью поглощают падающую на них лучистую энергию. Чтобы получить абсолютно черное тело из какого-либо материала, устраивают замкнутую полость с малым отверстием. Всякий луч, попавший туда через отверстие или излученный внутри полости участком ее поверхности, уже не сможет оттуда выйти за малостью отверстия, а потому после многократных отражений от стенок полости он полностью поглотится. Поглощательную способность этой полости можно считать равной единице.
Как известно, при нагревании тела начинают светиться. Вначале они излучают красный свет; при дальнейшем повышении температуры излучение становится оранжевым, желтым и, наконец, белым (при температуре около 1500°). При одной и той же температуре свечение тем ярче, чем чернее светящееся тело; раскаленный уголь светится много ярче прозрачного кварца, нагретого до той же температуры, Это объясняется тем, что хотя излучательная способность, так же как и поглощательная, различна у разных тел, однако отношение излучатель-ной способности к поглощательной при одной и той же температуре для всех тел всегда одно и то же и зависит только от температуры (закон Кирхгофа): чем тело больше поглощает энергии при данной температуре, тем оно больше ее излучает. Как мы видели, черное тело поглощает полностью всю падающую на него энергию; поглощательная способность для него наибольшая, следовательно, и его излучательная способность самая большая по сравнению со всеми другими телами.
Сказанное справедливо как в отношении излучения в целом, так и в отношении излучения при какой-нибудь одной длине волны (монохроматическое излучение).
Таким образом, ни при одной длине волны тепловое излучение к а к о г о-л ибо тела не может быть больше теплового излучения "абсолютно черного т е л а" п р и той же температуре.
Черное тело - например уголь - не излучает видимого света при комнатной температуре и начинает светиться только при сильном нагревании. Между тем в вышеприведенных примерах тела флуоресцировали видимым светом даже при комнатной температуре; следовательно, их свечение не может быть тепловым и принципиально от него отлично. Люминесцирующие источники имеют избыточное излучение по сравнению с тепловым. В этом их принципиальное различие.
Все виды люминесценции являются проявлением характерных свойств веществ и потому, вероятно, все они могут быть использованы для распознавания и изучения веществ. Кроме того, своеобразные особенности явления люминесценции позволяют использовать соответствующие наблюдения для разрешения сложных практических задач, во многих случаях не имеющих отношения к химии. Например, с помощью люминесценции была установлена связь водоемов речных систем Дуная и Рейна.
Под общим термином "люминесцентный анализ" объединяют все те приемы решения вопросов практики и теории, в которых заключение выносится на основании наблюдений люминесценции. Однако до последнего времени щщюкое применение для этой цели находили только наблюдения флуоресценции и притом флуоресценции, возбуждаемой ближними ультрафиолетовыми лучами. Факт этот находит отражение в заглавиях пособий по люминесцентному анализу; так, и английская книга Радлея, и немецкая монография Данкворта озаглавлены: "Люминесцентный анализ
