Fotoluminiscence

Fizikālā būtība

Stiklu un cietvielu luminiscences centri ir pamatvielā speciāli ievadīti joni vai molekulas. Piemēram, neodīma stiklā ievada nelielās devās neodīma jonus Nd³⁺, mākslīgajā rubīnā — hroma jonus Cr³⁺. Praksē ļoti bieži izmanto kristālfosforus. Tie ir dielektriķu vai pusvadītāju kristāli, kuros ievadīti piemaisījumi — aktivatori, kas veido luminiscences centrus. Luminiscences centrs var būt arī kristāliskā režģa defekts.

Signalizācijas ierīces

Fotoluminiscenci sekmīgi izmanto ultravioleto staru vizualizēšanai. Viens no pirmajiem fotoluminiscences praktiskās izmantošanas veidiem ir signalizācija. Roberts Vuds Pirmā pasaules kara laikā strādāja pie optiskās signalizācijas iekārtu izveidošanas sabiedroto armijas pusē. Šim nolūkam bija svarīgi iegūt šauru staru kūli, lai novērstu signālu pārtveršanu. To varēja panākt ar speciālas lampas un teleskopiskas sistēmas palīdzību. Vuds izmantoja gan redzamo, gan arī ultravioleto gaismu. UV staru uztveršanai bija nepieciešams speciāls fosforescējošs ekrāns. Franči UV starus un luminiscējošo ekrānu, kurus izmantoja Vuds, bija iesaukuši par Vuda gaismu un Vuda ekrānu. Šajā sakarībā Vuds atzīst, ka viņam ir neveiksmīgs uzvārds, jo bieži sajauc ar līdzīgu sugas vārdu. Reiz amerikāņu sūtnis Parīzē ziņojis Valsts departamentam, ka franči atraduši svarīgu rūpniecisku izmantošanu dzīvsudraba loka starojumam, ar ko apstaro „koka ekrānu”, - kā viņš pārtulkoja „ecran de Wood”. Ultravioleto lampu izmantošana veicināja jauna tipa UV stikla atklāšanu, kuru drīz pēc tam plaši ieviesa praksē. 1919. gadā, būdams Anglijā, Vuds apmeklēja Portsmutas jūras ostas speciālā biroja laboratoriju, kas izveidota aizdomīgu dokumentu un citu lietu pārbaudei. Vuds stāstīja: „Britu eksperti man parādīja visas dažādās ķīmiskās metodes, lai attīstītu slepenos uzrakstus… Es ar interesi gaidīju, ka mani vedīs mazajā kabīnē bez logiem, kas atradās laboratorijas vidū, ar vadiem, kas uz to stiepās no sienas un plaukta. Es nojautu, kam tā kalpo, un beidzot, redzot, ka mani tur negrib vest, prasīju: „Bet kas atrodas šeit?” „Ā, atvainojiet mani,” — atbildēja kapteinis, kurš man visu rādīja, - „bet tā ir ļoti slepena lieta. To mēs nevienam nerādām.” „Ultravioletie stari droši vien?” — es pieticīgi jautāju. „Ko?” — brīnījās kapteinis. — „Kāpēc jūs tā domājat?” „Tāpēc, ka es izgudroju šo metodi un melno stiklu, kas aiztur redzamo gaismu, un nosūtīju jūsu admiralitātei no mūsu Zinātnes un pētījumu nodaļas jau pirms gada.” Pēc tam Vuds, protams, tika ielaists kabīnē, kur konstatēja, ka īsviļņu starojumu šajā laboratorijā izdala ar zilo kobalta stiklu un luminiscenci novēro caur dzeltenu filtru, lai atdalītu zilos starus. Tādu paņēmienu jau 19. gadsimta vidū fluorescences novērošanai izmantoja Džordžs Stokss. Melnais ultravioletais stikls līdz šai laboratorijai vēl nebija nonācis.

Luminiscentās lampas

Fotoierosmi plaši izmanto luminiscentajās lampās. Tie ir gāzizlādes gaismas avoti, kur gaismas plūsmu pamatā izstaro luminofors, kas uzklāts caurules iekšējai virsmai. Parasti izmanto kalcija halofosfātu, kas aktivēts ar antimonu un mangānu [3Ca₃(PO₄)₂, Ca(F, Cl)₂:Sb, Mn] vai kristālfosforu MgWO₄ un (Zn, Be)2SiO₄:Mn maisījumu, kas ļauj iegūt gaismas avotus ar dažādu krāsu temperatūru. Luminoforus ierosina gāzizlādes starojums. Parasti izmanto izlādi dzīvsudraba tvaikos. Izlādē bez dzīvsudraba ievada arī inertās gāzes neonu vai argonu, kas veicina dzīvsudraba atomu ierosināšanu un pagarina lampas mūžu. Luminiscentās lampas kalpo vairākas reizes ilgāk par kvēllampām. Dzīvsudraba tvaiku spiediens izlādē ir 10⁻² — 10⁻³ mm Hg. Šādos apstākļos intensīvi izspīd dzīvsudraba rezonanses līnijas 184,9 nm un 253,7 nm. Tas ir UV starojums, kas labi ierosina luminiscenci. Luminiscences lampu gaismas atdeve ir 75 — 80 lm/W. Gāzes pildītām volframa kvēllampām gaismas atdeve ir 12 — 13 lm/W, halogēna lampām 22 — 27 lm/W. Šādu samērā augstu efektivitāti pēdējā gadījumā panāk ar tā saukto halogēnu ciklu. Augstā temperatūrā lampas kvēldiega materiāls iztvaiko un nogulsnējas uz kolbas sienām. Tas izraisa kolbas nomelnējumu un gaismas plūsmas samazināšanos. Ja lampas kolbā ir ievadīts kāds halogēns, piemēram, jods, tad aukstajā zonā veidojas metāla jodīda molekulas. Šīs molekulas nokļūst karstajā zonā, tur disociē un metāls izgulsnējas uz kvēldiega. Pateicoties šim ciklam, var paaugstināt kvēldiega temperatūru un panākt lielāku gaismas atdevi, kā to paredz termiskā starojuma likumi.

Luminiscentā analīze

Dažādu vielu spēja luminiscēt UV staru ietekmē ļāva izstrādāt jaunu analīzes metodi — luminiscento analīzi, kas dod iespēju kontrolēt dažādu objektu (tajā skaitā organisku šūnu) sastāvu un stāvokli. Šo metodi plaši izmanto ķīmijā, ekoloģijā, arheoloģijā, bioloģijā, medicīnā u. c. jomās. Luminiscentās gaismas krāsu un toņu neparastā bagātība un tīrība pievērsa mākslinieku, gleznotāju, dekoratoru un reklāmu noformētāju uzmanibu. Gleznojot vai veidojot dekorācijas ar parastām krāsām, iegūst nelielu kontrastu starp detaļām un fonu. Tas apgrūtina spožu objektu attēlošanu, ko viegli izdarīt ar luminiscentām krāsām.