Spis treści

IV.6. LUMINESCENCJA I ROZPRASZANIE ŚWIATŁA

O6.1 (O-90) Fluorescencja w świetle widzialnym

Zjawisko fluorescencji polegające na pobudzeniu do świecenia ciał pod wpływem padającego promieniowania można obserwować w gazach, cieczach i ciałach stałych. Aby zjawisko to było efektowne, wymagana jest silna wiązka światła dobrze zogniskowanego. Na rys. O6.1 pokazano schemat układu stosowanego do obserwacji fluorescencji cieczy.

Rys. O6.1

Wśród roztworów fluorescencyjnych szczególnie jasnym, zielonym świeceniem charakteryzuje się roztwór fluoresceiny. Najsilniejszą fluorescencję wykazuje roztwór fluoresceiny o stężeniu równym 1/300 stężenia roztworu nasyconego.

Z innych barwników można użyć np. wodny roztwór rodaminy, dający różową fluorescencję, eozyny,dający czerwoną fluorescencję czy siarczanu chininy, dający niebieską fluorescencję.

O6.2 (O-91) Reguła Stokesa

Regułę Stokesa mówiącą, że długość fali światła fluorescencji jest większa od długości fali światła pobudzającego, można pokazać korzystając z zestawu przedstawionego na rys. O6.1. Do doświadczenia używamy wodnego roztworu fluoresceiny. Przed naczyniem z roztworem umieszczamy najpierw filtr niebieski i stwierdzamy, że roztwór w dalszym ciągu fluoryzuje. Zamiana natomiast filtru niebieskiego filtrem czerwonym powoduje, że świecenie roztworu znika.

O6.3. Fluorescencja w ultrafiolecie

Wiele substancji nie wykazujących fluorescencji w świetle widzialnym, pięknie fluoryzuje w świetle UV. Do demonstracji w tym przypadku również wskazane jest użycie wiązki zogniskowanego światła UV. Najlepszą do tego celu jest lampa HBO-200. Wiązkę światła należy zogniskować w pewnym punkcie na stoliku, na który będziemy stawiać badaną substancję. Następnie należy w bieg wiązki wstawić filtr Wooda. Filtr ten absorbuje światło widzialne i przepuszcza tylko światło UV z zakresu 350-390 nm, w którym to zakresie przypada maksimum promieniowania UV lampy rtęciowej.

Ze związków nieorganicznych nadzwyczaj intensywną fluorescencję pod wpływem promie-niowania UV wykazują sole lantanowców i uranu. Fluorescencję dostrzega się nawet przy zawartości uranu rzędu 1 ppb (1:1 000 000 000). Nazwa fluorescencja pochodzi właśnie od świecenia fluorku sodu (NaF) zawierającego śladowe ilości uranu pobudzonego światłem UV.

Do demonstracji fluorescencji możemy użyć szkła uranowego lub krystalicznego azotanu uranu UO₂(NO₃)₂, wykazujących intensywną żółtozieloną fluorescencję. Można również pokazać piękną, czerwoną fluorescencję rubinu, zielonkawą bursztynu, niebieską antracenu czy pomarańczową perylenu. W ultrafiolecie pięknie świecą również wszystkie omówione wcześniej roztwory barwników oraz roztwór rywanolu. Silną niebieską fluorescencję wykazuje również popularny napój - tonic.

O6.4 (O-93) Fosforescencja

W przypadku fosforescencji emisja światła następuje dopiero po pewnym czasie po pochłonięciu światła pobudzającego. Fosforescencja występuje w bardzo lepkich roztworach albo też w ciałach stałych. Do demonstracji zjawiska fosforescencji zapalamy lampę rtęciową i gasimy światło w sali wykładowej. Rurki z substancjami fosforyzującymi (fosforami) trzymamy kilka sekund w niewielkiej odległości od lampy, po czym lampę zasłaniamy i w ciemnej sali obserwujemy świecenie fosforów. Obniżenie temperatury fosforów zwiększa czas ich wyświecania.

W celu pokazania, że mechanizm fluorescencji jest różny od mechanizmu fosforescencji możemy wykonać następujący eksperyment. Sporządzamy w probówce roztwór kilku mg rywanolu w 5 ml gliceryny Obserwujemy intensywną fluorescencję w świetle UV i brak fosforescencji (po usunięciu źródła wzbudzania). Następnie probówkę zanurzamy w ciekłym azocie. W stanie zestalonym roztwór wykazuje silną fosforescencję po wzbudzeniu go światłem UV.

O6.5. Rozproszenie światła przez ośrodki mętne

Jeżeli wiązka światła przechodzi przez ośrodek mętny, wówczas wiązka ta ulega rozproszeniu przez ziarenka zawiesiny znajdujące się w tym ośrodku. Ośrodek mętny można sporządzić przez wlewanie do wody roztworu kalafonii w spirytusie lub dodanie do wody kilku kropel mleka. Najbardziej efektownym roztworem jest jednak wodny roztwór tiosiarczanu sodu, do którego dodaje się nieco kwasu solnego. Wytrąca się wówczas siarka i roztwór mętnieje, rośnie bowiem z upływem czasu liczba i wielkość koloidalnych cząsteczek siarki. Rozproszenie światła przez ośrodek mętny możemy pokazać korzystając z zestawu pokazanego na rys. O6.5.

Rys. O6.5.

Równoległa, smukła wiązka światła wychodzi z rzutnika, przechodzi przez ośrodek mętny i pada na ekran. Ponieważ natężenie światła rozproszonego jest odwrotnie proporcjonalne do λ⁴, więc światło z niebieskiej części widma będzie szesnastokrotnie silniej rozpraszane niż światło z czerwonej części widma. Z tego powodu barwa wiązki światła białego przechodzącego przez roztwór staje się czerwonawa, a barwa światła rozproszonego początkowo niebieskawa w miarę wzrostu cząsteczek przez koagulację przybiera odcień żółtawy. Można zwrócić również uwagę, że światło rozproszone w kierunku prostopadłym do biegu wiązki jest częściowo spolaryzowane. Obracając polaryzator P stwierdzamy kolejne zmiany natężenia światła przechodzącego przez polaryzator. Należy również omawiając zjawisko rozpraszania wspomnieć, że obserwowane czerwone zabarwienie słońca, o wschodzie i zachodzie, związane jest z silniejszym rozpraszaniem fal krótkich, gdyż światło przechodzi wówczas przez większą warstwę powietrza, w której występują cząsteczki kurzu, pyły oraz występują fluktuacje gęstości powietrza.

OPTYKA - Luminescencja i rozproszenie światła

26

---