Chương XI

SỰ PHÁT QUANG §§1. ĐỊNH NGHĨA.
Nhiều chất có tính chất khi được rọi tới một chùm tia sáng thích hợp thì sẽ phát ra ánh
sáng theo mọi phương. Ánh sáng phát ra có bước sóng khác với bước sóng của ánh sáng
kích thích.
Tùy theo cách kích thích, người ta phân biệt nhiều hiện tượng phát quang. Thí dụ :
 Nhiệt phát quang sự phát sáng do bị đốt nóng.
 Điện phát quang, phát sáng do sự phóng điện trong khí kém, do tác dụng của hiệu
điện thế.
 Cathod phát quang, kích thích bởi tia âm cực.
 Xạ phát quang: kích thích bởi tia X, tia (,
 Hóa chất quang: do phản ứng hóa học.
Trong chương này, ta chỉ giới hạn trong sự khảo sát hiện tượng quang - phát quang.

§§2. PHÁT HUỲNH QUANG VÀ PHÁT LÂN QUANG.
Trong hiện tượng quang phát quang, ta phân biệt hai trường hợp: phát huỳnh quang và
phát lân quang.
Trước kia, người ta phân biệt như sau: danh từ phát huỳnh quang dùng để chỉ các hiện
tượng mà sự phát quang chỉ xảy ra trong thời gian kích thích. Khi ngừng kích thích thì sự
phát huỳnh quang cũng lập tức chấm dứt. Trái lại, sự phát lân quang chỉ các hiện tượng phát
quang mà thời gian phát quang còn kéo dài sau khi sự kích thích chấm dứt.
Thí dụ : Sự phát quang của flluorescein là phát huỳnh quang, trong khi sự phát quang
của Culfur kẽm là phát lân quang.
Ngày nay, với kỹ thu
ật đo được các thời lượng rất nhỏ, người ta thấy rằng, thực ra hiện
tượng phát huỳnh quang không phải chấm dứt ngay cùng với sự kích thích mà còn kéo dài
một thời gian, dù là rất ngắn. Ngược lại, người ta lại thấy nhiều hiện tượng phát lân quang

r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g

Trong hiện tượng quang phát quang, phổ phát quang mang tính đặc trưng của chất khảo
sát. Với các chất hơi phát quang, nói chung phổ gồm những dải có thể phân li thành các
vạch, nhưng với chất lỏng hay chất rắn thì sự phân li này không thể thực hiện được. Ngoài
ra, như ta đã đề cập trong phần định nghĩa, với một chất khảo sát nhất định, sự phát quang
chỉ xảy ra khi ta kích thích bằng ánh sáng thích hợp, thí dụ: khảo sát hi
ện tượng phát quang
của eosin, ta thấy phổ phát xạ như hình vẽ 1.
Năng lượng mang bởi ánh sáng kích thích bị hấp thụ bởi chất
khảo sát. Phổ hấp thụ được biểu diễn bởi đường cong K. Một
phần của năng lượng hấp thụ này chuyển thành năng lượng phat
xạ. Sự biến thiên của năng lượng phát xạ theo bước sóng được
biểu diễn bởi đườ
ng cong P.
Các thí nghiệm cho thấy, bước sóng ứng với cực đại của
đường phát xạ bao giờ cũng lớn hơn bước sóng ứng với cực đại
của đường hấp thụ. Đó là định luật stokes. Chính vì định luật
này nên muốn gây ra sự phát quang ánh sáng thấy được, thường
ta phải dùng ánh sáng kích thích ở trong vùng tím hay tử ngoại.

§§4. KHẢO SÁT LÝ THUYẾT HIỆN TƯỢNG PHÁT HUỲNH QUANG.
Trong hiện tượng phát huỳnh quang, các hạt phát xạ (nguyên tử, phân tử, ion) được kích
thích từ trạng thái căn bản (bền) lên trạng thái kích thích có mức năng lượng cao hơn, trạng
thái này không bền, nên sau một thời gian các hạt tự động trở về trạng thái căn bản, trả lại
năng lượng chúng đã hấp thụ (khi được kích thích) dưới dạng ánh sáng. Hiện tượng này
được gọi là sự phát xạ ngẫu sinh.
Giả s
ử khi hấp thụ năng lượng hv = E3 - E1, hạt
từ trạng thái căn bản ứng với mức năng lượng E1
nhảy lên E3. Sau một thời gian t ở mức năng lượng
E3 (t là đời sống của hạt ở trạng thái kích thích E3) ,

1
E
2
E
3
H
. 1
P
K
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e

V
i
e
w
e
r
w
w

i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
dn* = an dt - bn
*
dt
= [ aN - (a + b)n
*
] dt


IN
ab
=
+

Mà ta biết N tỷ lệ với cường độ Io của ánh sáng kích thích, do đó I cũng tỷ lệ với Io. Tuy
nhiên N không thể lớn hơn tổng số hạt phát quang có trong chất khảo sát, do đó khi tăng Io,
cường độ phát quang I không thể tăng mãi mà sẽ đạt tới chế độ bão hòa.
Khi ta ngưng kích thích, sự phát xạ ngẫu sinh vẫn tiếp tục trong một thời gian. Số hạt ở
trạng thái kích thích giảm dần theo hệ thứ
c.
Hay
*
.
*
dn *
bn*
dt
dn
bdt
n
=−
=−

Suy ra
**bt
o
nne
−
=

-
X
C
h
a
n
g
e

V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.

-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
- Đời sống trung bình ở trạng thái kích thích.
Xét một thời điểm t (t = 0 lúc ngưng kích thích). Trong thời gian dt kế tiếp, số hạt từ
trạng thái kích thích tự nhiên rơi trở về trạng thái căn bản là bn*dt. Vì dt rất nhỏ nên ta có
thể coi các hạt này đã ở trạng thái kích thích trong cùng một thời gian là t. Vậy thời gian
tổng cộng ứng với số hạt trên là bn*dt.t. Thời gian t có thể lấy từ 0 tới (, do đó đời sống
trung bình của hạt ở trạng thaí kích thích là : Suy ra
1
b
τ
=b được gọi là xác suất phát xạ
Vậy n* = no* e-t/ (

§§5. HIỆU SUẤT PHÁT HUỲNH QUANG.
Ta thấy các hạt phát quang có vai trò như các máy biến đổi ánh sáng : hấp thụ ánh sáng

J
Acb
=
+

∫
∫
∞
−
∞
=
=
0
0
*

*.
1
dtteb
dttnb
n
bt
o
τ

cb
b
A
J
+

-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e

V
i
e
w
e
r
w

§§7. ĐO THỜI GIAN PHÁT QUANG.
Ta xét trường hợp quang phát quang đơn giản có cường độ phát quang giảm đi theo công
thức :
I = I
o
. e
-t/τ
t = thời gian tính từ lúc ngưng kích thích
( = thời gian phát quang trung bình
Máy đầu tiên để đo thời gian là lân quang nghiệm Becquerel. Máy gồm hai đĩa tròn A
và B, trên mỗi đĩa có đục các lỗ thủng cách đều nhau. Các lỗ thủng trên hai đĩa không đối
diện nhau mà xen kẽ. Hai đĩa A và B gắn trên cùng một trục quay. Chất phát quang để giữa
hai đĩa và là lớp mỏng để ánh sáng truyền qua được. Chất phát quang được chiếu sáng (kích
thích) qua một lỗ của đĩa này, giả sử đĩa A, và được quan sát qua một lỗ của đĩa kia (đĩa B).
Giả sử mỗi đĩa có n lỗ và quay với vận tốc N vòng/s. Chất phát quang được kích thích khi
một lỗ thủng của đĩa A quay đến trước nó và được quan sát khi một lỗ thủng của đĩa B quay
đến trước đó. Bề rộng của các lỗ thủng khá hẹp để sự kích thích và sự quan sát được coi như
tức thời.
Thời gian từ lúc kích thích tới lúc quan sát là :
1
2
t
Nn
=
b
c
j

.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e

V
i