Люминофоры - люминесцирующие синтетические вещества. По химической природе люминофоры разделяются на неорганические, большинство из которых относится к кристаллофосфорам, и органические. Органические люминофоры, промышленно выпускаемые под названием люмогенов (например, люмоген светло-желтый, люмоген оранжево-красный), - обычно довольно сложные органические вещества разнообразного строения, обладающие яркой люминесценцией под действием ультрафиолетовой и часто также коротковолновой части видимого света. Они применяются как декоративные краски, в полиграфии, для люминесцентной отбелки тканей, в гидрологии — для люминесцентной метки песка, в люминесцентной микроскопии. Краски из органических люминофоров обладают большей яркостью и чистотой цвета, чем обычные.

Неорганические люминофоры разделяются на следующие основные типы:

1. Люминофоры, возбуждаемые светом (фотолюминофоры)

Для люминесцентных ламп низкого давления первоначально применялась смесь из MgWO4 (голубое свечение) и (Zn, Be)2Si04-Mn (желто-красное свечение). Эти люминофоры были заменены однокомпонентным люминофором - галофосфатом кальция, активированным Sb и Mn (3Ca3(PO4)2•Ca(F,Cl)2-Sb,Mn), имеющим недостаток излучения в красной части спектра. Для улучшения цветности к нему могут добавляться CaSiO3-Pb, Mn, (красное свечение) и Zn2SiO4-Mn (зеленое свечение). Для ламп с излучением в ультрафиолетовой области применяются BaSiO4, (Sr,Ca)3(PO4)2-Tl. Люминофоры с длительным послесвечением находят разнообразные применения, например, для аварийного освещения, светящихся красок, маркирующих обозначений. Наиболее длительным свечением обладают люминофоры на основе сульфидов (щелочноземельных металлов (CaS, SrS), активированных Cu,Bi,Pb и редкими землями и др. Однако эти люминофоры неустойчивы на воздухе и трудно поддаются герметизации. Большое практическое применение находят люминофоры на основе ZnS. Наиболее ярким послесвечением (в желто-зеленой области спектра) обладает ZnS-Cu (РКП — ОЗК). Меньшей начальной яркостью, но еще более длительным свечением обладает ZnS-Cu, Co (ФКН – 04, ФКП – О5).

2. Люминофоры для электронно-лучевых трубок электронно-оптических преобразователей (катодолюминофоры).

Разработано огромное число люминофоров с разными спектрами свечения и различной длительностью послесвечения. Наиболее ярким люминофором с синим свечением ZnS-Ag (К — 10) (энергетический выход катодолюминесценции до 20%); для получения белых экранов он смешивается с ZnS•CdS-Ag (желтой свечение). Применяются также силикатные и вольфраматные люминофоры, некоторые окислы.

3.Люминофоры, возбуждаемые рентгеновскими лучами (рентгенолюминофоры).

Для рентгеновских экранов визуального наблюдения применяются люминофоры с желто-зеленым свечением, соответствующей области наибольшей чувствительности глаза; для рентгенографии – люминофоры с синим свечением CaWO4.

4. Люминофоры,возбуждаемые ядерными излучениями.

Для светящихся красок и в качестве слабых источников света применяются так называемые светосоставы постоянного действия (СПД) – люминофоры с примесью небольшого количества радиоактивного вещества. Первоначально к люминофорам добавлялись естественные α-радиоактивные вещества (Ra или Тh). Срок работы таких СПД ограничивается радиационным повреждением люминофоров. Этим недостатком не обладают СПД с β-излучателями, в качестве которых применяются некоторые изотопы с малой энергией β-частиц. Разрабатывается применение газообразного Kr85 в баллонах, покрытых люминофором изнутри. Люминофоры для регистрации ядерных излучений в сцинтилляционных счетчиках, применяемые в виде больших неорганических или органических монокристаллов, а также пластмасс и жидких растворов, называются сцинтилляторами.

5. Электролюминофоры

Практическое значение имеет в основном ZnS-Cu. В отличие от обычных люминофоров, концентрация Cu в электролюминофорах повышена (до 10-3 г). Для изменения свойств люминофоров (увеличения яркости, изменения спектра) в него вводятся соактиваторы: Mn, Ag, Pb, Sb, Ga, Al, Cl. Кроме ZnS, основаниями для электролюминофоров могут служить (Zn,Cd)S, Zn(S,Se) и другие.

4. Методы исследования

Для изучения люминесценции широко применяются методы спектрофотометрии. На них основано не только измерение спектров люминесценции, но и определение выхода люминесценции. Также большое значение имеет измерение релаксационных характеристик, например затухания люминесценции. Для измерения коротких времен затухания порядка 10-8—10-9 сек, характерных для спонтанной люминесценции при разрешенных переходах, применяются флуорометры, а также различные импульсные методы. Изучение релаксации более длительной люминесценции, например, люминесценции кристаллофосфоров производится при помощи фосфороскопов и тауметров.

Для изучения кинетики люминесценции используют импульсные и фазово-модуляционные методы. В импульсных методах люминесценция возбуждается одиночным или периодически повторяемым импульсом света. В фазовом и модуляционном методах возбуждение люминесценции производится непрерывным источником света, интенсивность которого промодулирована некоторой частотой, и регистрируется фаза или глубина модуляции испускаемого излучения [36].

Хорошими источниками наносекундных и пикосекундных световых импульсов являются газовые (например, азотный) и твердотельные (неодимовый, рубиновый) лазеры. Однако они позволяют получать лишь свет некоторых фиксированных частот. В последнее время появились перестраиваемые лазеры на растворах органических соединений, которые дают возможность непрерывно изменять длину волны генерируемого излучения.

5. Применение люминесценции

Кроме названных выше способов применения не следует забывать о повседневном использовании явления люминесценции. На рекламные стенды, стоящие вдоль дорог, наносятся люминофоры, на многих предприятиях, знаки на стенах и полу покрыты люминофорами, для того чтобы, люди при эвакуации могли легко ориентироваться в темноте.

Люминесцентный анализ [37] позволяет по характеру люминесценции обнаруживать различие между предметами, кажущимися одинаковыми. Он применяется для диагностики заболеваний (например, ткань, пораженную микроспорумом, обнаруживают по яркой зелёной люминесценции её под действием ультрафиолетового света), для определения поражённости семян и растений болезнями, определения содержания органических веществ в почве и т.п. С помощью люминесценции производят анализ горных пород для обнаружения нефти и газов, изучают состав нефти, минералов, горных пород и т.д. Люминесцировать могут самые разные минералы [38]. Среди них и драгоценные камни [39] - алмаз, рубин, сапфир, топаз, шпинель, кунцит, опал, лазурит, бирюза, янтарь, но есть и "простые" минералы. Вот короткие описания люминесценции некоторых распространенных минералов (указаны: название минерала, его химическая формула, цвета люминесценции в КВ и ДВ диапазонах):

Алмаз. C. КВ и ДВ: голубой, светло-зеленый, желтый, оранжевый, красный.