Фосфоресценция

Определение "Фосфоресценция" в словаре Брокгауза и Ефрона

Фосфоресценция
Фосфоресценция*

— Многие тела обладают свойством делаться временно самосветящимися, если они были подвергнуты освещению каким-либо источником света. Если эта способность светиться прекращается немедленно по прекращении доступа света от постороннего источника, то подобные тела называются флюоресцирующими, а само явление — флюоресценцией (см.). Если же тело продолжает светиться некоторое время и по прекращении освещения его, то тело называют фосфоресцирующим, а само явление — Ф. (от "фосфора", обладающего свойством светиться при медленном окислении его на воздухе). Под словом Ф. понимают обыкновенно свечения, вызванные не только предварительным освещением, но и целым рядом различных других причин. Э. Видеман, введший новую терминологию в эту область физики, назвал все явления свечения, не вызванные повышением температуры до степени накаливания, явлениями люминесценции. В зависимости от причины, вызвавшей свечение, явления люминесценции разделяются на 1) фотолюминесценцию, вызванную освещением и подразделяющуюся, смотря по длительности вызванного самосвечения, на флюоресценцию и Ф.; 2) термолюминесценцию, вызываемую слабым нагреванием; 3) электролюминесценцию, вызываемую электрическими процессами, в особенности прохождением электрических разрядов; 4) триболюминесценцию, возникающую при трении тел; 5) кристаллолюминесценцию, возникающую при выделении кристаллов, и 6) хемилюминесценцию, вызываемую химическими процессами. Под словом Ф. понимают обыкновенно все вышеназванные люминесценции (кроме явления флюоресценции); рассмотрим их последовательно. 1) Под влиянием освещения проявляет Ф. большое количество тел, напр. алмаз, известковый шпат, некоторые виды плавикового шпата (в особенности нерчинский хлорофан) и целый ряд искусственно добываемых веществ, которые раньше называли "искусственными фосфорами". Ф. алмаза известна была и древним, но первое искусственно добытое фосфоресцирующее вещество открыто было только в 1604 г.: Каскариоло в Болонье получил его при обжигании устричных раковин (болонский фосфор). Впоследствии искусственно создан был еще целый ряд сильно фосфоресцирующих веществ, главным образом, сернистых соединений щелочноземельных металлов — кальция, стронция и бария; они получаются обжиганием извести, окиси стронция и бария с серным цветом. Чтобы наблюдать Ф., подвергают испытуемое тело сильному освещению дневным светом, электрическим светом или светом горящего магния и уносят его во вполне темную комнату, где наблюдатель может заметить даже легкие следы свечения. Продолжительность Ф. у различных веществ весьма различна; большинство веществ светится очень непродолжительное время (секунды), некоторые алмазы светят целый час, а вышеупомянутые сернистые соединения светят иногда 20—30 часов. Весьма сильным и продолжительным свечением отличается фосфоресцирующая краска Бальмэна (1883), в состав которой входит фосфоресцирующий сернистый кальций; этой краской одно время покрывали различные предметы, которые должны были светиться в темноте (циферблаты часов, подсвечники, спичечницы). Сила света, излучаемого фосфоресцирующими веществами, приблизительно пропорциональна силе света, которому эти вещества были подвергнуты; между продолжительностью свечения и силой возбудившего Ф. света не найдено пока никакой ясной зависимости. Предположение, что флюоресценция есть не что иное, как сильная Ф. с весьма непродолжительным периодом свечения, привело Э. Беккереля, одного из наиболее внимательных исследователей фотолюминесценции, к устройству фосфороскопа — прибора, который обнаруживает даже Ф., продолжающуюся не более тысячных долей секунды. Прибор состоит из двух параллельных дисков SS (фиг. 1), приводимых посредством рукоятки P (фиг. 2) и системы зубчатых колес в чрезвычайно быстрое вращение вокруг горизонтальной оси.

Фиг. 1. Фиг. 2.

Диски снабжены одинаковым числом прорезов, но закреплены на оси так, что против отверстия одного диска находится сплошная часть другого. Диски закрыты неподвижным металлическим барабаном ММ с сквозным прорезом α; против прореза в барабан сверху опускается через отверстие N маленький стеклянный ящичек, приходящийся между вращающимися дисками; в этот ящичек кладут испытуемое на Ф. вещество. Одно отверстие α барабана освещается сильным пучком света, сквозь другое глядит наблюдатель. Очевидно, что при вращении дисков наблюдатель будет видеть исследуемое вещество в течение непродолжительных промежутков в α сек.; следующих через такие же промежутки после освещения, длившегося тоже α сек., при показанном на фиг. 1 расположении отверстий α = β = γ. Зная число оборотов, совершаемых дисками в 1 сек., можно легко рассчитать и продолжительность освещения наблюдения. При помощи фосфороскопа Беккерель убедился, что явление Ф. присуще весьма большому количеству тел, но продолжительность Ф. обыкновенно незначительна. Так, например, он открыл кратковременную Ф. у множества солей и почти всех органических веществ; у шпата Ф. длится 0,33 сек., у уранового стекла около 0,04 сек., у кристаллов цианистой платины — 0,003 сек. Все твердые флюоресцирующие вещества обнаруживают и Ф., но ни одна фосфоресцирующая жидкость не была найдена. Ф., подобно флюоресценции, вызывается только лучами, поглощаемыми телом, причем наиболее интенсивную Ф. вызывают лучи короткой длины волны — синие, фиолетовые и в особенности ультрафиолетовые. Окраска света, излучаемого фосфоресцирующими веществами, весьма различна, но, как и в случае флюоресценции (см.), излучаемый свет обладает всегда меньшей преломляемостью (большей длиной волны), чем свет, вызвавший освещение. Цвет Ф. зависит как от химического состава тела, так и у тел одинакового химического состава — от способа приготовления их. Так, напр., сернистый кальций, приготовленный обжиганием исландского шпата, светится оранжевым светом; то же соединение, добытое из аррогонита, — зеленым или фиолетовым светом, смотря по месторождению аррогонита; оно же, добытое из желтого мрамора, светится ярко-желтым светом. Ломмель (1887), изучавший спектр фосфоресцирующих тел, нашел, что спектр всех сернистых соединений кальция обладает тремя одинаковыми максимумами энергии в спектре, большая или меньшая выраженность которых определяет цвет Ф. тела. Клатт и Ленард (1889), продолжавшие исследования Ломмеля, пришли к любопытному выводу, что совершенно чистые сернистые соединения кальция вовсе не обладают Ф. и что необходима ничтожная примесь марганца, меди или висмута, чтобы вызвать Ф. этих тел. Упомянутые выше 3 максимума в спектре вызываются присутствием этих трех металлов; при отсутствии одного из этих металлов в спектре отсутствует и соответствующий ему максимум. Количества металлов, необходимые для того, чтобы вызвать наиболее яркую Ф., крайне ничтожны, напр. 0,00008 частей медного купороса на одну часть окиси кальция. Заметное влияние на цвет Ф. имеет также температура, которую имело тело в течение того времени, пока оно подвергалось освещению; так, напр., сернистый стронций (по Беккерелю) при освещении при —20° светится светло-фиолетовым светом, при 70° — зеленым, при 100 — желтым, при 200 — оранжевым. При очень низких температурах, напр. при температуре кипящего под атмосферным давлением жидкого воздуха (около 190°), некоторые вещества (слоновая кость, парафин) приобретают заметную Ф., между тем как другие, напр. Бальменова краска, почти совершенно теряют это свойство. Нагревание фосфоресцирующего тела делает излучение света более интенсивным, но зато менее продолжительным; если, напр., часть фосфоресцирующей поверхности, покрытой краской Бальмена, нагреть, то нагретая часть в течение нескольких мгновений будет светить значительно ярче фона, но затем потухает значительно раньше всей остальной поверхности. Если на поверхность, уже фосфоресцирующую, отбросить солнечный спектр, то по той же самой причине в инфракрасной части спектра, сильно поглощаемой поверхностью и поэтому нагревающей ее, Ф. мгновенно вспыхнет довольно ярко, но зато затем тотчас потухнет. Это явление тушения фосфоресценции инфракрасными лучами применено было Беккерелем, а затем Фоммом (1890) для нахождения полос поглощения в инфракрасной части солнечного спектра; отбросив спектр на фосфоресцирующую поверхность, они замечали в затушенной инфракрасный части узкие светлые полосы, соответствовавшие темным полосам поглощения в спектре. Алмаз и плавиковый шпат дают заметную Ф. лишь при весьма сильном предварительном освещении; если же их нагреть (ниже температуры каления) в темноте, то они в течение непродолжительного времени светят довольно ярко. Так как теперь доказано, что эти вещества светятся при нагревании только после предварительного освещения, то необходимо предположить, что эти явления свечения при нагревании, выделявшиеся раньше в особый отдел 2) термолюминесценцию, представляют в сущности не что иное, как усиленное вследствие нагревания свечение, вызванное фотолюминесценцией. Ф. может быть вызвана не только освещением видимыми лучами, но также и освещением теми невидимыми лучами, которые возникают при различных формах электрического разряда (см.); так, напр., катодные лучи вызывают яркую Ф. всех тех веществ, которые светятся и под влиянием световых лучей; подробнее об этом см. Разряд. 3) Под электролюминесценцией понимают свечение разреженного газа, когда по нему проходит электрический разряд (см.); к явлениям Ф. в этой группе относится свечение некоторых газов, продолжающееся в течение некоторого времени и после прекращения прохождения разряда. Таким свойством обладает, напр., разреженный воздух, к которому примешан сернистый газ; явление это еще мало исследовано; по-видимому, немаловажную роль здесь играет образование озона при прохождении разряда и медленное разложение его после того, как разряд прекратился. 4) Триболюминесценция замечена была у кристаллов сахара и азотно-урановой соли, светящихся, когда их разбивают в темноте; свечение наблюдается иногда и при разрезании в темноте кусков металлического калия и натрия. 5) Кристаллолюминесценция еще меньше исследована. Свечение замечено было в момент выделения из раствора кристаллов мышьяковистой кислоты, серно-натровой соли, затем при внезапном выделении поваренной соли из водного раствора ее, к которому прибавили алкоголь. 6) Хемилюминесценция. К этой группе явлений должно быть отнесено свечение фосфора, свечение некоторых животных и свечение гниющих веществ растительного и животного происхождения. Все эти явления свечения сопровождают, вероятно, процесс медленного окисления фосфоресцирующего вещества. Это несомненно доказано для фосфора (светится даже только в присутствия озона), гниющих органических веществ (не светятся в атмосфере водорода, в очень разреженном воздухе); иногда свечение гниющих веществ вызывается также присутствием на веществе светящихся бактерий. Подробнее о Ф. животных и растений — см. Свечение. Специального сочинения, посвященного явлениям Ф., нет; большое количеств фактов по этим вопросам заключается в 1 томе сочинения. Ed. Becquerel, "La lumi è re, ses causes et ses effets" (П., 1867).

A. Г.