• definicja i podział luminescencji:

Luminescencja jest to zjawisko fizyczne, które polega na emisji promieniowania elektromagnetycznego o większym natężeniu niż promieniowanie cieplne w danej temperaturze. Jest to więc promieniowanie wywołane przyczynami innymi niż jedynie sam wzrost temperatury emitującego źródła. W zależności od sposobu wzbudzania takiego promieniowania, można wyróżnić wiele rodzajów luminescencji. Wyróżniamy więc: fotoluminescencję, chemiluminescencję, bioluminescencję, termoluminescencję, radioluminescencję itp.. Promieniowanie wytwarzane w procesie luminescencji nie jest promieniowaniem zrównoważonym - w zjawisku bierze udział stosunkowo niewielka liczba atomów. Zjawisko luminescencji polega na tym, że atomy ośrodka zo0stają wzbudzane (na przykład za pomocą innego promieniowania, prądu elektrycznego) do stanów o energii wyższej niż energia stanu podstawowego. Następnie atomy takie powracają na drodze emisji spontanicznej promieniowania elektromagnetycznego do stanów podstawowych lub niżej położonych stanów wzbudzonych.

Substancje, które wykazują luminescencję to luminofory. Biorąc pod uwagę skład chemiczny, wśród luminoforów można wyróżnić luminofory organiczne i luminofory nieorganiczne. Luminofory emitują promieniowanie elektromagnetyczne w zakresie od podczerwieni do nadfioletu. Do luminoforów organicznych zaliczane są między innymi roztwory niektórych barwników (na przykład fluoresceina, eozyna, erytrozyna, trypaflawina i in.) natomiast luminoforami nieorganicznymi są najczęściej siarczki lub tlenki różnych metali (wapnia, cynku, kadmu i inne) aktywowane na przykład srebrem, miedzią lub manganem. Luminofory znalazły zastosowanie na przykład w lampach luminescencyjnych, w których jako luminofory umieszczone na wewnętrznej ścianie lampy stosuje się fotoluminofory, które są wzbudzane światłem. W ekranach lamp oscyloskopowych czy ekranach lamp kineskopów telewizyjnych wykorzystuje się katodoluminofory, które są wzbudzane wiązkami elektronów (na przykład ZnS-Ag, CdS-Ag). Luminofory są stosowane także w farbach luminescencyjnych, licznikach scyntylacyjnych oraz w świecących cyfrach zegarków.

  • niektóre rodzaje luminescencji:

Najdawniej znanym zjawiskiem jest bez wątpienia bioluminescencja, która występuje w przyrodzie. Spotykana jest na przykład u chrząszczy (świetlików) i u bakterii. Wiele organizmów wyższych do produkcji światła wykorzystuje zdolności bakterii osiadłych na niektórych fragmentach ich ciała. Świecenie świetlików powstaje w wyniku przemiany chemicznej enzymu lucyferazy w skomplikowany związek lucyferynę. Z chemicznego punktu widzenia, lucyferyna i lucyferaza różnych gatunków mogą być zupełnie odmiennymi związkami wykazującymi jednak podobne właściwości i działającymi w podobny sposób.

Reakcja wymaga dodatkowo udziału ATP i jonów magnezu. W wyniku utleniania powstaje cząsteczka w stanie wzbudzonym - oksylucyferyna, której przejście do stanu podstawowego wiąże się z emisją światła. Przypuszcza się, że pojawienie się tego zjawiska jest związane ze zmianą składu chemicznego pierwotnej atmosfery Ziemi, w której zaczął występować tlen będący śmiertelną trucizną dla żyjących wtedy organizmów. Bioluminescencja stała się sposobem, w jaki mogły się go pozbyć. Reakcja chemiczna przebiega na spodniej stronie niektórych segmentów odwłoka. Nie jest do końca wyjaśniona etiologia bioluminescencji. Początkowo przypisywano jej funkcję seksualną (np. u świetlików). Ostatnio okazało się, że pełnić ona może rolę czynnika agregacyjnego (przy skupianiu) drobnoustrojów, lub funkcję prawdziwego reflektora podczas polowania, a wreszcie - czynnika kamuflującego. Zdolnością świecenia obdarzone są zarówno samce, jak i samice. Badania biochemiczne nad procesem luminescencji u owadów rozpoczął Du Bois w 1885 roku. Termin lucyferyna został wprowadzony przez niego dwa lata później. W toku dalszych badań stwierdzono, że cykl luminescencji jest odgałęzieniem typowego, komórkowego cyklu oddechowego, w którym energię magazynuje się w postaci wysokoenergetycznych wiązań ATP (adenozyno-trójfosforanu).

Innym rodzajem luminescencji jest chemiluminescencja. Polega ona na emisji promieniowania widzialnego, która towarzyszy reakcjom chemicznym zachodzącym w temperaturze pokojowej. Bardzo silne właściwości chemiluminescencyjne ma luminol, czyli hydrazydu kwasu 3-aminoftalowego, który jest popularna w warunkach laboratoryjnych substancją. Luminol (3-Aminoftalohydrazyd) po raz pierwszy zsyntetyzowano w 1853 roku, ale jego właściwość emisji światła chemoluminescencji odkryto dopiero 75 lat później. Emisja światła odbywa się po kontakcie z utleniaczem i śladem krwi w środowisku zasadowym. Chemiluminescencja ma bardzo wiele zastosowań. Jest ona wykorzystywana przede wszystkim tam, gdzie konieczne są źródła światła nie zależne od energii. Chemiczne oświetlacze "Cyalume" używane są m.in. w wojsku i ratownictwie, czy w tak modnych ostatnio tzw. szkołach przetrwania. Źródłem światła w tych latarkach jest reakcja utleniania szczawianów organicznych rozcieńczonym roztworem bezwodnego nadtlenku wodoru w mieszaninie ftalanu metylu i alkoholu tert-butylowego, katalizowana salicylanem sodu. Reakcja przebiega w obecności fluoryzujących przenośników energii (chemiluminescencja sensybilizowana). Podaje się, że czas świecenia takiej latarki wynosi od 5 min do 12 godzin.

Termoluminescencja to wywołana ogrzewaniem emisja światła poprzedzona wcześniejszym zaabsorbowaniem energii w wyniku napromieniowania. Termoluminescencja jest zjawiskiem, które bardzo powszechnie występuje w przyrodzie. Została ona odkryta w 1663 roku przez Roberta Boylea. Zajmował się on badaniem luminescencji wykorzystując konwencjonalne metody. Na początku sądzono, że luminescencja jest wywoływana bezpośrednią zamianą ciepła na światło. W 1726 roku Du Fay wysunął pogląd, że obserwowana emisja światła jest opóźniona fosforescencją i wywnioskował on, że ogrzewanie stymuluje emitowanie światła, ale emisji nie wywołuje. Udowodnił on, że termoluminescencję można wywołać ponownie. Termin termoluminescencja pojawił się prawdopodobnie po raz pierwszy w pracy Schmidta i Wiedemanna w roku 1895. Ze względu na powszechne występowanie termoluminescencji w przyrodzie oraz łatwej produkcji sztucznych materiałów luminescencyjnych znalazły one bardzo wiele zastosowań, między innymi w określaniu wieku wykopalisk archeologicznych, badaniu struktury ciał stałych i geologii.

Elektroluminescencja to kolejny rodzaj luminescencji. Polega ona na świeceniu, którego energia powstaje kosztem energii pola elektrycznego. Występuje ona podczas przepływu prądu elektrycznego przez rozrzedzony gaz oraz w przypadku niektórych ciała stałych (tzw. elektroluminoforów), które zostały umieszczone w silnym polu elektrycznym. Na tej zasadzie działa lampa jarzeniowa, która świeci na skutek przepływu prądu przez zjonizowany gaz. Elektroluminescencja jest wykorzystywana na przykład w przetwornikach obrazu, kondensatorach elektroluminescencyjnych oraz urządzeniach pamięciowych i w wymienionych wyżej lampach jarzeniowych.

Zjawisko luminescencji następujące jednocześnie z działaniem czynnika ją wywołującego i zanikające natychmiast po zaprzestaniu jego działania nazywa się fluorescencją, natomiast opóźnioną luminescencję, czyli świecenie po zaprzestaniu działania czynnika wywołującego - fosforescencją. Niekiedy terminy: fluorescencja i fosforescencja stosuje się jedynie do fotoluminescencji, czyli luminescencji spowodowanej działaniem energii świetlnej na gaz lub ciało stałe. Fluorescencja zanika szybko (10-9-10 -8 s) po ustaniu wzbudzenia, fosforescencja zanika w stosunkowo długim czasie. Fluorescencję obserwuje się w gazach, cieczach i kryształach. Fotoluminescencję wykorzystuje się m.in. do badania rozkładu poziomów energii atomów i cząsteczek oraz ich właściwości w stanie wzbudzonym, a także w analizie chemicznej. Według współczesnych poglądów zjawisko fotoluminescencji tłumaczy się przechodzeniem elektronów, w wyniku pochłaniania fotonów, z poziomów niższych na wyższe. Gdy stamtąd wracają natychmiast, mamy do czynienia z fluorescencja. Jeśli wracają do stanu poprzedniego, długość fali światła emitowanego jest równa długości fali światła pochłanianego, jeżeli natomiast wracają etapami (poprzez inne, pośrednie stany), wówczas emitowane fotony niosą mniejsze porcje energii (reguła Stokesa). W pewnych materiałach elektrony po pochłonięciu fotonów "wpadają" do swego rodzaju pułapek (tzw. stanów metastabilnych), skąd trudno im wrócić, a więc emisja promieniowania jest wtedy znacznie opóźniona w stosunku do pochłaniania. W takich przypadkach mamy do czynienia z fosforescencją. Niekiedy elektrony z owych pułapek mogą wydostać się tylko wtedy, gdy luminofor silnie się podgrzeje. Fosforescencję wyzwalaną na drodze termicznej nazywa się termoluminescencją.