Энциклопедия Брокгауза и Ефрона - флюоресценция

Некоторые вещества обладают свойством делаться особенным образом самосветящимися в течение того времени, пока они подвергаются освещению посторонним источником света. Так, напр., слабый раствор сернокислого хинина, подкисленный несколькими каплями серной кислоты, на дневном свете сияет с поверхности слабым голубоватым светом; свечение это особенно хорошо заметно, если смотреть сверху в стакан, в который налита эта жидкость; свечение тотчас исчезает, как будет прекращен доступ света к жидкости. Так как раствор хинина вполне бесцветен, то голубоватое сияние поверхности его нужно приписать самосвечению жидкости под влиянием освещения дневным светом. Это явление самосвечения называется флюоресценцией, а тела, обладающие означенным свойством, — флюоресцирующими. Явление Ф. было впервые исследовано Гершелем в 1845 г. на растворе сернокислого хинина и названо им "эпиполической дисперсией" (поверхностным светорассеянием) по причине того, что свойством самосвечения обладала, как казалось Гершелю, лишь самая поверхность жидкости. Брюстер, исследовавший (1846—53) тот же самый раствор, заметил, что при достаточной силе освещения жидкости заметна Ф. и у внутренних, более глубоких слоев жидкости; он назвал поэтому явление "внутренней дисперсией". Изучено явление Ф. было впервые Стоксом (Stokes, 1852—1864), который и дал ему название "Ф.", так как это явление наблюдалось им в фиолетовых и зеленых разновидностях Дербиширского плавикового шпата (флюорита). Главнейшие из результатов, найденных Стоксом и подтвержденных позднейшими исследователями Ф., следующие: 1) явление Ф. возникает в способных к Ф. телах почти исключительно под влиянием света, содержащего лучи короткой длины волны — фиолетовые и ультрафиолетовые. Ввиду этого богатый ультрафиолетовыми лучами солнечный свет, свет вольтовой дуги и в особенности свет электрической искры вызывают в сильной степени явление Ф., между тем как при свете керосина или газа Ф. еле заметна. Если образовать на белой стене спектр от источника света, богатого ультрафиолетовыми лучами (солнечный свет или вольтова дуга), и перемещать вдоль спектра испытуемое Ф. вещество (напр. пластинку уранового стекла), то можно заметить, в каких лучах спектра тело будет флюоресцировать; произведенные по этому методу опыты показали, что почти все способные к Ф. тела начинают заметно флюоресцировать лишь у синего конца спектра и приобретают наиболее интенсивную Ф. в ультрафиолетовых лучах. Есть лишь немногие исключения — так, напр., спиртовый раствор нафталиновой красной краски (магдала) приобретает наибольшую интенсивность Ф. в желто-зеленой части спектра. 2) Лучи, вызывающие Ф. тела, всегда поглощаются этим телом. В вышеописанном опыте со спектром лучи свободно проходят сквозь тело в тех частях спектра, которые не вызывают Ф., и поглощаются телом (т. е. тело бросает тень на экран) в частях спектра, в которых заметна Ф. тела. Этот закон не может иметь исключений, так как он является необходимым следствием закона сохранения энергии: когда тело флюоресцирует, оно излучает энергию, запас которой может при данных условиях поддерживаться постоянным исключительно путем поглощения падающей на тело световой энергии. Поглощением лучей, возбуждающих Ф., объясняется также, почему явление Ф. наблюдается всегда главным образом на поверхности флюоресцирующего тела; действительно, уже первые слои флюоресцирующего тела поглощают в значительной мере те составные части падающего на тело пучка света, которые могут вызвать Ф., а в глубжележащие слои проникают лишь лучи, не могущие возбудить Ф. 3) Лучи, иссылаемые флюоресцирующим веществом, обладают всегда меньшей преломляемостью (большей длиной волны, меньшим числом колебаний), чем поглощенные этим веществом и вызвавшие Ф. лучи. Это правило, высказанное Стоксом, подвергалось внимательному исследованию Ломмелем, Хагенбахом и Штенгером, работы которых указали, что в общем правило Стокса оправдывается в огромном большинстве случаев и что все тела, представляющие исключения из этого правила (эозин, флюоресцеин, хлорофилл и др.), обладают ярко выраженными полосами поглощения (см. Спектральный анализ). Флюоресцирующих веществ весьма много, из них больше всего жидких тел. Из твердых тел отличаются яркой Ф. кристаллы платиново-синеродистых солей бария или калия, затем некоторые соли урана и так наз. желтое урановое стекло, плавиковый шпат и др. По мнению Э. Видемана, давшего (1888) классификацию всех явлений свечения, не вызванных повышением температуры (явления люминесценции), Ф. твердых тел нельзя считать за истинную Ф. — это скорее фосфоресценция (см.), флюоресцирующими же в тесном смысле слова могут быть лишь тела жидкие и газообразные. Растворы флюоресцирующих твердых тел не всегда дают флюоресцирующие жидкости; так, напр., платиново-синеродистые соли флюоресцируют лишь в виде кристаллов; с другой стороны, напр., азотнокислый уран флюоресцирует и в твердом виде, и в растворе. Из огромного числа флюоресцирующих жидкостей замечательны по интенсивности Ф. растворы: сернокислого хинина, флюоресцеина, эозина, хлорофилла, лакмуса, затем неочищенный керосин и некоторые минеральные масла. Особенно ярко флюоресцирует зеленым светом флюоресцеин в слабых водных растворах; по исследованиям Э. Видемана, даже очень слабый раствор флюоресцеина (около 0,002 %) излучает еще около 1/300 того количества зеленого света, который содержится в пучке, возбуждающем Ф. Подробный список флюоресцирующих веществ (главным образом жидких) можно найти в книге К. Noack, "Verzeichniss fluorescirender Substanzen" (Марбург, 1887). Ф. паров удалось открыть лишь недавно; Ломмель наблюдал Ф. у паров йода, затем Э. Видеман заметил, что некоторые жидкости (напр. раствор эозина) флюоресцируют и выше их критической температуры. В 1895 г. Видеман и Шмидт нашли еще целый ряд веществ, флюоресцирующих в парообразном состоянии, как то: антрацен, нафталин, натрий и калий. Все перечисленные выше вещества обладают сравнительно интенсивной Ф.; для исследования веществ с весьма слабой Ф. Стокс предложил весьма чувствительный "метод 2 дополнительных поглощающих середин", дающий возможность заметить даже слабые признаки Ф. Падающий на исследуемое тело солнечный свет проходит предварительно через первое поглощающее вещество, пропускающее только синие, фиолетовые и ультрафиолетовые лучи и вполне поглощающее все остальные лучи спектра. Исследуемое тело рассматривается через второе поглощающее вещество, дополнительное в отношении спектра поглощения к первому, т. е. поглощающее все лучи, свободно прошедшие через первое вещество, и свободно пропускающее остальные лучи. Очевидно, что эти две середины, вместе сложенные, не пропускают вовсе солнечного света, падающего на одну из них. Если же между серединами поместить флюоресцирующее тело, то, будучи освещено фиолетовыми лучами, пропущенными первой серединой, оно начнет флюоресцировать (по правилу Стокса) лучами, которые свободно проходят через вторую середину, и глаз наблюдателя увидит сквозь вторую середину очертания флюоресцирующего тела. Пользуясь этим методом, Стокс убедился, что слабой Ф. обладает множество тел: бумага, кость, пробка, кожа, известковый шпат, почти все сорта стекла. Некоторые вещества флюоресцируют заметно лишь под влиянием крайних ультрафиолетовых лучей; источником последних может служить электрическая искра между кадмиевыми или алюминиевыми электродами; при этом освещении особенно ярко флюоресцируют некоторые сорта стекла, не флюоресцирующие при освещении солнечными лучами. Еще действительнее лучи, возникающие при прохождении электрических разрядов через разреженные газы; многие вещества, помещенные на пути разряда, особенно на пути катодных лучей (см. Разряд), флюоресцируют ярким светом. Лучи Рентгена (см.) вызывают также яркую Ф. некоторых веществ, напр. платиново-синеродистых солей бария или калия. Удовлетворительной теории явления Ф. до сих пор не имеется. Если не вдаваться в детальный механизм явления, то Ф. во всяком случае следует себе представить следующим образом: энергия падающих на тело лучей увеличивает живую силу колебаний атомов или молекул тела, поглотившего энергию; в нефлюоресцирующих телах это увеличение живой силы сказывается повышением температуры тела и сообразным с ним изменением интенсивности и состава того потока лучей, вообще говоря, невидимых, которые тело испускает. У флюоресцирующих тел часть поглощенной энергии идет на обычное повышение температуры, часть же на столь существенное увеличение энергии колебания, вероятно, незначительного числа атомов, что эти атомы способны воздействием своим на эфир вызвать в последнем волны видимого света. Мгновенное прекращение Ф. по миновении вызывающего ее освещения Э. Видеман приписывает быстрому рассеянию живой силы атомов вследствие частых столкновений их (см. Кинетическая теория газов) с соседними. Такие частые столкновения возможны лишь в газообразных и жидких телах; в твердых телах частицы менее удобоподвижны, следовательно, в твердых телах Ф. должна была бы продолжаться и после освещения, т. е. Ф. должна была бы перейти в фосфоресценцию (см.). В справедливости этого соображения Видеман убедился опытом: прибавляя к флюоресцирующему раствору все больше и больше желатина, он наконец получил студень, который по высыхании дал фосфоресцирующее тело. — Ф. находит применение к физике при исследовании невидимой глазом ультрафиолетовой части спектра. Если эту часть спектра заставить упасть на флюоресцирующий экран (бумага, пропитанная сернокислым хинином, или пластинка уранового стекла), то благодаря Ф. вся ультрафиолетовая часть сделается видимой и поддастся исследованию; для этой цели Соре построил особый окуляр, в который помещена пластинка уранового стекла. Эти субъективные методы наблюдения не нашли, однако, значительного применения, так как фотография дала объективный метод значительно большей чувствительности. В технике лучей Рентгена (см.) применяются флюоресцирующие экраны, покрытые мельчайшими кристаллами платиново-синеродистого бария.

А. Г.

Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона. — С.-Пб.: Брокгауз-Ефрон

1890—1907