Химия и Химики № 1 2012. Опыты с ультрафиолетовым светом (лампа Вуда)

Обнаружив ошибку на странице, выделите ее и нажмите Ctrl + Enter

Лампа черного света и люминофор

Люминофоры - синтетические вещества, способные излучать свет под действием разных видов энергии. Различные люминофоры могут светиться под действием видимого или ультрафиолетового излучения, рентгеновских лучей, альфа-частиц, пучка электронов, электрического поля и других воздействий.

Неорганические люминофоры обычно состоят из вещества-матрицы, например, сульфида цинка ZnS, вольфрамата кальция CaWO₄, фосфатов кальция и небольшого количества вещества-активатора. Содержание активатора в люминофорах невелико, обычно оно составляет 0.1-0.001%. Роль активаторов могут играть катионы металлов: марганца, меди, олова, редкоземельных элементов и других. Кроме активаторов существуют и гасители - вещества, небольшие примеси которых способны подавлять свечение люминофоров. Изготовление люминофоров требует применения веществ самой тщательной очистки, ведь даже ничтожные примеси могут все испортить.

От предшественников нам осталась небольшая баночка с люминофором. Никаких других сведений, кроме сделанной от руки надписи "Люминофор" не было. Люминофор представлял собой желтый очень мелкий порошок (по консистенции напоминает муку), который светится в темноте зеленым светом (после того, как его выдержали при дневном или электрическом свете). Почти наверняка это люминофор промышленного изготовления на основе сульфида цинка. Для экспериментов с ультрафиолетовым светом эта баночка оказалась очень кстати.

Итак, действия дневного или электрического света вполне достаточно, чтобы наш люминофор начал светиться, но это свечение заметно лишь в темноте (или при очень слабом освещении). А как действует на люминофор ультрафиолетовый свет?

Возьмем желтую писчую бумагу (которая не светится в ультрафиолетовых лучах) и насыплем на нее кучку люминофора. Не выключая свет, включим лампу Вуда. Люминофор вспыхнет зеленым светом, который хорошо заметен даже при электрическом освещении. Если ультрафиолетовую лампу выключить, люминофор погаснет не сразу, а постепенно: при электрическом свете его свечение заметно несколько секунд. Но даже после этого люминофор продолжит светиться. В этом легко убедиться, выключив в комнате свет: мы увидим зеленое свечение кучки люминофора, которое постепенно угасает. В нашем случае отчетливое свечение оставалось на протяжении нескольких минут. Это явление называется "послесвечение люминофора".

В некоторых случаях послесвечение люминофора стараются сделать как можно более долгим, для этого необходимо максимально удалить даже самые ничтожные следы примесей, которые гасят свечение (например, железо и никель). Не удивительно, что для приготовления люминофоров используют вещества самой тщательной степени отчистки, но даже этого мало: необходимо обеспечить, чтобы непрошенные примеси не попали в люминофор во время получения (например, из материала посуды или нагревателя).

В других случаях послесвечение люминофора - вредное явление и его пытаются максимально сократить. Например, не так давно широкое распространение имели телевизоры и мониторы с лучевыми трубками. Да и сейчас они много где остались, например, эта статья пишется за одним из таких мониторов. Для создания изображения в таких мониторах использовались люминофоры, которые светятся под действием электронного луча. Не трудно понять, что для таких люминофоров свечение должно сразу же прекращаться после того, как в это место экрана перестает падать электронный луч (иначе показать динамическую картинку невозможно - старое и новое изображения будут накладываться). Другой пример - люминесцентная лампа, которая должна сразу же гаснуть после того, как мы выключим свет. Применяемая нами в эксперименте ультрафиолетовая лампа также содержит на стенках люминофор, который должен тухнуть после того, как мы выключим ток.

Внимательные читатели, безусловно, заметили, что совершенство недостижимо: в темном помещении хорошо видно, как только что выключенная люминесцентная лампа, равно как и кинескоп телевизора, продолжают тускло светиться. Другими словами, полностью подавить послесвечение трудно, но его можно свести к разумным пределам.

Итак, свечение нашего сульфидно-цинкового люминофора под действием ультрафиолетовых лучей хорошо заметно даже при электрическом свете, но особенно эффектно оно выглядит в темноте. Стоит включить ультрафиолетовую лампу и люминофор вспыхивает ярким зелено-белым светом. Если лампу выключить, яркое зеленое свечение продолжится, но оно будет быстро угасать. Включим, а затем выключим лампу - и все повторится вновь.

Смотреть Видео (36 Мб, .avi )
Смотреть Видео 2 (26 Мб, .avi )

Легко убедиться, что светится в основном верхний слой люминофора, остальная же его часть фактически играет роль "подпорки". В темноте включим и выключим ультрафиолетовую лампу, люминофор ярко засветится. Теперь бумажкой аккуратно снимем верхний светящийся слой - станет видно, что под ним люминофор темный, но стоит включить - выключить лампу, как этот темный люминофор ярко засветится. Поэтому, если нам необходимо, чтобы какой-то предмет светился, нет нужды изготовлять его из люминофора - это не только дорого, но и бесполезно: достаточно тонкого слоя краски с добавкой люминофора.