Общие сведения о люминесценции

Люминесценцией называют вызванное каким-то возбуждающим фактором избыточное (над тепловым) излучение тел, которое запаздывает относительно возбуждения на время, значительно больше периода световых колебаний.

В зависимости от причины возбуждения атомов или молекул различают:

• фотолюминесценцию, которая возникает в результате поглощения возбуждающего света;
• рентгенолюминесценцию, возникающую в результате возбуждения рентгеновским излучением;
• катодолюминесценцию, которая возникает в результате бомбардировки быстрыми электронами;
• электролюминесценцию, которая возникает в результате возбуждения электрическим полем или током;
• биолюминесценцию, возникающую в результате возбуждений, возникающих при протекании биохимических реакций и других биологических процессов в живом организме;
• хемилюминесценцию, которая возникает в результате возбуждений при химических реакциях, и т.п.

Каждый из этих видов люминесценции может быть использован для построения разнообразных люминесцентных сенсоров. По времени задержки люминесценции относительно возбуждения различают такие ее виды, как флуоресценция и фосфоресценция. При флуоресценции время задержки очень мало (не больше условной границы в 1 мс). Она достаточно быстро затухает после прекращения возбуждения. При фосфоресценции, наоборот, задержка и затухание люминесценции после прекращения возбуждения очень значительны – больше условной границы в 1 с. Иногда фосфоресценция продолжается в течение многих десятков часов. Люминесценция с промежуточными значениями задержки во времени (между 1 мс и 1 с) специального названия не имеет. Изменения задержки люминесценции относительно возбуждения могут нести ценную информацию об объекте наблюдения.

Спектральный состав люминесценции зависит от свойств излучающего тела и при фотолюминесценции, например, отличается от спектрального состава возбуждающего света. Энергия квантов люминесценции обычно меньше энергии, полученной атомом, молекулой или кристаллом в результате возбуждения. Поэтому, скажем, спектр фотолюминесценции всегда сдвинут относительно спектра возбуждающего излучения в сторону красной области спектра. Изменения в спектральном составе люминесценции также могут быть первичным информационным сигналом в интеллектуальном сенсоре.

Интенсивность флуоресценции, как правило, пропорциональна интенсивности возбуждения (например, интенсивности возбуждающего света, интенсивности рентгеновского облучения, силе тока электронного пучка и т.п.). Интенсивность эта может зависеть от ряда внешних факторов. Например, с повышением температуры интенсивность флуоресценции, как правило, уменьшается. Это явление называют температурным тушением люминесценции. Некоторые факторы, наоборот, могут благоприятствовать люминесценции, интенсивность которой возрастает. Поэтому, измеряя интенсивность люминесценции, можно получить информацию о наличии и поведении каждого из таких "факторов".

Люминесценцию уже давно применяют для выявления дефектов в изделиях, для исследования художественных полотен, свойств кристаллов, выявления примесей, для считывания невидимых без специального возбуждения штрих-кодов или маркировок и т.п.

Наблюдение, измерение и анализ люминесцентного излучения биологических объектов может давать много ценной информации о состоянии и функционировании этих объектов. Рассмотрим один из важных для практики примеров.