संदीप्ति

संदीप्ति : कोणत्याही प्रकारे क्षोभित केलेला पदार्थ नेहमीच्या वातावरणीय तापमानात राहूनच स्वत:च्या विशिष्ट अशा प्रकाशाचे उत्सर्जन करू लागतो, तेव्हा त्या आविष्काराला संदीप्ती असे म्हणतात. कधीकधी याला थंड प्रकाश असेही म्हणतात. संदीप्तीमुळे होणारे उत्सर्जन हे त्या क्षोभित पदार्थानुरूप वैशिष्टयपूर्ण असे असते. कृष्ण पदार्थापासून होणाऱ्या सर्वसामान्य प्रारणासारखे (तरंगरूपी ऊर्जेसारखे) ते नसते. संदीप्तीचा आविष्कार वायुरूप, द्रवरूप किंवा घनरूप या तीनही स्वरूपांतील पदार्थांत आढळू शकतो. फारच थोडे प्रदीप्त पदार्थ व्यावहारिक दृष्टया उपयुक्त असे कार्यक्षम पदार्थ आहेत.

पदार्थ दीप्तिमान होण्यासाठी त्याचे क्षोभन वेगवेगळ्या ऊर्जा-उद्‌गमांमुळे होते. या ऊर्जा-उद्‌गमांनुसार संदीप्तीचे प्रकार पडतात. इलेक्ट्रॉनांच्या  भडिमारामुळे  ऋणाग्र दीप्ती [→ ऋण किरण नलिका], क्ष-किरण किंवा गॅमा किरण यामुळे रेडिओ दीप्ती दृश्य, जंबुपार किंवा अवरक्त प्रारणापासून प्रकाश दीप्ती आणि विद्युत् क्षेत्रामुळे विद्युत् दीप्ती निर्माण होते. कोणत्या पद्धतीने संदीप्ती निर्माण होते त्याप्रमाणेही संदीप्तीची उदाहरणे ओळखली जातात. रासायनिक विक्रियेमुळे सामान्य तापमानाला निर्माण होणारी ⇨ रासायनिक दीप्ती (उदा., हायड्रोजन पेरॉक्साइडाच्या साहाय्याने ल्युमिनॉलाचे ऑक्सिडी- करण आर्द्र हवेत फॉस्फरसाचे मंद ऑक्सिडीभवन), रासायनिक दीप्तीचा उपप्रकार असलेली ⇨ जीवदीप्ती (उदा., काजवा किंवा सोनकिडा या सजीवांच्या विशिष्ट कोशिकांतील (ऑक्सिडीकरण प्रक्रिया) आणि काही विशिष्ट पदार्थांचे स्फटिक (उदा., साखर) जोराने चिरडल्यास निर्माण होणारी घर्षण दीप्ती [→ खनिजविज्ञान]. साधारण पद्धतीने क्षोभित होणाऱ्या आणि वापरण्यात येणाऱ्या अशा प्रदीप्त प्रणालीपासून कलामेलित नसलेले (दोन वा अधिक तरंगांच्या कलांमध्ये सहसंबंध नसलेले) उत्स्फूर्त उत्सर्जन मिळते. मात्र लेसर उत्सर्जन ही कलामेलित संदीप्ती असते.

मूलद्रव्यरूपातील फारच थोडे द्रव किंवा घन पदार्थ प्रदीप्त आहेत. पारा कार्यक्षम प्रदीप्त वायू आहे परंतु द्रवरूपात तो प्रदीप्त नाही. मूलद्रव्यरूपात नसलेल्या काही द्रव पदार्थांत उच्च संदीप्ती कार्यक्षमता आढळून येते. बेंझिनामधील (C6H6) षट्‌कोनी बेंझीन रेणू तिन्ही भौतिकीय अवस्थांत (वायू , द्रव व घन) जंबुपार प्रारण बाहेर टाकतो. स्फटिकरूपातील पदार्थ सामान्यत: संदीप्तीचे अधिक कार्यक्षम उद्‌गम असतात. कारण त्यांची कमित (नियमित) संरचना अणूची स्थिर मांडणी तयार करते. त्यामध्ये आदान ऊर्जेचा सापेक्षपणे कार्यक्षम प्रवेश होतो, अंतर्गत वहन होते आणि फोटॉनांचे (प्रकाशकणांचे) उत्सर्जन होते.

शुद्ध स्वरूपात फारच थोडे घन पदार्थ सामान्य तापमानाला कार्यक्षमपणे दीप्तिमान होतात. कार्बनी पदार्थांच्या प्रकारांमधील शुद्ध सुगंधी हायड्रोकार्बने (उदा., नॅप्थॅलीन, अँथॅसीन) दीप्तिमान होतात. टंगस्टेटे, युरॅनिल लवणे, प्लॅटिनोसायनाइडे आणि विरल मृत्तिका द्रव्यांची अनेक लवणे कोठी ताप-मानाला कार्यक्षमपणे दीप्तिमान होणारे शुद्ध अकार्बनी घन पदार्थ आहेत. शुद्ध घनरूप पदार्थांत काही प्रमाणात विशिष्ट पदार्थ मिसळल्यास ते मिश्रण उत्तम प्रकारे दीप्तिमान होते. अशा मिसळल्या जाणाऱ्या पदार्थांना सकिय-कारक किंवा उत्तेजक पदार्थ असे म्हणतात (उदा. प्रोमेथियम-१४७). अशा प्रकारे दीप्तिमान होऊ शकणाऱ्या मिश्रणास ‘संदीपक’ (फॉस्फॉर) असे म्हणतात. प्रकाश उत्सर्जन बराच काळ दाखविणाऱ्या विशिष्ट पदार्थांकरिता वापरण्यात येणारी फॉस्फॉर ही संज्ञा व्यापकपणे कोणत्याही दीप्तिमान घन- रूप पदार्थांना वापरतात. आधारद्रव्यात अशुद्धीचे प्रमाण दशलक्ष भागांत फार थोडे भाग असल्यास ते पदार्थ दीप्तिमान गुणधर्म दाखवितात. काही विशिष्ट अशुद्धीमुळे म्हणजे सकियकारकांमुळे पुष्कळशा अकार्बनी फॉस्फॉरांचा विकास झाला आहे. दूरचित्रवाणी संच व रडार यांचे पडदे आणि क्ष-किरण अनुस्फुरक पडदे यांमध्ये अतिसूक्ष्म अकार्बनी स्फटिक वापरतात. अनेक साधनांत कार्यक्षम संदीपकांना फार महत्त्वाचे स्थान आहे. वेगवेगळ्या कारखानदारांनी निरनिराळ्या खास उपयोगांसाठी अनेक प्रकारचे संदीपक तयार केले आहेत.

स्टोक्स यांचा नियम : संदीप्तीमुळे निर्माण होणाऱ्या प्रकाशाचा अभ्यास प्रथम सर जॉर्ज गेबिएल स्टोक्स यांनी केला. त्यांनी असा शोध लावला की संदीप्तिजन्य प्रकाशाची तरंगलांबी ही क्षोभनासाठी वापरलेल्या मूळच्या प्रकाशाच्या तरंगलांबीपेक्षा नेहमी जास्त असते (म्हणजेच कंप्रता – दर सेकंदास होणारी कंपनसंख्या – कमी असते) परंतु पुढे असे दिसून आले की, या नियमाला काही अपवाद आहेत. कित्येकदा संदीप्तिजन्य प्रकाशाची तरंगलांबी मूळ क्षोभनकारक प्रकाशाच्या तरंगलांबीइतकीच तंतोतंत असते. अशा दीप्तिमान प्रकाशाला ‘ अनुस्पंदन प्रारण ’ असे म्हणतात. मूळच्या क्षोभन प्रकाशाच्या तरंगलांबीपेक्षा कमी तरंगलांबीच्या रेषाही केव्हा केव्हा दीप्तिमान प्रकाशाच्या वर्णपटांत मिळतात. त्यांना स्टोक्स नियम लागू पडत नाही म्हणून त्यांना केव्हा केव्हा ‘स्टोक्सविरोधी रेषा’ ही संज्ञा दिली जाते.

अनुस्फुरण व प्रस्फुरण : क्षोभनकारक ऊर्जेचा पदार्थावर मारा चालू असेपर्यंतच जी संदीप्ती मिळू शकते, तिला ‘अनुस्फुरण’ असे म्हणतात. याउलट, पदार्थावरील क्षोभनकारक ऊर्जेचा मारा थांबविल्यानंतरही (कमी अगर जास्त कालपर्यंत) चालू राहणाऱ्या संदीप्तीला ‘प्रस्फुरण’ असे म्हणतात. प्रस्फुरणजन्य प्रकाशाला ‘पश्र्चात् दीप्ती’ हे नाव दिले जाते. प्रस्फुरक पदार्थाचे तापमान जसजसे वाढत जाते, तसतशी पश्र्चात् दीप्तीची कालमर्यादा कमीकमी होत जाते, असे आढळून आले आहे.

पश्र्चात् दीप्ती फारच थोडा वेळपर्यंत चालू राहत असेल, तर ती ओळखणे अवघड जाते आणि मग अनुस्फुरण व प्रस्फुरण यांच्यामधील फरक वरील व्याख्येच्या आधारे स्पष्ट होत नाही. यासाठी पुढील पर्यायी व्याख्या प्रचारात आल्या आहेत : (१) पदार्थाच्या पश्र्चात् दीप्तीची कालमर्यादा जर त्या पदार्थाच्या तापमानावर अवलंबून राहत नसेल, तर त्या पदार्थाच्या संदीप्तीला अनुस्फुरण व पदार्थाला अनुस्फुरक म्हणतात. (२) तापमान वाढविले असता जर एखादया पदार्थाची पश्र्चात् दीप्ती जास्त तेजस्वी होत असेल व पश्चात् दीप्तीची कालमर्यादा कमी होत असेल, तर त्या संदीप्तीला प्रस्फुरण व त्या पदार्थाला प्रस्फुरक म्हणतात.

संदीप्तीची उपपत्ती : समजा, संदीप्त होऊ घातलेल्या पदार्थातील अणूंची (किंवा रेणूंची) तळस्थिती – ऊर्जा E0 आहे आणि E₁  व E2 या कमाने वाढत्या ऊर्जा- पातळ्या आहेत. V या कंप्रतेचा पुंज या पदार्थावर पडून त्याचे एखादया अणूकडून शोषण झाल्यास त्या अणूची ऊर्जा तळस्थितीपासून E₂  इतकी वाढते व अशा तृहेने तो अणू क्षोभित होतो.

या क्षोभन अवस्थेतून केव्हा केव्हा तो अणू सरळ तळस्थितीला परत येतो व त्या क्रियेत V याच कंप्रतेच्या प्रकाशाचे उत्सर्जन करतो (अनुस्पंदन प्रारण) परंतु केव्हा केव्हा तो अणू प्रथम E₂  या पातळीपासून E1 या पातळीत (प्रारण शून्य संकमणाने) येतो. नंतर तो E1 पातळीपासून तळस्थितीला जातो व त्या संकमणात V’= E1 – E₀ /_h या कंप्रतेच्या प्रकाशाचे उत्सर्जन करतो (अनुस्फुरण). परंतु E1 ही मितस्थायी पातळी असल्यास अणू त्याच ऊर्जा- स्थितीत बराच काळपर्यंत राहू शकतो. मग काही कालानंतर जेव्हा त्याला (इतर अणूंबरोबर होणाऱ्या टकरा वगैरेंमुळे) पुरेशी जादा ऊर्जा मिळते, तेव्हा तो एखादया उत्सर्जनक्षम ऊर्जा पातळीपर्यंत वर जातो व मग त्याच्याकडून प्रकाशाचे उत्सर्जन होते (प्रस्फुरण). [→ प्रकाशकी].

अनुस्फुरण मापन : अनुस्फुरक पदार्थ अल्प संहतीच्या (सांद्रतेच्या) विद्रावाच्या स्वरूपात घेतल्यास विशिष्ट एकवर्ण प्रकाशामुळे त्या पदार्था-पासून मिळणाऱ्या अनुस्फुरित प्रकाशाची तीव्रता ही विद्रावाच्या संहतीच्या समप्रमाणात असते. तेव्हा अनुस्फुरित प्रकाशाची तीव्रता मोजून त्यावरून अशा विद्रावांची संहती काढता येते. यासाठी जे साधन वापरतात त्याला अनुस्फुरणमापक म्हणतात.

या साधनासाठी पाऱ्याच्या बाष्पाचा दिवा वापरतात. प्रकाशीय गाळण्यांचा उपयोग करून त्या दिव्याच्या प्रकाशापैकी ३६५०(१ = १०-८ सेंमी.) तरंगलांबीची रेषा अलग करतात व फक्त याच तरंगलांबीचा प्रकाश विद्रावावर पाडतात. विद्रावापासून निघणारा अनुस्फुरित प्रकाश पुन्हा एका प्रकाशीय गाळणीतून पार जाऊन एका ⇨ प्रकाशविद्युत् घटावर पडतो. या घटाला जोडलेल्या विद्युत् मापकातील दर्शकाच्या विचलनावरून अनुस्फुरित प्रकाशाची तीव्रता काढता येते व त्यावरून विद्रावाची संहती काढता येते. या पद्धतीने १०^–९ गॅम/मिलिलिटर इतकी अत्यल्प संहतीसुद्धा मोजता येते. या पद्धतीचा उपयोग रक्तातील घटक किंवा मस्तिष्क मेरूद्रव यांचे अभिज्ञान करण्यासाठी करता येतो. पिण्याचे पाणी दूषित होत असल्यास ते नक्की कोठे दूषित होते याचा छडाही फ्ल्युओरेसीन या द्रव्याचा उपयोग करून लावता येतो.

अनुस्फुरण सूक्ष्मदर्शक : याचा उपयोग जीवशास्त्र, जंतुशास्त्र व वैदयक यांमध्ये विशेष होतो. काही कोशिका स्वत:च अनुस्फुरक असतात तर काहींना योग्य त्या रसायनांच्या साहाय्याने अनुस्फुरक करता येते. अशा अनुस्फुरक कोशिकांवर पाऱ्याच्या दिव्याच्या प्रकाशातील ३६५० Å रेषेचा जंबुपार प्रकाश पाडून अनुस्फुरण उत्पन्न करता येते. तो अनुस्फुरित प्रकाश प्रकाशीय गाळणीतून पार गेल्यावर साध्या सूक्ष्मदर्शकाच्या साहाय्याने त्या कोशिकांचे निरीक्षण करता येते. या पद्धतीने कोशिकेमधील अ-जीवनसत्त्व किंवा रिबोफ्लाविन यांचा शोध घेता येतो.

पहा : खनिजविज्ञान जंबुपार प्रारण जीवदीप्ति प्रकाशकी प्रकाशरसायनशास्त्र रासायनिक दीप्ति वर्णपटविज्ञान.

संदर्भ : 1. Cantow, H. J. and others, Ed. Luminescence, 1981.

           2. Deluca, M. A. McElroy, W. D., Ed. Bioluminescence and Chemi- luminescence,

                 Basic Chemistry and Analytical Applications, 1981.

           3. Kitai, A. H., Ed. Solid State Luminescence : Theory, Materials and Devices, 1993.

           4. Lackowicz, J. R. Principles of Fluorescence: Spectroscopy, 1983.

           5. Rao, R. P., Ed. Lumines- cence : Phenomena, Materials and Devices, 1981.

           6. Rendell, D. Fluorescence and Phosphorescence Spectroscopy, 1987.

           7. Ropp, R. C. Luminescence and the Solid State, 1991.

           8. Schulman, S. G., Ed. Molecular Spectroscopy, 3Vols. 1985, 1988, 1993.

पुरोहित, वा. ल.