Khóa luận tốt nghiệp Vật lý: Hiện tượng lân quang. Lân quang nghiệm và ứng dụng

G đây ta sẽ đi sâu vào lý thuvết hiện tưởng lân quang để xem pho hấp thu và phổ phát quang của các chất lân quang sẽ nhử thể nào va sư phu thuôc cua lÂn quang vào nhiệt đô, đồng thỏi ta

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP HỒ CHÍ MINH

KHOA VẬT LÝ ere Qs

fea

LUAN AN TOT NGHIEP

De tac:

HIEN TUNG LAN QUANG.

NHÓM NGANH VAT LÝ DAI CƯƠNG

a

{ “4L =\/Ik

A eet Se

; ‹ " mile.

Thầy hưởng dẫn : NGO DUY CHU

Sinh viên thực hiện : NGUYÊN HUY ÁNH

lớp : 4AKhoa : VẬT LÝ.

*NHAN XÉT CỦA HỘI ĐỒNG

TOM TAT DE TAI

¡.lý thuyết về hiện tượng lân quang:

Nhu chúng ta đã biết, trong tư nhiên có nhiều chất khi đước

kích thích bằng ánh sáng khả kiến tia tl ngoại, tia ronghen tia

gamma sẽ phát ra theo tất ca các phưởng các bức xa riêng Các

chất này có thé là chất hơi chất long chất rấn VA nếu diing Ở

những góc đô khác nhau ta có những sử phân loại khác nhau.

Trong đề tài này ta chú trong đến cách phân loại dưa vào thời

gian phát quang sau khi ngững kích thích Khi đó ta có hai loại phát quang lA: hiên tưởng huỳnh quang (Fluorescence) và hiện

tưởng lân quang (phosphoresccnce) Hiện tưởng là hiển tượng phát

quang sau khi ngừng kích thích và có thi gian phát quang ngắn cd

10-7->10-9 s và nhỏ hen liên tưởng lân quang là hiện tưởng phat

quang có thủi gian phát quang tưởng đối lớn cd 10-7 s đến hàng

gid Tuy nhiên đó không phải là sử phản biết ro rằng ranh giới

của hai loại phất quang trên mà để phân biết được hai laoi phát

quang nay ta đi khảo sắt sử phụ thuộc cua chúng vào nhiết đô,

Khi các chất phát quang hấp thu nang lưởng và phát quang.

để phân biét đước phd hấp thu và phd phát quang ở đây ta cũng

biết dude định luật Stokes Lommen Ánh sáng phát quang có bước

sống đài han bước sóng cua ánh sáng kích thích hay toàn hỗ phổ

phat qaung và cức đai của nó bao gid cũng dịch về phía bước

sóng đài so với toàn bỏ phd hấp thu và cức dai của nó.

G đây ta sẽ đi sâu vào lý thuvết hiện tưởng lân quang để xem

pho hấp thu và phổ phát quang của các chất lân quang sẽ nhử thể

nào va sư phu thuôc cua lÂn quang vào nhiệt đô, đồng thỏi ta cùng

biết được luãt suy tàn cua cường đõ lân quang theo qui luật

Irlo ch"tec/

2.Cách đo thởi gian phát xa trung bình

Khi khoa hoc kỷ thuật phát triển ta sẽ có nhiều cách do đồi

sống trung bình cua lân quang bat biết chú ý là lân quang nghiêm

phổ anh ký của rousset, Loai máy này thể hiện được nhiều du điểm

trong việc do dat đới sống trung bình và đặt biệt là áp dung phép tính vị tích phân để tính khá chính xác Sau đólà Ung dung cua

lân quang nghiêm phổ ang ký để đo sinh của môt vài chat nhử: chất

Benzởphenon tinh thể có màu xanh lở và anthracene tinh thể hóa

-4-CHUONG I; CAC HIEN TUGNG PHAT QUANG

I-VÀI NET VỀ SỰ PHAT QUANG CUA CÁC CHẤT

Nhiều chất khi được kích thích bằng ánh sáng khả kiến (tia từ

ngoai , tia Rdnghen hay tia Gamma) sẽ phát ra theo tất cả cácphưởng các bức xa riêng,có thành phần quang phổ khác với thành

phần quang phổ của ánh sáng kích thích và được xác định bởi thành

phần hóa hoc.thanh phần cấu tao của chất đó.Dang bic xa này goi là

bức xa phát quang

Sau đây là môt vai thí nghiêm về su phát quang của các chất

!1.SU phát quang của chất hỏi:

Cho mot miếng nhỏ natri vào môt bình thủy tinh đã đước hút hết

không khí và đun nóng lên.natri sẽ biến thành hdi Ta roi vào

bình hdi natri bằng đèn hởi natri hay đèn khí có bỏ muối ăn vàongọn lửa của nó Khi đó hởi trong bình sẽ phát ánh sáng vàng Các

khí O:.5S:.l: đều phát quang

2.Sử phát quang của chất lỏng:

Duổi tác dung của ánh sáng dung dịch diép luc sẽ phát sáng màu

xanh luc, dung dich rivanal trong nước sẽ phát ra màu lục vàng,

dung dich Kivin sunphat trong axit sunfuaric sẽ phát ra mau lam.

vải nguồn kích thích là ánh sáng của ngon đèn điên có công suất

SOOW hay hồ quang điên

3.SU phát quang của chất rắn:

Khi đước roi bằng Ánh sáng đèn thủy ngân, kẽm sunfua sẽ phát

sáng màu lục cadimi sunfua (CdS) phát màu đỏ Hổn hớp hai chất

nay phát màu da cam

EI=-ĐỊNH NGHĨA SU PHAT QUANG

* TU các thí nghiêm ở trên người ta rút ra ba kết luân sau

-Không phải các chất đều có khả năng phát quang

-Muốn môt chất phát quang phải truyền cho nó môt năng lướng

nào đó

-Thành phần quang phổ của ánh sáng phát quang phu thuộc vào

bản chất của chất phát quang và không phu thuôc vào thành phần quang phổ của Anh sáng kích thích

* Pinh nghĩa:

SU phát quang của một vật là su phát những bức xạ du ngoài

những bức xa của vât đó ở cùng nhiệt độ, trong miền quang phổ chotrước và có thỏi gian phát quang lớn hdn !10-!°s tức là không

ngừng sau khi bi kích thích

111-PHAN LOẠI CÁC HIEN TƯỞNG PHAT QUANG

Có nhiều cách phân loai khác nhau đúng ở một góc đô ta có một

sư phân loai

1.Can cil vào phudng pháp kích thích phat quang có các dạng phát

quang sau:

a) Quang phát quang:

Là sử phát quang của một chất được kích thích bang ánh sángthấy dude hay tÙ ngoai các bic xa do chất ấy phát ra có 46 dàisóng biểu thị đặc trưng cho tính chất của chất ấy và có thể khác

vởi đô dài sóng của ánh sáng kích thích.

Vi du: Chất Cosin tan trong nước kích thích bởi vach 0.365M

phát ra một đải rông và cức đai ở 0.545/M

b)Điện phát quang:

Là sử phát quang của một số chất do bị kích thích bằng điên

trưởng , xảy ra khi điên được phóng ra trong khí kém hay trong

các chất đặt mà gilda hai điểm có một hiệu điện thế cao : Nhu sự

phát quang của tinh thể Zn$ trong điên trường xoay ' chiều Hiện

tưởng điện giải của môt sế dung dich muối cũng kèm theo sự phát

-§-quang (NaNO2) Hiên tưởng kích thích bởi tia X, các tia phóng xa

goi là xa phát quang Hiên tưởng catod phát quang gây nên bởi tia

X chiếu vào màn plati nocianur barium hay stat cadinium làm cho

chúng phát quang.

c)Nhiệt phát quang và hàn phát quang:

Khi đun nóng môt số chất hay làm lanh một số chất khác, những

chất dy có thể phát quang Vi du : Sunfat quinin tỪ 100-180°c

chất này sáng xanh lên

Sử phát xa vì nóng đỏ trong vật lý cổ điển, trước kia tưởng

khác biệt với hiên tượng phát quang Nhung gần đây né dude so

sánh với hiên tưởng phát lần quang.

d)Cd phát quang:

Đưởng bị nghiền trở nên phát quang đó là ma sát phát quang.

e)PhAt quang do tác dụng của siêu âm là âm phát quang

f)Hóa phát quang:

Môt vài phan Ung hóa hoc tỏa ra đủ nang lương để kích thích su

phát quang (Thí du tác dung của dung địch amonhac vào nước brom.

của andehit formic vào một dung địch hidroxid cadium trong

rượu ) Acid arscnicux phát quang khi kết tỉnh goi là tinh thé

phat quang.

g)Sinh phát quang:

Dom đóm, một số thủy sinh vật, một số loại nấm có khả nang

phát quang

Thức ra các loai phát quang trên không phải riêng biệt Ma sát

phát quang là một dang của điên phát quang NhỮŨng sinh vật phát

quang là những sinh vât mà trong cơ thể xảy ra hóa phát quang

Nhiệt phát quang có thể đem so sánh với lân quang

Ta có thể biểu thi sự liên quang của các dang phát quang trên

qua bảng sau

-Quang phát quang : Huỳnh quang

(phát quang quang học) Lân quang

-Phát quang điện học : Xa phát quang

Điên phát quang Catod phát quang

-Phát quang nhiệt học : Nhiệt Phát quang(phát| quang vì nóng

-Phát quang sinh học: Sinh phát quang

2.Căn cũ vào thồi gian phát quang nguvi ta chia lam hai loại sau:

-SỰ huỳnh quang : Là sử phét quang có thời gian phát quang

ngắn cd 10°*%->107°%Ss và nhỏ hởn

-SỰ lân quang : Là sử phát quang có thởi gian phát quang tưởngđối dài cd 10-%s đến hàng gid

Tuy nhiên sử phân biệt huỳnh quang và lân quang như trên chỉ

là qui ước, không có ranh gidi rỏ rang

IV-TÍNH CHẤT CỦA BỨC XA PHẤT QUANG : ° =

Bức xa phát quang có nhỮng tính chất sau:

-3 cùng nhiệt 46 bic xa phát quang có cường độ lớn hởn so với

-6-cửồng độ bic xa nhiệt (Đối với cùng một khoảng quang phổ) Chẳng

han nhiều chất phát quang phát ánh sáng thấy được và từ ngoai ở nhiệt độ phòng trong khi đó ở nhiệt độ này bức xa nhiệt thức tế

không chữa Anh sáng thấy được và tl ngoai

-SƯ phát quang của mét chất còn tiếp tuc kéo dài một khoảng

thỏi gian nào đó sau khi ngững kích thích Khoảng thởi gian này

goi là thdi gian phát quang du hay thởi gian phát quang.Thởi gian

phát quang của các chất khác nhau rất khác nhau nó thay đổi tu

10-!9s đến nhiều gid thâm chí nhiều ngày.Đối với các bức xa không

phải là bức xa nhiệt, nhử ánh sắng phan xa hay tán xa do các

nguyên tử được roi sáng phát sáng sẽ ngỪng tức khdc khi ngừng roi

sáng

-Bữc xa phát quang là bic xa riêng Mổi chất phát quang có

phổ phát quang đắt trứng riêng của nó.

-Dù Anh sáng kích thích là ánh sáng tƯ nhiên hay ánh sáng phân

cúc, ánh sáng phát quang cũng là ánh sáng phân cức nhung đồ phân

cức rất yéu.

V-HUỲNH QUANG VÀ LAN QUANG:

Ngưởi ta phân biệt 2 dang phát quang : Huỳnh quang và lần

quang

Trudc kia ngudi ta định nghĩa huỳnh quang là sử phát quang chỉ

xay ra trong thởi gian kích thích và chấm dứt ngay khi sử kích

thích chấm dit Còn trong hiện lân quang , SỰ phát xa van tiếp

tuc một thởi gian sau khi sư kích thích chấm dit

Ngày nay định nghĩa trên không còn đúng nữa Bằng nhủng phương

pháp nghiền cữu hoàn hảo của ky thuật hiện đai cho ta thấy rang

huỳnh quang không phải là hiện tưởng hoàn toàn tức thởi mà hiên

tưởng này kéo đài trong một thồi gian có thể đo được tuy rất ngắn sau khi nguồn Ánh sáng kích thích bị cúp đi Vi dụ: Bằngphưởng tiện hiên dai ngưởi ta đo dude thởi gian phát huỳnh quang

của fluorescein là 10-3%s Mát khác có những hiện tưởng lân quang

chỉ lâu có vài phút nhứ sunfua kẽm Do đó không có khả năng lập

được một sự phân biệt rỏ rằng gilda hai hiên tướng này trên can bản sử lâu đài của chúng.

Tuy nhiên có một tính chất đặt trứng của lân quang mà huỳnh

quang không có đó là : Thdi gian phát xa của chất lân quang giảm

đi khi nhiệt độ tăng lên và sư phát xa trở nên rất châm khi ta hạ nhiệt độ Bằng cách ha nhiệt độ ta có thể chấm dit được sự phát

xa, khi đó năng lưởng hấp thu trong lúc bị kích thích được tích

trừ lai trong chất lân quang một thời gian vô han đỉnh (ánh sáng

đông lanh ngăn hà ánh sáng) Có thể giải tỏa năng lượng này bằng

cách tăng nhiệt độ và cho hiên tưởng lân quang và nhiệt phát

quang là hai dang của môt hiên MHỚNG:

Nếu ha nhiệt độ xuống nửa đường biểu điển đi về ot

Hình 2: I là cưởng 46 lân quang của Cdl2 theo nhiét độ t

Kích thích Cdl; ð -196°c rồi tất đi thì không có phát xa Để Cdl2

nóng dần lên thì có phát xa, manh nhất ở -100°c

Ngước lai đối vời các chất huỳnh quang thởi ginn phát xakhông phu thuộc vào nhiệt độ ngay cả những nhiệt 46 thấp nhất

Ảnh hưởng của nhiệt độ đối với huỳnh quang hay lân quang Ứng

với mốt sử khác biệt trong cd chế hiên tưởng SỬ phát huỳnh quang không phu thuộc vào điều kiên bên ngoài trong khi sử phát lân

quang có phu thuộc vào điều kiện bên ngoài, và chỉ xảy ra nếu lấyđược năng lượng bên ngoài (không kể năng lưởng kích thích)

VI-ĐỊNI LUAT STOKES LOMMEN:

a) Trong hiện tưởng phát quang.phổ phát quang mang tính chất dat

trưng của chất khảo sát Với các chất hởi phổ phát quang thưởng gồm nhiều dải Có thể phân ly các vach nhưng đối với chất long và

chất rấn thì sử phản ly này không thể thức hiên đước Những

nghiên cữu đầu tiên trên quang phổ hấp thu và quang phổ phát

quang đã thu được bởi Stokes vào năm 1852 dưới danh nghĩa địnhluật Stokes nhử sau: Ánh sáng phát quang có bước sóng dài hớn

bước sóng ánh sáng kích thích.

Định luật này giải thích được vì sao ánh sáng do ít gay đước

sử phát quang ánh sáng thấy được, còn ánh sáng xanh nhất là tủ

ngoai, công hiệu hởn nhiều.

b) NgƯỞởi ta giải thích định luật Stokes bằng định luật bảo toàn

nang lưởng.

.Nếu ánh sáng kích thích có tần sốY ,năng lượng của photon là hỲ.Mổi photon chuyển một phần năng lưởng của mình cho kích thích

phát quang Phần còn lai được nghiên cứu bang phướng pháp không

quang hoc khác nhau.

.Nếu Ÿ là tần số của ánh sáng phát quang.Theo định luật bảo toàn

năng lưởng:

nh zh + AE

=> Y= + At

h

(At là thành phần năng lưởng photon được nghiên cứu bằng các

phương pháp không quang học khác nhau}

Theo định luật: At >0 => Y>¥

=> À! > À

*Ngoài ra ta cũng có thể giải thích định luật Stokes bằng cách

phân tích quá trình phát quang của vật dudi tác dung của ánh sáng Mổi quá trình phát quang gồm có 3 giai đoan sau:

-Giai đoan 1: Chất phát quang hấp thụ năng lướng ánh sáng

kích thích đưởi đang photon có năng lưởng hỲ

-Giai đoạn 2: Nàng lưởng kích thích dude truyền từ chổ hấp

thu (tâm hấp thu) đến chổ phát sáng (tâm phát sáng)môt phần năng

lượng kích thích sẽ bi tiêu hao đưởi dang năng lưởng nhiệt trong

quá trình di chuyển

-Giai đoạn 3: các tâm phát sáng sau khi nhân được náng lưởng

sẽ chuyển lên trang thái bị kích thích TỪ trang thái đó trở về

trang thái bình thưởng chúng sẽ phát ra ánh sáng dưới dang những

photon có năng l ướng hy „

4

h3 AY

Hinh 3

*Dinh luật Stokes cũng có thể giải thích bằng thuyết nguyên

lượng Lấy trưởng hớp nguyên tử hydrogen mà Bohr đã khảo sát lý

thuyết năm 1913 làm ví du Nguyên tử này có võ số gián đoạn mic

năng lượng mà EF: là mức cd bản, E2.E3, là những mức kích thích.Vach Fi->E4s là môt vach hấp thu, Vach E4->E: la vach cong

hưởng (một vach Lyman), Vạch E«->Ey là một vạch huỳnh quang (vạch

Paschen), vach Ez->E: cũng là một vach huỳnh quang (vach Balmer).

vach E3->Ei,E:~->Ei cũng là vạch huỳnh quang Lynam, (ltình 4)

Trong trưởng hớp này định luật Stokes hoàn toàn đúng Tần sổ

các bic xa phát ra nhỏ hởn hay cùng lấm là bằng tần số bức xạkích thích nghĩa là độ dài sóng phát ra lớn hởn hay {ft ra là

bảng đô dài sóng kích thích:

(Hình 4)

c)Khi nghiên clu phổ hấp thu và phổ phát quang ching tỏ nhiều

chất tuân theo đúng định luật Stokes Tuy nhiên có nhiều trường

hớp phổ hấp thu và phổ phát quang chồng lên nhau Khi đó địnhluật Stokes không thỏa nam Th&t vậy, nếu kích thích phát quang

bằng ánh sáng có bước sóng nằm trong vùng 2 phổ chồng lên nhau,

thì theo định luật Stokes phổ phát quang chỉ gồm nhỮng bước sónglớn hởn bước sóng của ánh sáng kích thích Do đó phần gạch trên

hình 5 sẽ không có '

4

hain thu phat quang

Hinh §

Tuy nhiên trong thức tế ta vẫn quang sát được cả những bức xa

có bước sóng bé hdn bước sóng của ánh sáng kích thích Phần phổ

phát quang gồm những bước xạ có bước sóng bé hởn bước sóng của

ánh sáng kích thích gọi là phần đối Stokes, còn lai phần kia là

phần Stokes.

Nhu vây để cho định luật Stokes tổng quát hdn Lommem đã dua ra

đỉnh luãt có nôi dung sau: Toàn bỏ phổ phát quang và cức đại của

nó bao gid cũng dich về phía sóng dai so với toàn bô phổ hấp thụ

và cực đại của nó.

VIIVÀI UNG DỤNG CUA HIỆN TUGNG PHAT QUANG:

-Hiên tưởng phát quang dude ting dung rộng rải trong khoa hoc và

đới sống.

Phép phân tích phát quang được ding để phát hiện những chổ nit

rất nhỏ trong các sản phẩm đúc bằng kim loai, đọc những dòng chư mất thưởng không nhìn thấy đước, Xác định thành phần hóa hoc của

mot chất Ngưởi ta thường phân chia làm hai loại phân tích phátquang: Huỳnh quang phát hiên và phân tích bằng phổ huỳnh quang.

Huỳnh quang có nhiều tng dung rộng rải trong nhiều lảnh vic

khác nhau: Phát hiện những bic xa không thấy được (Tia hồng ngoai,

tia tÙ ngoại, tia X, tiay ),phát hiện trong sinh vật y học (xác

định vitamin, kích thích, sắc tố ).nghiên cứu các hoạt động của các đối tưởng (nhử nghiên cứu các trang thái hoạt đông của vỏ dai

não của sinh vật).

Phép phân tích bằng phổ huỳnh quang cho phép ta xác định các

thành phần hóa học có mặt trong các chất và hàm lương của nó với

độ chính xác cao Âm cực phát quang được dùng rộng rải trong các

dụng cu điên tử chân không (dao động ký điện tỦ, mấy thu hình )Điện phát quang và quang phát quang được dùng trong đèn huỳnh

quang.

CHUONG II:LÝ THUYET VE LAN QUANG

1-QUANG PHO PHAT XA VÀ QUANG PHO KÍCH THICH:

-Trudng hớp phát quang của những sunfure kiềm thổ và của chất

sunfure đước nghiên cilu nhiều nhất NhŨng sunfure này ở trang

thái tử nhiên không phát quang và chỉ phát quang khi nó kết hợp

vởi một số rất ít lưởng kim loai nặng gọi là kim loai màu, chất

sunfure kìm thổ goi là chất pha loảng (hòa tan) Người ta đỉnh

nghĩa nó bằng khái niêm cũng nhử Cabi để chỉ kim loai kìm cod bản

sau đó là kim loa màu.

-Nhửng hiên tưởng phát quang đều được thí nghiêm bằng những

sunfure ở trang thái rấn, tồn tai những dung dịch đâm dac trong

chất ran và lưởng phát quang phu thuộc vào nồng độ đâm đặc tuântheo một qui luật mà chúng ta đã thấy bằng dung dich màu trong

nước Hiện tưởng phát quang chỉ có đối vởi những thấp hởn 1% vàcửởng độ cao tuyệt đối của dung dịch luôn luôn rất yếu theo từng

trưởng hdp khoảng 1/1.000 và 1/100.

-Quang phổ phát xa và quang phổ kích thích của những sunfure

lân quang đước Lenard nghiên cữu gồm nhiều băng md (đám phát xa)

tU 500-1000A về bề ngang và vi trí phụ thuộc vào kim loai màu

(đất hiếm) và cũng phu thuéc vào trang thái chất hòa tan (tức làphụ thuộc vào chất lân quang) Phổ cho mổi sunfure lân quang gồmnhiều băng phát mà Ông ký hiêu«+p.y.6 để đặt, bước sóng của các

bang có thể lang tu chiều này sang chiều khác (Tức là có thể dam

lên nhau) nhưng độc lập từng sóng một theo bản chất của nó Một

bang m3 được định nghia nhủ mốt bức xạ lớn có những đặt tính

chung Tùy theo bước sóng của những bức xa kích thích, tùy thời

gian phát lân quang,tùy ảnh hưởng của nồng độ và nhiệt độ Theo

Lenard mổi một bang ma phải tưởng Ứng với một kiểu riêng biệt gấn liền vỡi nguyên tử của chất lân quang với các nguyên tử của môi

trưởng.

Khi chất lân quang có pha một chất đất hiếm (chất Sama,chất

praseodym) quang phổ phát quang ở nhiệt độ bình thường gồm nhiều

vệt và băng hẹp tưởng trưng cho chất lân quang [ng với sử dich

chuyển điện từ giữa những mức độ khác nhau có thể xảy ra trong nguyên tu này Quang phổ phát xa cũng tồn tại trong dung dich mau

trong đó kim loại kìm là Cr của chất khó tan là oxyt alamin

trong trường hdp này, chúng ta có thể phân biệt với quang phổ

phát sáng của Cr nhân rỏ môt vài biến đổi.

Ở trường hợp thông thường của những sunfure kìm thổ (chất lân

quang) mổi băng md có thể được kích thích bằng nhiều cách khác

nhau Phát quang dài han có thể kéo dài trong nhiều ngày, có thể

bị kích thích bởi nhiều quang xa rải rác trên một số lượng băng

tối da 1A 4 bề ngang Khoảng từ 300A mà Lenard ký hiệu là di.d2,

dy,d¿ Chúng trùng với những băng hấp thu của sunfure Ngoài

những băng này tồn tai một băng trải dài rông hdn ký hiệu là m va

gay ra môt sư phát quang rất ngdn han Sau cùng là ảnh hưởng của

nhng bức xạ có bude sóng ngắn (tử ngoai) gây ra sư phát quang có

han trung gian (kéo dai) gida han phát qaung d và han phát quang

m (d bền khác vởi m trong khoảng khac) Theo những thí nghiêm của

Lenard và những học trò của ông mà hình vẽ sau mô tả vị trí của

những bang mở và những đám kích thích d và m tưởng Ung với +‹p,ỳ

của sunfure Ca, Cu và đối với nhiều phát xa , cla sunfure Sr.Cu

(Hình 6)

+

Người ta thấy rằng những hiên tưởng ấy tuân theo định luật

của Stokes.sóng phát xa bởi lân quang có bước sóng đài hdn bước

sóng kích thích Tuy nhiên đám kích thích d lấn Ap một ít sóng

phát xa.

11-ANH HƯỞNG CUA NHIỆT ĐỘ:

Chúng ta vừa nói đến điều phic tạp được thí nhiệm til sunfure

lân quang nhử thế nào Phát quang ánh sáng luôn là kết quả của

nhiều phan tng liên tiếp của nhiều cách cấu tạo khác nhau đến nổikhông thể mô tả sử giảm dần của nó theo thời gian từ một côngthức đón giản Sự phức tap đó tùy theo sự biến đổi của nhiệt 48,

sử biến đổi này ảnh hưởng rất vếu với phát quang tạm thời gây ra bởi báng m được xem nhử sự phát huỳnh quang Trái lại nó rất quan trong đối vỡi những phát quang gây ra bởi bang d có cấu tao từ

phát quang riêng biệt đó là nhủng phát quang mà ta sấp nghiên

cilu.

Ta đã biết sử phát lân quang có đặc tính sau: Khi ta tăng

nhiệt độ của nó, thdi gian phát quang giảm đi rất nhanh chóng Sự

giảm thỏi gian của lân quang kèm theo sự tăng cường độ của chúng.

Do đó tổng số năng lưởng phát ra bởi sự phát quang hoàn toàn độc

lập với những điều kiện trong đó sự phát quang xảy ra Sự độc lập

này được Lenard thí nghiệm bằng cách đo quang thông ánh sáng đã

phát ra trong nhiều gid liên tục do chất sunfure kẻm đước gil 3

điều kiện bình thường, và quang thông ánh sáng phát ra trong 1/10

giây do cùng một chất sunfure được kích thích trong cùng điềukiên và ở 300°c Hiệu suất lân quang độc lập với hiệu suất huỳnhquang, độc lập với thởi gian phát xạ Năng lượng của lân quang cóthể được đo trong vài trường hợp và đôi khi người ta tìm thấy

những giá trị rất gần với đớn vị

TỪ những thí nghiêm trên “thì cách tính hiệu suất phải nghĩ đến

ánh sáng lân quang trong cùng thời gian kích thích Chất sunfurelân quang di nhiên không có vô hạn định năng lướng, sử han chế có

được khi số phân tủ thu động ð mổi trưởng hợp bằng với số phân tu

hiếu động do ánh sáng xúc tác Trong hiện tượng huỳnh quang, thdigian phát xa rất ngấn thì ta có thể công nhận rằng sự cân bằng

này có được ngay sau đó Trường hợp này không tồn tai khi thời

gian phát xa kếo dài nhử thởi gian lân quang rất lớn và với

cưởng độ tia sáng kích thích rất thấp Trong những trưởng hdp

thông thường nhất thồi gian lân quang rất dài sử cân bằng tưởng

Ứng vi một trang thái mà tất cả các phân tử (có thể hiếu động)

hoat động có hiệu quả vởi cưởng độ kích thích thưởng dùng (ánh sáng mất trời hay ban ngày) sự tiến hành của chúng đòi hỏi thời

gian tu một vài giây đến một vài phút

Nếu sau khi kích thích, người ta làm lanh môt chất sunfure Jan

quang, thì có thể ngửng hoàn toàn sử phát quang sự phát quang sẽ

tái hiện ngay sau khi ta làm nóng chất sunfure trên ở một vài

nhiệt độ giới hạn (cho phép) Trong một vài trường hợp nhiệt độ cho phép đó là cao hởn so vai nhiệt độ bình thưởng Do đó sunfure

dung sử lân quang và nếu ta làm nóng nó trở lai mà không chiếu

các bức xa kích thích thì sư phát quang nhiệt sẽ không xuất hiện.

Khi nhắc đến chất sunfure (Tất nhiên là loai kích thích 6

nhủng bữc xa hồng ngoai) cửởng độ phát sáng tăng dần theo thời gian Phải ghỉ nhân rằng sử làm rỏ thêm của quang trach đã kéo theo mốt nghịch biến nhanh chóng đến khi số lưởng ánh sáng hồi phục toàn bộ thấp hởn số ánh sáng hồi phục trong lúc đang ngừng

chuyển động Tác dung của bic xa hồng ngoại là gấp đôi, chúngvừa tạo ra sử gia tang và sd mất dần về huỳnh quang.

Ching ta đã nghiên cữu thời gian lân quang với giả thiết rằng kích thích luôn xảy ra trong cùng nhiệt 46 Những hiện tưởng lân quang đó cũng phu thuôc vào nhiệt độ trong khi kích thích chất lân quang SU kích thích của mối bang phát quang chỉ có thể thức hiên dude trong một nhiệt độ khá thu hẹp, giới han bồi hai nhiệt

đô t¡ và t2 cách nhau khoảng 200°C Nếu ta kích thích chất

sunfure ở nhiệt đô thấp hởn ti sẽ có sử hấp thu các băng d nhửng

sử kích thích vẫn có hiểu luc và sử phát quang chi có thể xuất

hiên khi ta làm nóng chất lân quang Nếu sử kích thích xảy ra

trong một nhiệt độ cao hởn giới hạn t2 ta chỉ thu được một sử

phát quang tức thởi (mì Trong khoảng ti và tz có một số tuyệt

đối về nhiệt độ trong đó ngửöi ta quan sát tối đa sự lân quang.Ở

một vài quan điểm người ta phân biệt vdi mức độ tối đa nồng độ

của dung dịch Phần lớn những bang phát tưởng ững với một pham vi

nhiệt độ nhất định có cả nhiệt độ bình thường, nhung ta chi thấy

những "bang nóng" chỉ có thể kích thích được trên 300 - 500°%c vànhững "băng nguôi" chỉ có thể kích thích ở nhiệt độ không khí

loãng Phải phân biệt rằng những băng phát khác nhau của một

sunfure thưởng Ung với những mic nhiệt độ khác nhau đến nổi màu

phát quang (lân quang) phụ thuộc vào nhiệt độ.

Điểm chính về mắt lý thuyết huỳnh quang và lân quang khác nhau

là :Sử phát lân quang không thể giải thích bằng một chu trình hoàn toàn nội về phân tử độc lâp với nhiệt độ nhưng nhất thiết phải đước khởi mào bằng những tác động bên ngoài Hởn nửa các

chất sunfure mất bản chất khi đước nghiền thành bột tưởng đối mịn

ngudi ta công nhận sử phát lân quang có liên quan với cấu trúc

tinh thể Một sử việc khác không kém phần quan trong là các hiên

tưởng lân quang thưởng dính líu với các hiện tưởng điện Do đó ngủỏi ta nghiên cứu sử tăng giảm tác dụng quang điện với bước

sóng của bic xa kích thích, sự tầng giảm có mic tối đa đối với

những bang "d” đã gãy ra sử kích thích của sự phát lân quang Do

đó các sunfure tiếp nhân được một dạng dẫn điện trong khi bị đặt

đửởi nguồn sáng kích thích Những hiên tưởng này dưỡng nhử nói

lên sự liên hệ của sử phát lân quang vdi "sự ion hóa".

Ngoài ra một sunfure khi bị kích thích, một điện tử rởi khỏi

nguyên tU quang sinh, và sử phát xa kèm theo sử trở về nguyên tu

của điên tử Điện tÙừ ly khai có một vị trí cân bằng ở trong điện

trưởng liên ion của chất nền Các sử đung nhiệt có thể lấy điện

tu ra khỏi sự cân bằng đó khiến cho điện từ lại trở về nguyên tử.Cưởng độ và thởi gian phát lân quang phy thuộc vào xác suất mất

cân bằng đó :Ở trên nhiệt đô tz các sử đụng nhiệt nhiều và manh

đến nổi không thể có cân bằng và sự trở về nguyên tử của điện tử

-13~-có tính cách tức thöi, ở dưởi nhiệt đỏ ti các sự va cham không đủ

manh để bic điện tử ra khỏi điên trưởng và sử phát quang không

thể xảy ra Phần tác dung cia bức xa hồng ngoai, chúng ta giải

thích và công nhân rằng: do quang điện những bức xa rút điện từ

khỏi trưởng liên ion Tác động này vào thdi điểm kích thích có

nhiều điện tu tử do trong chất sunfure giải thích được hiện tưởng

din điện của chúng.

Lý thuyết của Lenard phải được tu chỉnh để phù hdp vỡi những cấu tao điền từ tinh thể và sự đoán nhận của chúng ở viên ed học

ba động Nhung những qui tắc chính vẩn còn nguyên vẹn Và nếu lý

thuyết không dat đến 66 tin tưởng trong tất cả hiện tưởng phức

tap đước quan sát nhùng đường gach lớn khó có thể đước xem nhử

vô han định.

I1I-LÝ THUYET VỀ LAN QUANG

1.Dinh nghĩa và phan loại:

a)Định nghĩa: Theo Francis Perrin ông dua ra định nghĩa về sự

phát lân quang nhu sau: Các phân từ bị biến đổi đi qua gilda hấp

thu và phát xa môt trang thái trung gian cố định hay gidi ẩn và

lúc đó không thể dat đến trang thái phát xa mà không nhân thêm ti

môi trưởng môt gia tang nang lưởng nào hoặc có thể xảy ra một sử

phân hóa đước tiếp nối bằng sử tập hớp lại thì có hiện tưởng lân

quang.

b)Phân loại: có 2 loai lân quang

-Loai I (Người ta goi là phát quang Perrin): Gila hai quá

trình hấp thu và phát xa các phân tử trải qua một trang thái

trung gian và chỉ phát lân quang khi nhận được một sử cung cấp

nang lượng của môi trưởng

-Loai II (Phát lân quang của Becquerel Lenard): Chỉ hiện hữuđổi vdi chất ran tinh thể hóa Trong quá trình phát lân quang này

có môt sử "ion hóa nôi".

2.Luét suy tan của các lân quang:

Hê thống được kích thích từ Ei đến E4, rớt xuống Es là một mũc

gidi Ẩn và có thé cil 3 đây mãi, khi rởt xuống nhủ vậy hệ thống

không phát ra một quang tử mà phát ra một photon Hệ thống chỉ có

thể ra khỏi Es nếu nhân một nang lưởng kích động W (mang nó til Ea

lên Ea) rồi rởt xuống E2 Thành ra sự phát lân quang châm hởn sử

so với sử kích thích vì trong một thời gian hệ thống ở mức giới

Hình 7 Lượt đồ biểu điển một sử lần quang

Ta cần phân biệt rỏ hiên tưởng phát quang mà trong có sử tham gia của mức năng lương giới ẩn đó là hiện tưởng phát huỳnh quang

châm hay lần quang.

MỘt hạt không thể từ mức năng lưởng cd bản Ei nhảy lên mức

nang lưởng giới ẩn Es được mà phải qua trung gian một miic nắng

lửởng hich thích Ea cao hén TỪ mic năng lượng giới ẩn có 2 co

chế xảy ra:

- Hoac là hat tu đông rởi về mức cở bản: Đó là một loại hiện

tưởng phát huỳnh quang nhung có thởi gian: phát quang kéo dài hởn

(so vđi phát huỳnh quang đởn giản) Vi vậy gọi là phát huỳnh

-1l4-quang chậm Thdi gian phát huỳnh -1l4-quang trung bình ting với hiện

tưởng phát huỳnh quang chậm thởi gian vào khoảng tỪ 10s -> 1

phút Trong thới gian này Ung với hiên tưởng phát huỳnh quang đón

giẳảnthöi gian vào khoảng 10-19 -> 10-4 giây

-Hoac hat do tác đông bên ngoài nhảy lên mức kích thích Ea rồi

tử đông trở về mức cán bản Đó là hiện tưởng phát lân quang.Trong

trưởng hap này, mic nang lương giới An được coi là hoàn toàn bền

nếu không có tác động bên ngoài Ngoài ra ta thấy từ miic can bản

lên mức kích thích xuống mức giởi ẩn đều xảy ra một cách gián

tiếp Thi gian hat nằm ở mức năng lượng giới ẩn có thể kéo dài

võ han Ta thấy mức này nhử cái bẩy năng lưởng Nếu ta ha nhiệt

đô xuống thấp để làm giảm tần số đụng gia các hat, thdi gian

phát lân quang sẽ tăng lên Đồi sống trung bình của các hat ở mức giới ẩn cé thể kéo đái vô han nếu ta ha nhiệt độ xuống tdi một

mức nào đó.

Lân quang có cùng tần suầt với huỳnh quang, cưởng độ của nó

tùy thuộc vào đân số ở mic Es và Ex tức là phụ thuộc vào đồi sốngtrung bình & và @, nếu đi sống trung bình 6 mức Es ngắn hởn dvisống trung bình ở mũc Es đồi sống này sẽ thấp hdn Vậy su dua dân

số vào mữc Es sẽ châm nhứng xác suất giải phóng các hat điện tử

tùy thuộc vào nhiệt độ và ta sẽ thu được kết quả càng ro rệt khi

3 nhiệt đô cho trước và khoảng cách giỦa Es và Es càng nhỏ.

Điều trên đước minh hoa bang hình 8:

C: Mức nàng lướởng giới ẩn

BC: Nang ludng kích đông RD: Năng lượng phát xa

Goi a.b,c 1A ba hé số ng vdi ba địch chuyển

-a: Ứng với su dich chuyển từ Es->E«

-b: Ung vi sư dịch chuyển tl Ee->E2

-c: Ứng vỡi sự dịch chuyển từ E«->F3

Trong một đởn vi thdi gian, sử xuất hiện của an’ phân tu ở mic

Ea và sử mất dang của (b+cìn"

Trong cùng thời gian đó, mức Es mất an' phân tử và nhận cn’.

Trong khoảng thời gian dt số hat tới Es (n*) là:

dn* = an’ dt = (b+c)n° dt dn' = an* - (btec)n*

-15-= -abn' - (atb+c)dn* /dt

d?]° /dt? + (a+b+c)dn° /dt + abn* = 0 (1) Giải phưởng trình (1):

O=latb)? = 4ab = (a-b)]? >0

Nghiệm “2) là hai số thức âm là -Mvà NGÀI uốn b, A=a)

Nghiêm tổng quất của (1) là tổng hai hàm mũ giảm có mũ thức

Đồ thi cho thấy cudng độ lúc đầu là không rồi tăng theo thời

gian qua mét cức đai rồi giảm dần có một cường độ tối hảo

theo thỏi gian (Đưồng ở giửa là hiệu số hai đường trên dưới

Nếu lúc ngừng kích thích su phát xa sẽ tiếp tục theo

dn’ /dt z~=bn*

=> dn*/n’ =- bdt

=>lnn° -Inno* =-bt

=>n* = no*e”

Ý nhgia cat lý của hệ số b trong n* =ne* e® trong khoảng thdi gian

t theo sau t là có bdtn* hạt trở về trạng thái căn bản và mổi hat

trang thái kích thích trong t giây.

Nếu goizlA đời séng trung bình của một hat ở trạng thái kích