Věda a technika v pozadí
Analyzuj vzorky hornin
Teorie
Luminiscenční jevy byly známy už ve starověku, kdy jich bylo používáno při nočních slavnostech. Pak byla příprava těchto látek několikrát zapomenuta a znovu objevena pro jejich omezené použití, neboť pro širší použití jako světelných zdrojů se ještě nehodily. Prudký rozvoj luminiscence a jejích technických aplikací souvisí těsně s rozvojem kvantové fyziky. Luminiscencí rozumíme samovolné (spontánní) vyzařování fotonů pevnými, kapalnými nebo plynnými látkami. Podstata luminiscence spočívá v tom, že elektrony za určitých podmínek přecházejí náhodně z vyšších energetických hladin na hladiny nižší. Každý přechod elektronu představuje kvantum viditelného záření.
Látky u nichž se projevuje luminiscence, se nazývají luminofory. Jsou to převážně pevné látky patřící mezi polovodiče nebo izolanty. Nejznámější a nejvíce používané luminofory jsou sulfidy zinečnatý a kademnatý, v nichž jsou jako příměsi atomy Ag, Au, Cu, Mn aj. a alkalické halogenidy (např. NaCl, KCl, NaJ aj.) s příměsí atomů Tl, Ag, Ca aj. Tyto příměsi vytvářejí v luminoforech tzv. luminiscenční centra, v nichž dochází k emisi luminiscenčního záření.
Photinus pyralis.
Zdroj: commons.wikimedia.org. Under Creative Commons.
Podle toho, jakým způsobem dodáváme luminoforu energii, rozlišujeme různé druhy luminiscence. Pro analytické účely mají význam jen tři druhy luminiscence – fotoluminiscence, chemoluminiscence a termoluminiscence. Při fotoluminiscenci se energie dodává prostřednictvím fotonů viditelného nebo ultrafialového záření. Pohlcená energie se znovu vyzařuje ve formě světla, zpravidla o větší vlnové délce.
O termoluminiscenci hovoříme u některých látek, které když mírně zahřejeme na teplotu od 50 do 250 °C, tak vydávají studené světlo (na rozdíl od teplého světla, které vydávají všechna rozžhavená tělesa). Jsou to např. diamant, mramor nebo kazivec. Chemoluminiscence nastává při nižších teplotách při chemických reakcích. Pozorovat ji můžeme jako světélkování hmyzu, nálevníků, mikrobů nebo některých hub, ale také u látek anorganických jako fosfor, arsen nebo čerstvě ukrojená plocha sodíku a draslíku.
Chemoluminiscence.
Zdroj: commons.wikimedia.org. Under Creative Commons.
Nejvhodnějším zdrojem pro vybuzení fotoluminiscence je rtuťová výbojka. Ta emituje kromě viditelných vlnových délek (577 nm, 579 nm, 546 nm, 435 nm, 408 nm a 405 nm) i ultrafialové záření o vlnové délce 366 nm a 254 nm. Protože viditelné světlo ruší pozorování poměrně slabého luminiscenčního záření, zadržuje se vhodným filtrem, který ale ultrafialové záření propouští. Takovým tmavým filtrem je např. jenské sklo nebo sklo Woodovo.
Luminiscence minerálů a nerostných surovin je značně závislá na jejich čistotě i znečištění. Pravděpodobně jako první Wilhelm Homberg v roce 1694 poznal, že luminiscenci potlačuje železo, ale podporuje ji měď. Teprve v roce 1886 Verneuil zjistil, že svítivost fialově zářící Balmainovy barvy je podmíněna obsahem nepatrného množství vizmutu. Zelenou luminiscenci jeví řada minerálů uranu obsahující skupinu UO++ (kromě minerálu torbrenitu, který obsahuje i měď, a karnotitu, který obsahuje vanad). Dále světélkují scheelity s obsahem molybdenu menším než 0,5 % modře, s vyšším obsahem bíle až žlutě. Willemit svítí zeleně, zirkon obvykle oranžově. Pro ostatní minerály není luminiscence nijak typická, protože se její charakter může značně měnit, nebo nemusí nastat vůbec. Jde např. o minerály jako sádrovec, strontianit, leukofan, safír, kalcit, fluorit aj. Fluoreskují-li vápence oranžově, obsahují mangan, ty, které svítí zeleně až modře, obsahují stopy mědi. Teplem stimulovanou luminiscenci (termoluminiscenci) jeví nejlépe kazivec (fluorit CaF2), což umožňuje jeho rozeznání v hornině. Stačí směs minerálů zahřát ve tmě na desce elektrického vařiče. Fluority (ne všechny) se rozzáří fialově nebo zelenavě. Záření je patrně podmíněno předchozí aktivací dlouhým působením radioaktivního záření a obsahem stop vzácných zemin.
Scheelit.
Zdroj: commons.wikimedia.org. Autor: Rob Lavinsky. Under Creative Commons.
Uplatnění luminiscence v mineralogii je značně omezené a problematické a lze ji využít především k důkazu minerálů uranu (opět nikoliv všech) a k důkazu scheelitu. Ve většině ostatních případů slouží luminiscence jen k doplnění charakteristiky minerálu z určité lokality nebo pro zcela speciální případy, např. k detekci některých diamantů, zirkonů aj.
