Lyuminessensiya

Suyuqlik va qattiq jismlarning fotolyuminessensiyasi
Bug’larning yuqorida ko’rilgan fluoressensiya hodisasi XX asrning boshidagina o’rgana boshlandi. Bu hodisa Bor nazaryasi barpo qilingandan keyin talqin etildi. Suyuqlik va qattiq jismlarning fotolyuminessensiya hodisalari yorqinroq va kuzatish yengilroq bo’lgani uchun uch yuz yildan beri ma’lum. Lekin suyuq va qattiq moddalar molekulalari o’rtasidagi o’zaro ta’sirlar juda murakkab bo’lgani uchun xozirgi vaqtgacha , xususan, sovet fiziklarining ishlari tufayli olingan qator muhim natijalarga qaramay kondensiyalangan sistemalardagi lyuminessensiya xodisalarini izohlashga
to’liq nazariy ravshanlikka erishilmagan.
Fotolyuminessensiya hodisasini turli usullar bilan kuzatish mumkin. Ko’pchilik moddalarda (bo’yoqlarning ,masalan fluoresseinning eritmalarida) sochilgan kunduzgi yorug’likda yoki Quyosh nurlarining dastasida o’ziga xos yorug’lanishni ko’rish mumkin. Kamroq yorug’langan boshqa jismlar uchun 7-rasmda ko’rsatilgan qurilmadan foydalanish qulay bo’ladi. Manbadan ,masalan, elektr yoyidan chiqayogan yorug’lik linza yordamida yig’ilib tekshirilayotgan moddaga ,masalan bo’yoq,xinin, kerosin va hakazolarning eritmasi solingan kolbaga tushiriladi. Kolbaning yon tomonidan qarab turgan ko’z yorug’lik dastasining qorong’u fondagi izini oq polosa ko’rinishida emas, balki tekshirilayotgan moddaga qarab biror ranga: fluoressein uchun yashil, rodamin uchun qirmizi rang, xininuchun ko’kimtir va boshqa ranglarga bo’yalgan dasta sifatida ko’radi.
Paydo bo’lgan yorug’lanishning rangi lyuminessensiyaga xos belgi bo’ladi:

7-rasm.
bu rang tushayotgan (uyg’otuvchi) yorug’likning rangidan farq qilishi natijasida lyuminessensiyani kuzatish yengillashadi. Bunda odatda Stoks topgan (1852 yil) qoida bajarilib, bu qoidaga muvofiq, lyuminessensiya yorug’ligining to’lqin uzunligi lyuminessensiyani vujudga keltirgan va jism tomonidan yutilgan yorug’likning to’lqin uzunligidan kattaroq bo’ladi. Odatda lyuminessensiyaning va absorbsiyaning spektral polosalarining joylashishi 5-rasmda ko’rsatilganga mos bo’lib, rasmdan bu polosalar qisman ustma-ust tushishi ko’rinadi. Shunday qilib ,Stoks qoidasi yutish polosasining maksimumi lyuminessensiya polosasi maksimumi nisbatan qisqa to’lqinlar tomoniga siljigan bo’lishini bildiradi.

Lyuminessensiyani kuzatish sharoitlarini Stoks qoidasidan foydalanib yaxshilash mumkin, buning uchun uyg’otuvchi nurlarning yo’liga lyuminessensiyaning to’lqin uzunliklariga mos bo’lgan nurlarni yutadigan, lekin o’rganilayotgan modda absorbsiya
qiladigan yorug’likni o’tkazadigan F filtr qo’yish kerak. Aksincha, o’rganilayotgan buyum bilan ko’z o’rtasiga birinchi filtrga qo’shimcha bo’lgan,ya’ni A polosaning nurlanishini yutadigan, lekin L soxani o’tkazib yuboradigan F’ filtr qo’yiladi. Shunday qilib ko’z tasodifiy sochilgan yorug’likdan ximoya qilinadi, shu bilan birga lyuminessensiya yuz beradi va kuzatuvchiga sezilarli susaymasdan yetib boradi. Ayqash filtrlar usuli deb atalgan bu usul zaif lyuminessensiyalanadigan moddalarni tekshirganda katta yordam beradi. Absorbsiya va lyuminessensiya polosalari qisman ustma- ust tushganligi sababli,lyuminessensiya yorug’ligining bir qismi yoritilgan moddaning ichidan yetarli qalinlikdagi barcha qatlamlardan o’tib chiqqanda birmuncha yutiladi. Buning natijasida lyuminessensiya polosasining ko’rinishi buzilishi ,mumkin ,ayniqsa lyuminessensiya- lanadigan moddaning konsentrasiyasi katta bo’lganda tegishli tuzatmalar kiritish zarur bo’ladi.
V.L.Levshin organik molekulalarning ba’zi sinflari uchun Stoks qoidasini yutilish va lyuminessensiya spektrlarining ko’zgu simmetriyasi qoidasi deb ataladigan miqdoriy munosabat bilan almashtirish mumkin ekanligini ko’rsatdi. Levshinning kuzatishlariga muvofiq ,yuqorida aytilgan tipdagi moddalarning yutish va lyuminessensiyasining chaastotalar funksiyasi sifatida ifodalangan egri chiziqlari ordinata rasional tanlangan xolda ikkala spektrni ifodalaydigan chiziqlarning kesishish nuqtasidan chastotalar o’qiga perpendikular ravishda o’tayotgan to’g’ri chiziqqa
nisbatan ko’zguli simmetrik ekan. Garchi ko’zgu simmetriyasi qoidasi lyuminessensiyaning hamma xollarida ham bajarilavermasa-da, bu qoida murakkab molekulalarning juda keng sinfi uchun molekulalarining energetik sathlari strukturasi haqida xulosalar chiqarishga imkon beradi.

8-rasm.(Biror yutish polosasi ichida yotgan chastotali yorug’lik bilan uyg’otganda lyuminessensiya spektri o’zgarmay qoladi.)

Umumiy muloxazalardan biror moddada lyuminessensiyani vujudga keltirishga qodir bo’lgan yorug’lik bu moddada yutilishi kerakligi, ya’ni uyg’otuvchi yorug’likning to’lqin uzunligi absorbsiya (yutish) polosasi ichida yotishi kerakligi ravshandir. Bu polosa yetarli darajada keng bo’lganligi uchun(bunday xol suyuqlik va qattiq jismlarda qariyb doimo uchraydi) uyg’tuvchi yorug’likning to’lqin uzunligi yutish polosasi ichida o’zgarganda lyuminessensiya spektri o’zgarmaydi (8-rasm).

Agar modda bir necha yutish polosasiga ega bo’lsa ,turli yutish polosalariga tegishli yorug’lik bilan uyg’otish lyuminessensiya spektrini o’zgartirishi mumkin,lekin lyuminessensiya spektri o’zgarmay qoladigan hollar kam emas. Bu muhim kuzatishlar lyuminessensiya spektri tekshirilayotgan moddani xarakterlashini ko’rssatadi. Uyg’otuvchi yorug’likning to’lqin ikkinchi darajali ahamiyatga ega bo’lib, bir yutish polosasidan ikkinchi polosaga o’tishgina molekulaning uyg’onish xarakterini yod
bug’larini uyg’otganda kuzatilgandek o’zgartirib ma’lum rol o’ynaydi. Ayrim monoxramatik nurlanishlar bilan uyg’otganda Stoks qoidasidan chetlashish hollarini ayniqsa yaqqol kuzatish mumkin. 9- rasmda shunday hol tasvirlangan. Stoks qoidasining buzilishiga tegishli bo’lgan shtrixlangan soha antistoks sohasi deyiladi.
Ba’zan bu sohani juda yaxshi ko’rish mumkin.

9-rasm.(Stoks qoidasinining buzilishi)

Stoks qoidasi fotonlar haqidagi tasavvurlar yordamida nazariy jihatdan talqin etildi. Bu izoh lyuminessensiya natijasida chiqqan xar bir foton hν yutilgan bitta ℎν_o hisobiga paydo bo’ladi degan farazga asoslangan. Odatda har bir shunday prossesda yutilgan foton enenergiyasining bir qismi A molekula ichidagi har xil prosseslarga sarflanadi , natijada energiyaning saqlanish qonuniga asosan hν=ℎν_o-A . A kattalik musbat bo’lib , Stoks topgan siljishni izohlab beradi. Stoks qoidasining buzilishiga
uyg’otuvchi fotonning energiyasiga lyuminessensiyalanuvchi moddadagi issiqlik energiyasining qo’shilishi sabab bo’ladi. Haqiqatan ham, temperatura ko’tarilishi bilan antistoks sohasi aniqroq ko’rinadi.
Bu umumiy mulohazalar lyuminessensiyaning yuzaga kelishiga doir barcha masalalarni hal qila olmaydi, albatta. Yutilgan energiyaning hammasi ham lyuminessensiya energiyasi sifatida nurlanavermaydi. Lyuminessensiyaning energiya berish qobilyati yoki foydali ish koeffitsenti deb, nurlantirilgan energiyaning lyuminessensiyalanuvchi modda yutgan energiyaga bo’lgan ν nisbatiga aytiladi. Energiya berish qobilyatini birinchi bo’lib aniqlagan S.I.Vavilov ν kattalik o’rganilayotgan modda va tajriba sharoitlariga chambarchas bog’liq ekanligini topdi. ν kattalik 100% ga deyarli teng bo’lgan va aksincha juda kichik bo’lgan hollar uchraydi. Bu kattalik bir moddadan ikkinchisiga o’tgandagina o’zgarib qolmay , balki bir
moddaning o’zida tashqi sharoitlarga temperaturaga, eritgichga , konsentrasiyaga, begona aralashmalarga va hakazolarga ko’p bog’liq bo’ladi. Lyuminessensiyaning begona moddalar qo’shilishi natijasida susayish hodisasi lyuminessensiyaning so’nishi deyiladi.
Gazlarning rezonans fluoressensiyasi holida bunday prossesning mohiyati tushunarlidir. Atom uyg’ongan holatga o’rta hisob bilan 10⁻⁸ -10⁻⁹ s bo’ladi. Shu vaqt davomida uyg’ongan atom aralashmaning biror atom yoki molekulasi bilan to’qnashishi mumkin. Bunda uyg’ongan atomning energiyasi u bilan to’qnashgan zarraga uzatiladi va bu zarradda bo’layotgan biror prosseslarga sarflanadi yoki issiqlikka aylanadi (ikkinchi tur to’qnashishlar). Shunday qilib, uyg’ongan atomlarning bir qismi nurlanishda qatnashish imkoniyatidan mahrum bo’ladi va demak, dastlab kuzatilgan lyuminessensiya susayadi. Uning o’rniga yorug’likni o’zi yutmaydigan lekin energiyani uyg’ongan atomdan oladigan molekula ximiyaviy reaksiyaga kiradi( sensibillashtirilgan fotoximiyaviy reaksiya). Yutilgan va to’qnashish vaqtida ikkinchi zarraga uzatilgan energiya shu zarrani uyg’otishi va lyuminessensiyani vujudga keltirishi mumkin(sensiballashtirilgan lyuminessensiya).