Некоторые методы оптической спектроскопии

Затлардыӊ фотолюминесценциясы спектрин өлшеӱ

Люминесценция деп, заттыӊ жақтылық тербелиси дәӱиринен көп үлкен ӱақыт даӱам етиӱши жыллылық нурланыӱы үстине қосылыӱшы нурланыӱды айтады. Анықламаныӊ екинши бөлими люминесценцияны жыллылық нурланыӱынан ажыратып көрсетеди, яғный люминесценция түсиниги заттыӊ теӊсалмақлық ҳалына жақын шәраяттағы система нурланыӱын аӊлатады. Теӊсалмақлық ҳалынан үлкен аӱысыӱда жыллылық нурланыӱы ҳәм люминесценция ҳаққында сөз болыӱы мүмкин емес. Көзге көринетуғын спектраллық областта жыллылық нурланыӱы зат температурасы бирнеше жүзлеген, ҳәттеки мыӊлаған градусқа қыздырылғанда сезилерли интенсивликке ийе болса, люминесценция қәлеген температурада жүзеге келиӱи мүмкин. Сонлықтанда, люминесценцияны суӱық ушқынлаӱ (свечение) деп атайды.

Анықламаныӊ биринши бөлими (ушқынлаӱ даӱамлығы) жақтылықтыӊ ҳәр қыйлы шашыраӱларынан, шағылысыӱынан параметрлик түрлендирилиӱинен ҳәм тормозлық, Черенков – Вавилов нурланыӱынан ажыратып турады. Люминесценциялық шашыраӱда заттыӊ нурды жутыӱы ҳәм шығарыӱы процесслери аралығында жақтылық тербелиси дәӱиринен көп үлкен даӱамлықтағы аралық процесслер өтеди. Нәтийжеде жутылған ҳәм шығарылған жақтылық тербелислери фазалары арасындағы корреляция жоғалады.
Люминесценциялаў қәбилети айқын көринген затлар люминофорлар деп аталады. Атом, ион ҳәм молекулалар люминесценция орайлары, яки басқаша айтсақ, люминесценция бөлекшелери деп аталады. Олар газ араласпасындағы атомлар яки молекулалар, суйық еритпедеги молекулалар ҳәм қатты денедеги араласпа ионлары болыўы мүмкин. Ушқынлап нурланыўдың даўам етиў мүддетине қарап люминесценция еки түрге ажыратылады: флуоресценция (қысқа ўақыт) ҳәм фосфоресценция (узақ ўақыт даўам етеди). Бундай ажыратыў шәртли болады. Атом ҳәм молекулалардың жыллылық ҳәрекети себепли нурланыўы люминесценцияға тийисли емес.
Әтирап-орталық пенен төмен өз-ара тәсирлесетуғын люминесценция орайларында, яғный газ араласпасындағы атомлар яки молекулалар, суйық еритпедеги молекулалар ҳәм қатты денедеги араласпа ионларындағы болып өтетуғын процесслерди қарап өтемиз.
1.а-сүўретте люминесценцияның әпиўайы физикалық механизмине жуўап бериўши люминесценция орайларындағы квантлық өтиўлер көрсетилген. Оятылған орай 1 қәддинен 2 қәддиге өтеди, кери өтиўде болса люминесцентлик нурланыў фотоны бөлинеди. Люминесценция нурланыўының частотасы төмендегише табылады:
. (1)
Бул резонанслық люминесценция делинеди. 1.б, д, е-сүўретлерде көрсетилген механизмде, оятылыўда люминесценция орайы 1 – 3 өтиўди әмелге асырады, кейин болса нурланбастан 2 қәддиге өтиў жүз береди, бунда артықша энергия басқа бөлекшелерге яки фононлардың туўылыўына сарпланады.

1-сүўрет.

Жақтылықтың шығарылыўы 2 – 1 өтиўде жүз береди – бул спонтанлық люминесценция. 1.ф-сүўретте метастабиллик люминесценциядағы өтиўлер көрсетилген. Бундай люминесценцияны және стимулласқан люминесценция депте атайда. Бунда люминесценция орайы 2 қәддиге өтиўден алдын аралық 4 қәддиге өтеди. Бул қәдди метастабил болып – ондағы орайдың жасаў ўақты бираз үлкен болып, мәселен, 10^-2 – 1 с лар арасында. Және 2 қәддиге өтиў ушын орай қосымша энергия алыў зәрүр, бул жыллылық ҳәрекети яки инфрақызыл нурланыў энергиясы болыўы мүмкин. Ол 4 қәддинен 2 қәддиге өтиўди тәмийнлейди.

Люминесценцияны оятыў усылларына қарап бир неше түрлерге ажыратылады:
1. Фотолюминесценцияны көринетуғын ҳәм ультрафиолет нурланыў менен оятады.
2. Рентгенолюминесценцияны рентген нурларды оятады.
3. Радиолюминесценцияны радиоактивлик нурланыў, яғный атом ядросы бөлинген пайытта пайда болыўшы -, - ҳәм -нурланыўлар, оятады
4. Катодолюминесценцияны электронлар дәстеси оятады, мәселен, осциллограф, телевизор, радиолокатор ҳәм басқа электрон-нурлы трубкаларда бақланады.
5. Электролюминесценцияны электр майдоны яки электр тогы оятады. Бундай түр люминесценция, тийкарынан ярым өткизгишлерде бақланады. Ярым өткизгишлердеги электролюминесценция еки тийкарғы бөлимге бөлинеди: инжекциялық (туўры бағдарда ток қойылғанда) ҳәм тесилиўинен алдынғы (предпробойная, кери бағдарда ток қойылғанда).
6. Хемилюминесценция заттағы химиялық процесслерди оятады.
7. Триболюминесценция затқа механикалық тәсир көрсеткенде пайда болады, мәселен, бузылғанда.
8. Ионолюминесценция затқа ионлар дәстеси менен тәсир көрсеткенде бақланады ҳәм тағыда басқалар.

2-сүӱрет. Фотолюминесценция спектрин үйрениӱ үскенеси схемасы.

Фотолюминесценция спектрин изертлеӱ методын қарайық. Бул методларда фотолюминесценцияны қоздырыӱшы бирлемши нурланыӱ дереги сыпатында тийкарынан лазерлар, айырым шәраятларда кеӊ жолақлық нурланыӱ бериӱши дереклер (лампа) қолланылады. Фотолюминесценция спектрин изертлеӱде кеӊ қолланылыӱшы спектроскоп схемасы 2-сүӱретте көрсетилген. Үскене схемасында синхрон детекторлаӱда тирек сигнал сыпатында фотолюминесценцияны қоздырыӱда қолланылыӱшы импульслик лазердиӊ кернеӱлик блоги (блок питания) генерациялаӱшы сигнал қолланылады. Егерде, бул мақсетте үзликсиз ислеӱши аргон лазери қолланылатуғын болса, онда сигналды модуляциялаӱ ушын кесиклерге ийе айланыӱшы диск қолланылады, бул жағдайда тирек сигнал модулятор кернеӱлик блогинен бериледи.

Үлгиден шашыраған бирлемши лазер нурларыныӊ монохроматор кириӱ саӊлағына бағдарланған нурлары интенсивлигиниӊ минималлығын тәмийинлеӱ ушын, лазер нуры үлги бетине үлкенирек мүйешлер жасап түсириледи. Монохроматор кириӱ саӊлағы алдына қойылған фильтр екилемши нурланыӱды ҳәм лазер нурланыӱы спектрин өткизбей қырқып таслаӱы керек. Лазер резонатор жәрдеминде күшейтирилмеген, лекин жетерли күшли интенсивликтеги нурланыӱ сызықларын беретуғын болса, нур жолына лазерге жақын, яғный модулятор ҳәм үлгиге шекемги аралықта қосымша фильтрлер орнатыӱ керек. Мысалы, инфрақызыл диапазонға сәйкес келиӱши аргон лазери сызықларын кесиӱ ушын ишинде суӱы бар кюветаны қолланыӱға болады.
Өлшенген спектрден изертлениӱши заттыӊ екилемши нурланыӱы (фотолюминесценциясы) спектрин ажыратыӱ ушын сигналды спектраллық үскенениӊ сондай шәраятларда алынған өткизиӱшеӊлик коэффициентине бөлиӱ керек.