Что такое люминесцентная лампа и как она устроена ?
Люминесцентные лампы — тип ламп, которые используют электроэнергию для возбуждения паров ртути.
Когда газ достигает определенного уровня энергии, он начинает выделять фотоны на определенных длинах волн, которые вызывают производимый в лампе видимый свет. По сравнению с традиционными лампами накаливания, люминесцентные лампы являются более дорогостоящими, чтобы купить, но используют электроэнергию более эффективно.
Это может показаться удивительным, но у люминесцентных ламп есть история, которая почти такая же, как у лампы накаливания. На самом деле, даже Томас Эдисон, изобретатель лампы накаливания, запатентовал раннее люминесцентную лампу. Тем не менее, люминесцентные ламп, как мы знаем не существовали на рынке до конца 1930-х годов, что гораздо позже ламп накаливания, которые широко использовались на тот момент.
Химические и электрические принципы, по которым люминесцентные лампы работают довольно сложны, но общая идея достаточно проста.
Это новое состояние энергии является неустойчивым, хотя, атом возвращается в своё нормальное состояние, он в процессе испускает фотон высокой энергии. Это фотон сталкивается с атомом в внутреннем люминесцентном покрытии лампы, в результате чего вызывает реакцию подобную вспышке, но на этот раз фотон имеет меньшую энергию, и их можно увидеть человеческим глазом. Многие такие взаимодействия происходят одновременно, заставляя лампу испускать большое количество света.
Люминесцентные лампы в конечном итоге «выгорают», когда ртуть поглощается внутренними частицами, и когда другие химические остатки внутри лампы распадаются. Срок службы таких ламп, гораздо дольше, хотя, они используют гораздо меньше энергии, чем лампы накаливания, что бы произвести такое же количество света.
Эта эффективность привела к заинтересованности в люминесцентных лампах в качестве замены для старых типов. В последние годы, эта замена — в виде компактных люминесцентных лампочек — вызывает все большую популярность среди потребителей.
Компактные люминесцентные лампы (КЛЛ) предназначены для имитации лампами накаливания, и имеют примерно такой же размер. Они стоят гораздо дороже, чем традиционные лампочки, но, по оценкам, помогают сэкономить до 300 Квт электроэнергии в течении всего срока службы. Современные КЛЛ был изобретены в 1970-х годах, но массовое ихнее производство началось с 2000-х годов.
Как работает люминесцентная микроскопия — biocommerce.ru
Люминесцентная микроскопия — исследование, связанное со свечением объектов. Большинство из них не видны, т.к. используется ультрафиолетовое излучение. В некоторые образцы добавляют красители, взаимодействующие с соединениями.
Люминесцентная микроскопия — это исследование объектов, окрашенных специальными красителями.
Краткая историческая справка
Флуоресценцию открыл Джордж Стокс в 1852 г. Английский физик наблюдал ее у хининовых веществ. Позже ученые выяснили, что облучение ультрафиолетом приводит к свечению многих соединений. Флуоресценция характерна для витаминов, кристаллов, горных пород, масел и хлорофилла. Однако полученные сведения применили позднее.
В 1930-х гг. ученые-биологи стали окрашивать бактерии и клетки флюорохромами, способствующими свечению. Был придуман микроскоп для подобных исследований.
Применение флуоресценции позволило изучать микрообъекты с разрешением от 1 до 10 нм. Наноскопия может раскладывать частицы на отдельные молекулы.
Что такое люминесцентная микроскопия
При физическом процессе соединения поглощают фотоны. Одновременно у веществ появляется излучение с иной длиной волны. У получившихся фотонов она больше, но энергии меньше. Когда соединения облучают ультрафиолетом, отдельные из них светятся. Цвет излучения направлен к красной спектральной части.
Люминесцентные устройства функционируют в отраженном свете. Основной задачей при применении флуоресценции является отделение потока света объекта от сильного излучения подсветки. Чтобы увеличить наглядность изображения, используется темный или черный фон.
Методы исследования
В люминесцентной микроскопии применяются различные методы исследований. Микробиологи используют флюорохромирование и реакцию иммунной флуоресценции. Вторую часто называют также методом флуоресцирующих тел.
Существует другой вид изучения молекул — конфокальная микроскопия. Она дает возможность исследовать частицы на той или иной глубине.
Флюорохромирование
Метод является распространенным в исследовании органов и тканей человека. Вторичную люминесценцию получают, обрабатывая образцы флюорохромами. Каждый предназначен для каких-либо целей.
Акридиновый оранжевый применяется для диагностики раковых заболеваний и инфаркта на ранних сроках.
Ишемические участки имеют зелено-желтое свечение. Флюорохром применяют, чтобы выявлять кислые мукополисахариды. Если он взаимодействует с ДНК, появляется зеленая флуоресценция. Для реакции красителя на РНК характерна красная.
Кофеин 5 и родамин применяются для определения гликогена в печени. Фосфин 3Р — для выявления липидов. Аналогичными свойствами обладает смесь растворов бензпирена и кофеина. Второй должен быть насыщенным. При наличии липидов появляется бело-голубая люминесценция.
Тиофлавин окрашивает особые белковые соединения при амилоидозе. Для него характерно зеленое свечение. При такой болезни внутренних органов в них образуются амилоиды.
Морин используют для определения содержания кальция в тканях. После обработки спиртовым раствором образцы имеют зеленую люминесценцию.
Черный солохром применяют для выявления алюминия. Он сопровождается желто-оранжевым свечением.
Родамин 6Ж необходим для определения сурфактанта в тканях легких.
На его наличие указывает оранжевая люминесценция.
На его наличие указывает оранжевая люминесценция.Реакция иммунной флюоресценции
Благодаря методу флуоресцирующих тел выявляют антитела, гормоны, продукты метаболизма и др. Реакция иммунной флюоресценции определяет рак и инфекции на ранних стадиях. Возможности таких исследований расширило развитие иммунохимии. Сейчас небелковые соединения в тканях выявляют искусственными гаптенами.
Особенности исследования отдельных молекул и микроорганизмов
В теории можно сделать изображение какой-либо молекулы, используя оптические устройства, красящие вещества, ультрафиолет и светофильтр. Объект исследования должен флюоресцировать на темном фоне, а остальные частицы нет. Их цветовое значение близко к нулю.
Детектор микроскопа распознает не только излучение нужной молекулы, но и реагирует на иные фотоны. Они попадают на люминесцентное устройство от других источников света.
Сейчас для детального анализа образца применяют оптико-механические приборы и электронно-вычислительную технику.
С помощью современного программного обеспечения ее подключают к монитору. На него выводится трехмерное изображение. После получения информации о координатах новых частиц компьютер микроскопа запоминает их расположение. Они исчезают с экрана.
Получить изображение объекта легко с помощью оптики, дополнительной техники и ПО. Качество снимка будет ниже, чем при применении люминесцентного устройства. Иногда для наблюдений такой способ допускается, т.к. не всегда требуется сверхвысокое разрешение.
Для осуществления наблюдения понадобятся:
- простой стереомикроскоп;
- источник возбуждения излучения;
- светофильтры для блокировки света возбуждения и удерживания свечения объектов, создающих ненужный фон;
- система для проецирования полученной картинки на фотокамеру;
- компьютер с ПО для запечатления и обработки изображений.
Сфера применения люминесцентной микроскопии
Флюоресцентный микроскоп незаменим в биологии, медицине, а также смежных областях.
Он позволяет проводить точные исследования клеток и тканей организмов. Главным преимуществом люминесцентной микроскопии считается возможность увидеть образец изнутри. Остальные приборы изучают лишь поверхность объекта.
Флюоресцентные устройства часто используют криминалисты. Они сравнивают образцы тканей и веществ для установления их принадлежности. Свечение применяется в санитарно-эпидемиологических исследованиях. Оно помогает выделять бактерии и клеточные структуры из-за способности взаимодействовать лишь с нужными красителями.
Явление флуоресценции открыли в 1852 г., но громоздкие микроскопы имели плохое разрешение. Новейшие технологии позволяют использовать люминесцентные ферментные метки, делающие устройства компактными. Их разрешение обладает высоким качеством.
Метод люминесцентной микроскопии является незаменимым для:
- анализа кровяных клеток костного мозга;
- диагностики инфекционных болезней;
- исследования клеток организма и глазных тканей сетчатки.
Применение эффекта свечения нужной длины волны у молекул помогает распознать вирусы и бактерии с высочайшей точностью.
Другие микроскопы выявляют только наличие инфекции. Благодаря разрешению 1 нм получают четкие и яркие изображения.
Принцип работы люминесцентного микроскопа
Принцип работы устройства заключается в испускании излучения объектом исследования вслед за светом возбуждения — электромагнитной волной с ультрафиолетовым диапазоном. Иногда используются зеленые или синие лучи. Они являются видимыми.
Принцип работы заключается в испускании излучения объектом исследования.В микроскоп устанавливают зеркало, направляющее на исследуемый образец поток света. Его источником является ксеноновая или ртутная лампа. Отдельные лучи поглощаются материалом, остальные отражаются и направляются в пространство. Под ним подразумевается и глаз человека. Отраженное свечение источника забирает слабое излучение — собственное свечение микрообъекта.
Для его отделения от ультрафиолета перед линзами устройства размещают светофильтр. Он отсекает лучи с более короткой электромагнитной волной.
Люминесценция отличается двойственным происхождением.
Большинство веществ светятся самостоятельно из-за воздействия ультрафиолетовых лучей. В других случаях к образцам добавляют флюорохромы.
Преимущества люминесцентной микроскопии
Люминесцентная микроскопия имеет множество достоинств. Основным является возможность изучения живых клеток и микроорганизмов. Исключается опасность их соединения или окрашивания, что провоцирует гибель. Поэтому ученые могут:
- наблюдать за клеточной структурой образца;
- фиксировать динамику происходящих биологических изменений.
Пример наглядности результата
Ярким примером служит изучение глиальной ткани человеческого мозга с помощью оптического и фазово-контрастного устройства. При сравнивании изображения выводы может сделать любой человек, не имеющий специальных знаний.
При применении оптического микроскопа клетки мозга выглядят прозрачными. Можно увидеть только части, имеющие выраженное преломление, к примеру мембрану или ядро. Полученная картинка не подходит для подробного изучения образца.
При использовании метода фазового контраста детали хорошо различимы. На четком изображении видны мельчайшие клеточные структуры и места их соединения друг с другом.
Как интерпретировать
Образцы, окрашенные флюорохромами, рассматривают, увеличивая в 200-630 раз. Однако чаще используется значение 400. При изучении препаратов после обработки карболовым фуксином изображение увеличивают в 1000 раз. Поэтому поле зрения объектива на люминесцентном микроскопе намного больше, чем простом.
Например, при диагностике туберкулеза методом флуоресцентной микроскопии есть свои тонкости. Приводится рекомендуемое количество полей для просмотра.
Мазок оценивают как отрицательный, применяя различную степень увеличения.
| Люминесцентные лампы делятся на два основных типа: трубчатые и компактные Трубчатые люминесцентные лампы
Трубчатая люминесцентная лампа представляют собой лампу, которая изготовлена в виде стеклянной трубки. Т4 — лампа диаметром 4/8 дюйма (12,7мм.) T5 — лампа диаметром 5/8 дюйма (15,9мм.) T8 — лампа диаметром 8/8 дюйма (25,4мм.) Т9 — лампа диаметром 9/8 дюйма (28,6мм.) T10 — диаметр данного вида ламп составляет 10/8 дюйма (31,8мм.) T12 — диаметр равен 12/8 дюйма (38мм.) Трубчатые люминесцентные лампы чаще всего встречаются в магазинах, офисах и промышленных помещениях. Компактные люминесцентные лампы Компактная люминесцентная лампа (КЛЛ) представляет собой лампу с гнутой трубкой. Лампы данного вида различают по типу цоколя. В настоящее время также выпускаются лампы с цоколем под стандартные патроны E27 и E14, это позволяет использовать компактные люминесцентные лампы в обычных светильниках, вместо лампы накаливания. Качество люминесцентной лампы, ее цветность и срок службы определяется маркой люминофора, которым покрыта внутренняя поверхность лампы. Особенное значение в КЛЛ имеет качество комплектующих, которые определяют, в том числе, длительное включение лампы. Чем дольше КЛЛ разгорается — тем дольше служит, хотя, разумеется, «медлительная» лампа нас всех сильно раздражает-) Рекомендуем также посмотреть: Световой поток люминесцентных ламп Виды ламп Энергосберегающие лампы мощность Какие светодиодные лампы лучше? |
Трубчатые лампы различаются по диаметру и типу цоколя. Трубчатые люминесцентные лампы имеют специальные обозначения и габаритные размеры. Цифра обозначает диаметр лампы, чем больше цифра, тем больше размер лампы:
Основными преимуществами компактных люминесцентных ламп являются небольшой размер и устойчивость к различным механическим повреждениям. Цокольные гнезда данных ламп просты для монтажа. Люминесце́нтная лампа — газоразрядный источник света, в котором видимый свет излучается в основном люминофором, который в свою очередь светится под воздействием ультрафиолетового излучения разряда; сам разряд тоже излучает видимый свет, но в значительно меньшей степени. Световая отдача люминесцентной лампы в несколько раз больше, чем у ламп накаливания аналогичной мощности. Срок службы люминесцентных ламп может в 20 раз превышать срок службы ламп накаливания при условии обеспечения достаточного качества электропитания, балласта и соблюдения ограничений по числу включений и выключений. Наиболее распространена ртутная люминесцентная лампа. Она представляет собой стеклянную трубку с нанесённым на внутреннюю поверхность слоем люминофора, заполненную парами ртути. Люминесцентные лампы нашли широкое применение в освещении общественных зданий: школ, больниц, офисов и т.д. С появлением компактных люминесцентных ламп с электронными балластами, которые можно включать в патроны E27 и E14 вместо ламп накаливания, люминесцентные лампы завоёвывают популярность и в быту.Популярность люминесцентных ламп обусловлена их преимуществами: значительно большей светоотдачей (люминесцентная лампа 23 Вт даёт освещенность как 100 Вт лампа накаливания), длительным сроком службы (2000[1]-20000 часов в отличие от 1000 у ламп накаливания), рассеянным светом, разнообразием оттенков света. При работе люминесцентной лампы между двумя электродами находящимися в противоположных концах лампы возникает низкотемпературный дуговой электрический разряд. Лампа заполнена инертным газом и парами ртути, проходящий ток приводит к появлению УФ излучения. Это излучение невидимо для человеческого глаза, поэтому его преобразуют в видимый свет с помощью явления люминесценции. Внутренние стенки лампы покрыты специальным веществом — люминофором, которое поглощает УФ излучение и излучает видимый свет. Первым предком лампы дневного света была лампа Генриха Гайсслера, который в 1856 году получил синее свечение от заполненной газом трубки, которая была возбуждена при помощи соленоида. В 1893 году на всемирной выставке в Чикаго, штат Иллинойс, Томас Эдисон показал люминесцентное свечение. В 1894 году М. Ф. Моор создал лампу, в которой использовал азот и углекислый газ, испускающий розово-белый свет. Эта лампа имела умеренный успех. В 1901, Питер Купер Хьюитт демонстрировал ртутную лампу, которая испускала свет синего-зелёного цвета, и таким образом была непригодна в практических целях. Однако, ее конструкция была очень близка к современной, и имела намного более высокую эффективность, чем лампы Гайсслера и Эдисона. В 1926 году Эдмунд Джермер и его сотрудники предложили увеличить операционное давление в пределах колбы и покрывать колбы флуоресцентным порошком, который преобразовывает ультрафиолетовый свет, испускаемый возбуждённой плазмой в более однородно бело-цветной свет. |
Изменяя состав люминофора можно менять оттенок свечения лампы.
Э.Джермер в настоящее время признан как изобретатель лампы дневного света. General Electric позже купила патент Джермера, и под руководством Джорджа Э. Инмана довела лампы дневного света до широкого коммерческого использования к 1938 году.
| Главная » Статьи и полезные материалы » Микроскопы » Статьи о микроскопах, микропрепаратах и исследованиях микромира » Световая, люминесцентная, электронная микроскопия – разные методы исследований Изучение микромира – это одновременно и увлекательно, и сложно. Люминесцентная микроскопияВ люминесцентной микроскопии используется явление свечения веществ при облучении их ультрафиолетом. Разделяют понятия первичной и вторичной люминесценции. Первичную демонстрируют лишь редкие образцы, вторичная проявляется у всех веществ, окрашенных красителями (флюорохромами). При люминесцентном методе исследований образец поглощает короткие волны и излучает длинные, которые можно наблюдать в видимом диапазоне. Люминесцентная микроскопия в микробиологии используется для изучения нуклеиновых кислот в клетках, бактериоскопии возбудителей инфекций, цитохимических исследований живых микроорганизмов. Методы люминесцентной микроскопии В люминесцентной микроскопии применяются несколько методов исследований. В микробиологии обычно используют два из них: окрашивание флюорохромами (флюорохромирование) и метод флюоресцирующих антител. Последний еще называется реакцией иммунной флюоресценции (РИФ). Мы не будем углубляться в тщательное описание каждого метода, так как объема одной статьи для этого не хватит. Отметим, что существует еще конфокальная микроскопия – тоже метод люминесценции, который позволяет изучать образцы на некоторой глубине. Поляризационная, конфокальная, электронная, люминесцентная микроскопия – это методы изучения микромира. Некоторые появились вместе с первыми микроскопами, другие же были придуманы в последние сто лет. Наука не стоит на месте, а способы наблюдений меняются, совершенствуются и становятся все более эффективными. Вы тоже можете совершенствовать свои умения, используя более современную и актуальную оптическую технику. 4glaza.ru Использование материала полностью для общедоступной публикации на носителях информации и любых форматов запрещено. Разрешено упоминание статьи с активной ссылкой на сайт www.4glaza.ru. Производитель оставляет за собой право вносить любые изменения в стоимость, модельный ряд и технические характеристики или прекращать производство изделия без предварительного уведомления.
Другие обзоры и статьи о микроскопах, микропрепаратах и микромире:
|
Если в самом начале, сразу после зарождения микроскопии, ученым был доступен только один метод исследований, сейчас их насчитывается уже более десятка. Самые широко распространенные методы микроскопии – это люминесцентная, темнопольная, светлопольная, поляризационная, фазового контраста. Некоторые из них можно использовать и для любительских наблюдений. А вот, например, методы электронной микроскопии созданы для решения сугубо профессиональных задач.
Метод незаменим в диагностике заболеваний и широко применяется в медицине.
В нашем интернет-магазине вы найдете микроскопы не только для любителей, но и для профессионалов. Наши консультанты готовы ответить на любые ваши вопросы, рассказать о выгодных предложениях и акциях. Звоните или пишите!
com)
ru)
ru)
ru)Люминесцентные краски вредны и опасны для здоровья, правда ли
Некоторые люди считают, что люминесцентные краски опасны для здоровья, и избегают часов, разметка циферблата и стрелки которых покрыты внушительным слоем светящегося в темноте состава.
Не все так уж и грозно, уверяет Тимур Бараев
В принципе любая люминесцентная краска относится к IV классу опасных вещей, всего таких классов пять, а самый вредный – I. То есть люминофоры, применяемые в том числе и в часах, квалифицируются как “малоопасные”. Но надо учесть, что в данном случае многое зависит от количества такой краски.
Если вы решили окрасить беседку в саду светящимся составом, лучше, конечно же, дождаться легкого ветерка, чтобы не надышаться парами. Так того же требует техника безопасности при работе и с обычными красками и лаками. А ничтожные несколько граммов люминесцента с часового циферблата ничем не навредят.
Слухи об опасности люминесцентных составов родились благодаря первым специальным профессиональным часам, циферблаты и стрелки которых были окрашены краской на основе радия.
Например, порошок Radiomir на основе радия, который изобрел и запатентовал в 1916 году сам основатель Panerai Гвидо Панераи, дал название культовой коллекции итальянских часов.
Этот же люминесцентный состав наносился на шкалы приборов и прицелы, которые среди прочего оборудования компания выпускала для итальянского ВМФ “Марина милитаре”.
Приложение к патенту, оформленному во Франции 23 марта 1916 г., в котором название Radiomir было зафиксировано документально. Источник: пресс-служба Panerai
Его рецепт был совершенно секретным, потому что другие люминесцентные краски того времени были гораздо более тусклыми. Когда в процессе создания ядерного оружия ученые выяснили губительное воздействие радиации на человеческий организм, Radiomir был запрещен, а большинство сохранившихся наручных приборов с этим составом были замурованы в бетонный куб, вывезены в море и затоплены.
Прототип первых часов Radiomir Panerai. Источник: пресс-служба Panerai
Специалисты Panerai изобрели новый люминесцентный состав Luminor – это краска на основе трития. После этого и модели Panerai стали так называться. Светил Luminor не так ярко, но зато был гораздо безопаснее.
Тем не менее поклонников старого доброго Radiomir было немало. И некоторые клиенты продолжали заказывать часы, окрашенные именно этим составом. Компания, не афишируя сей факт, шла навстречу пожеланиям своих поклонников.
А вот египетский ВМФ в 1956 году вполне официально потребовал, чтобы циферблаты часов, которые Panerai выпустят для них ограниченным тиражом, были окрашены “радиомиром”. Чтобы не лишаться заказа, компании пришлось согласиться. Первая партия часов Radiomir Egiziano вышла в количестве 30-40 экземпляров и позднее получила у коллекционеров бренда название Egiziano Piccolo, поскольку следующая партия часов для египетского ВМФ имела куда более внушительный корпус диаметром 47 мм.
Наручные часы Panerai Egiziano Grosso и Egiziano Piccolo. Источник: http://orologi.forumfree.it
“Маленькие египетские” — одни из самых востребованных часов на вторичном рынке, несмотря на то что их циферблаты в результате радиомировского излучения из черных превратились со временем в белесо-коричневые.
Люминофоры на основе трития хороши тем, что светят ярко и не нуждаются в регулярном облучении светом. Тритий (или тяжелый водород, обозначаемый h4 или Т) испускает электроны, которые атакуют слой люминесцентного состава, например, Super-LumiNova, что позволяет без труда засекать время даже в полной темноте.
Циферблат в часах Panerai LAB-ID Luminor 1950 Carbotech имеет двухслойную структуру: люминесцентное вещество — Super-LumiNova – просвечивает через отверстия часовых отметок. Источник: пресс-служба Panerai
Излучение распадающегося трития эффективно лишь на расстоянии 1-2 мм, то есть большинство лучей исчезает, не долетев до циферблата. Это значит, что тритиевые люминофоры в общем и целом безопасны. Могу посоветовать особо мнительным людям не носить такие часы циферблатом к запястью.
Минус тритиевых составов заключается в периоде полураспада трития – около 12,5 лет, после чего циферблат таких часов потускнеет
Часы с подобным люминесцентным составом опознать легко: по букве “Т”, которую, как правило, наносят у отметки “6 часов”.
Эту отметку производители обязаны наносить законодательно.
Отметка “Т” на циферблате часов IWC Aquatimer 2000. Источник: пресс-служба IWC
Для работы с тритием производителю нужно получить специальное разрешение и обучить персонал. Так как Евросоюз регулярно ужесточает экологические требования к продукции, несколько лет тому назад часовым компаниям, создающим часы в неограниченном количестве для обычных клиентов, вообще разрешили иметь дело только с совершенно безобидным люминофором Super-LumiNova и его разновидностями. Но составы на основе трития все же могут применяться в исключительных случаях, например, при изготовлении лимитированных серий профессиональных армейских или спортивных часов.
Кроме безопасности к достоинствам Super-LumiNova можно отнести дешевизну и простоту производства, яркость в течение некоторого времени после облучения светом. Электроны этого состава активируются только под воздействием ультрафиолетовых лучей, но спустя несколько часов “успокаиваются”.
Так что, дабы поддерживать функциональность своих часов на высоком уровне, не забывайте их регулярно подпитывать световой энергией.
Превью: Omega Speedmaster Moonwatch Apollo 13 Silver Snoopy Award, пресс-служба Omega
Разница между флуоресцентной и люминесцентной краской: что и когда светится
3 1 02 Января 2019При выборе краски вы уже наверняка знаете, в каких условиях она должна светиться. Основное отличие между флуоресцентной и люминесцентной краской заключается именно в этом. Чтобы состав светился, на некоторые краски нужно светить ультрафиолетом, а некоторые – «заряжать» светом заранее.
В чем разница между флуоресцентным и люминесцентным свечением?
Различия в типе и продолжительности свечения, а также в области применения краски задает пигмент:
- люминофор;
- флуоресцентный;
- комбинированный.
В комбинированных (смешанных) составах можно использовать особенности обоих базовых видов красок и получать не только «двойное» свечение, но и повышенную яркость цветов.
Краска с люминофором
Это яркая светящаяся краска, которая проявляет свои свойства в темноте. Длительность свечения может составлять от нескольких секунд до суток.
Основные особенности:
- второе название – фосфоресцентная или фосфорная краска;
- очень маленький размер пигментных частиц – 5 микрон;
- время заряда для работы 1/3-1/2 суток – 13-30 минут;
- естественный оттенок свечения – зеленовато-голубой;
- красящий состав служит долго – от 30 лет.
Сразу после «зарядки» пигмент выдает максимальную интенсивность свечения, которая начинает постепенно снижаться.
Экологически чистый и безопасный состав с люминофором часто используется как краска для тела и лица, декоративное покрытие игрушек и детских комнат.
Из-за высокой устойчивости к яркому солнечному свету, эти составы часто используют для обработки объектов на открытом воздухе.
Краска с флуоресцентным эффектом
Этой краске для проявления свечения нужно облучение ультрафиолетом. Принцип действия таких составов – поглощение невидимого глазу УФ-излучения и преобразование его в цвета видимого спектра. Купив ультрафиолетовую лампу, можно легко обнаружить привычные объекты, которые будут светиться в темноте – мыло, бумага, коричневые пятна на шкурках бананов и т.д.
Основные особенности:
- обычно дешевле люминесцентных;
- свечение ярче, чем у люминесцентных;
- базовых цветов – 8, остальные оттенки смешиваются;
- размер пигментных частиц – 75 микрон;
- нельзя использовать под ярким солнцем и температуре выше 150˚.
Флуоресцентная краска бывает:
- Видимой. Состав изначально обладает определенным цветом, который становится ярче и светится под ультрафиолетовыми лучами.
- Невидимой. Невидимая краска, светящаяся в ультрафиолете, при дневном свете не видна на базовом покрытии, но под УФ проявляет свои свойства.
Состав изначально обладает определенным цветом, который становится ярче и светится под ультрафиолетовыми лучами.Из-за доступности по цене, такие краски часто используются для интерьерной отделки.
Применение
Светящуюся краску можно использовать практически где угодно. Пигменты можно смешивать с разными составами – от лака для ногтей до эпоксидной смолы. В готовом виде чаще всего можно найти краску в баллончиках, аквагрим, акриловые краски, наборы для боди-арта.
Tricolor.com.ua предлагает большой выбор недорогих качественных пигментов и готовых светящихся красок для любых целей – от свободного творчества и мейкапа до покраски машин и зданий!
Флуоресценция — Chemistry LibreTexts
Флуоресценция, вид люминесценции, возникает в газовых, жидких или твердых химических системах.
Флуоресценция вызывается поглощением фотонов в синглетном основном состоянии, переходящем в синглетное возбужденное состояние. В отличие от фосфоресценции, спин электрона по-прежнему связан с электроном в основном состоянии. Когда возбужденная молекула возвращается в основное состояние, происходит испускание фотона с меньшей энергией, что соответствует большей длине волны, чем поглощенный фотон.
Введение
Потеря энергии связана с колебательной релаксацией в возбужденном состоянии. Флуоресцентные полосы сосредоточены на длинах волн, превышающих длину резонансной линии. Этот сдвиг в сторону более длинных волн называется стоксовым сдвигом. Возбужденные состояния недолговечны с временем жизни около 10 -8 секунд. Молекулярная структура и химическая среда влияют на то, люминесцирует ли вещество. Когда люминесценция действительно происходит, молекулярная структура и химическое окружение определяют интенсивность излучения.Обычно флуоресцирующие молекулы представляют собой сопряженные системы.-800x800.jpg)
Флуоресценция возникает, когда атом или молекулы релаксируют посредством колебательной релаксации до своего основного состояния после электрического возбуждения. Конкретные частоты возбуждения и излучения зависят от молекулы или атома.
\ [S_0 + h \ nu_ {ex} = S_1 \]
где
- \ (h \ nu \) — энергия фотона с
- \ (h \) — постоянная Планка, а
- \ (\ nu \) — частота света,
- \ (S_0 \) — основное состояние флуорофора, а
- \ (S_1 \) — его первое электронно-возбужденное состояние.
На рисунке 1 представлена энергетическая диаграмма Яблонски, представляющая флуоресценцию. Фиолетовая стрелка обозначает поглощение света. Зеленая стрелка представляет колебательную релаксацию из синглетного возбужденного состояния, от S 2 до S 1 . Этот процесс представляет собой безызлучательную релаксацию, при которой энергия возбуждения рассеивается в виде колебаний или тепла в растворителе, а фотон не испускается.
Желтая стрелка представляет флуоресценцию синглетного основного состояния, S o .
Квантовый выход флуоресценции ((\ Phi \)) дает эффективность процесса флуоресценции. Это отношение излучаемых фотонов к поглощенным фотонам.
\ [\ Phi = \ dfrac {\ text {# испускаемых фотонов}} {\ text {# поглощенных фотонов}} \ label {Eq0} \]
Если каждый поглощенный фотон приводит к испусканию фотона. Максимальный квантовый выход флуоресценции составляет 1,0, а соединения с квантовым выходом 0.10 по-прежнему считаются флуоресцентными. Другой способ определить квантовый выход флуоресценции — это скорость распада возбужденного состояния:
\ [\ Phi = \ dfrac {k_f} {\ sum_i k_i} \ label {Eq1} \]
, где \ (k_f \) — скорость спонтанного излучения излучения, а знаменатель — это сумма всех скоростей распада возбужденного состояния для каждого процесса дезактивации (т.е. фосфоресценции, межсистемного пересечения, внутреннего преобразования…). Время жизни флуоресценции — это среднее время, в течение которого молекула остается в возбужденном состоянии перед испусканием фотона.
{- t / \ tau} \ label {Eq2} \]
где
- \ ([S_1] \) — концентрация молекул в возбужденном состоянии в момент времени \ (t \),
- \ ([S_1] _0 \) — начальная концентрация, а \ (\ tau \) — скорость распада.
Различные радиационные и неизлучающие процессы могут освободить возбужденное состояние, поэтому общая скорость распада является суммой по всем скоростям:
\ [\ tau_ {tot} = \ tau_ {rad} + \ tau_ {nrad} \ label {Eq3} \]
где \ (\ tau_ {tot} \) — полная скорость распада, \ (\ tau_ {rad} \) скорость радиационного распада и \ (\ tau_ {nrad} \) скорость безызлучательного распада.{-εbc})] \ label {Eq4} \]
где
- \ (k \) — константа пропорциональности, относящаяся к инструменту
- \ (I_o \ (- интенсивность падающего света
- \ (\ epsilon \) — молярная поглощающая способность,
- \ (b \) — длина пути, а
- \ (c \) — концентрация субстрата.
Если используются разбавленные растворы, так что поглощается менее 2% энергии возбуждения, то можно сделать приближение так, чтобы
\ [10 ^ {x} \ приблизительно 1 + x +.
.. \]
, поэтому уравнение \ (\ ref {Eq4} \) можно упростить до
\ [I_f = kI_o \ Phi [εbc] \ label {Eq4a} \]
Это соотношение показывает, что интенсивность флуоресценции пропорциональна концентрации.
Флуоресценция редко возникает в результате поглощения УФ-излучения с длинами волн короче 250 нм, потому что этот тип излучения достаточно энергичен, чтобы вызвать дезактивацию возбужденного состояния путем предиссоциации или диссоциации. Большинство органических молекул имеют по крайней мере некоторые связи, которые могут быть разорваны энергией такой силы.* \ rightarrow \ pi \), потому что эти возбужденные состояния показывают короткое среднее время жизни (большее \ (k_f \)) и потому, что процессы дезактивации, которые конкурируют с флуоресценцией, не так вероятны. Молярная поглощающая способность переходов π → π * в 100–1000 раз больше. Среднее время жизни составляет от 10 -7 до 10 -9 секунд для состояний?,? * И от 10 -5 до 10 -7 секунд для состояний n, π *.
На рис. 2 представлена схема типичного флуориметра с фильтром, в котором для возбуждения флуоресценции используется пучок источника и пара фотоумножителей в качестве преобразователей. Луч источника разделяется рядом с источником на опорный луч и образец луча. Опорный луч ослабляется апертурным диском, так что его интенсивность примерно равна интенсивности флуоресценции. Оба луча проходят через первичный фильтр, при этом опорный луч отражается на опорную трубку фотоумножителя.Луч образца фокусируется на образце парой линз и вызывает испускание флуоресценции. Испускаемое излучение проходит через второй фильтр и затем фокусируется на фотоэлектронном умножителе образца. Электрические выходные сигналы от двух преобразователей затем обрабатываются аналого-цифровым преобразователем для вычисления отношения интенсивности образца к эталонной интенсивности, которое затем можно использовать для качественного и количественного анализа.
Для получения спектра излучения монохроматор возбуждения фиксируется, а монохроматор излучения изменяется.Для получения спектра возбуждения монохроматор возбуждения изменяется, в то время как монохроматор излучения фиксируется.
Флуоресцентная спектроскопия может использоваться для измерения концентрации соединения, поскольку интенсивность флуоресценции линейно пропорциональна концентрации флуоресцентной молекулы. Флуоресцентные молекулы также можно использовать в качестве меток. Например, флуоресцентная гибридизация in situ (FISH) — это метод определения того, какие гены присутствуют в геноме организма. Одноцепочечная ДНК, кодирующая интересующий ген, ковалентно связана с флуоресцентной молекулой и промывается по хромосоме организма, связываясь с ее комплементарной последовательностью.Присутствие и размещение гена в организме затем флуоресцирует при освещении ультрафиолетовым светом. Белок зеленой флуоресценции (GFP) используется в молекулярной биологии для контроля активности белков.
Ген, кодирующий GFP, может быть вставлен рядом с геном, кодирующим белок, который будет изучаться. Когда гены экспрессируются, белок присоединяется к GFP и может быть идентифицирован в клетке по его флуоресценции.
Флуоресценция против фосфоресценции
Флуоресценция и фосфоресценция — это два механизма излучения света или примеры фотолюминесценции.Однако эти два термина не означают одно и то же и не встречаются одинаково. Как при флуоресценции, так и при фосфоресценции молекулы поглощают свет и излучают фотоны с меньшей энергией (с большей длиной волны), но флуоресценция происходит намного быстрее, чем фосфоресценция, и не меняет направление спина электронов.
Вот как работает фотолюминесценция, и взглянем на процессы флуоресценции и фосфоресценции с знакомыми примерами каждого типа излучения света.
Ключевые выводы: флуоресценция против фосфоресценции
- И флуоресценция, и фосфоресценция являются формами фотолюминесценции.В некотором смысле оба явления заставляют вещи светиться в темноте. В обоих случаях электроны поглощают энергию и излучают свет, когда возвращаются в более стабильное состояние.
- Флуоресценция происходит намного быстрее, чем фосфоресценция. При удалении источника возбуждения свечение почти сразу прекращается (доли секунды). Направление спина электрона не меняется.
- Фосфоресценция длится намного дольше флуоресценции (от нескольких минут до нескольких часов). Направление спина электрона может измениться, когда электрон перейдет в состояние с более низкой энергией.
В обоих случаях электроны поглощают энергию и излучают свет, когда возвращаются в более стабильное состояние.Основы фотолюминесценции
Флуоресценция — это быстрый процесс фотолюминесценции, поэтому вы видите свечение только тогда, когда черный свет падает на объект. Дон Фарролл / Getty Images Фотолюминесценция возникает, когда молекулы поглощают энергию. Если свет вызывает электронное возбуждение, молекулы называются возбужденными . Если свет вызывает колебательное возбуждение, молекулы называются горячими . Молекулы могут возбуждаться, поглощая различные типы энергии, такие как физическая энергия (свет), химическая энергия или механическая энергия (например.
g. трение или давление). Поглощение света или фотонов может привести к нагреванию и возбуждению молекул. При возбуждении электроны поднимаются на более высокий энергетический уровень. Когда они возвращаются на более низкий и более стабильный уровень энергии, фотоны высвобождаются. Фотоны воспринимаются как фотолюминесценция. Два типа фотолюминесценции и флуоресценции и фосфоресценции.
Как работает флуоресценция
Люминесцентная лампа — хороший пример флуоресценции. Бруно Эрс / Getty ImagesПри флуоресценции поглощается свет высокой энергии (короткая длина волны, высокая частота), переводя электрон в возбужденное энергетическое состояние.Обычно поглощенный свет находится в ультрафиолетовом диапазоне. Процесс поглощения происходит быстро (в интервале 10 -15 секунд) и не меняет направление электронного спина. Флуоресценция происходит так быстро, что если выключить свет, материал перестает светиться.
Цвет (длина волны) света, излучаемого флуоресценцией, практически не зависит от длины волны падающего света.
Помимо видимого света, также испускается инфракрасный или инфракрасный свет. Вибрационная релаксация высвобождает ИК-свет примерно через 10 -12 секунд после поглощения падающего излучения.Девозбуждение в основное состояние электрона излучает видимый и инфракрасный свет и происходит примерно через 10 -9 секунд после поглощения энергии. Разница в длине волны между спектрами поглощения и излучения флуоресцентного материала называется его стоксовым сдвигом .
Примеры флуоресценции
Флуоресцентные лампы и неоновые вывески являются примерами флуоресценции, как и материалы, которые светятся черным светом, но перестают светиться, когда ультрафиолетовый свет выключается.Некоторые скорпионы светятся. Они светятся до тех пор, пока ультрафиолетовый свет обеспечивает энергию, однако экзоскелет животного не очень хорошо защищает его от радиации, поэтому не следует долго держать черный свет включенным, чтобы увидеть свечение скорпиона. Некоторые кораллы и грибы флуоресцентны.
Многие маркеры также флуоресцентные.
Как работает фосфоресценция
Звезды, нарисованные или наклеенные на стены спальни, светятся в темноте из-за фосфоресценции. Дугал Уотерс / Getty ImagesКак и при флуоресценции, фосфоресцентный материал поглощает свет с высокой энергией (обычно ультрафиолетовый), заставляя электроны переходить в состояние с более высокой энергией, но переход обратно в состояние с более низкой энергией происходит намного медленнее, и направление электронного спина может измениться.Фосфоресцирующие материалы могут светиться от нескольких секунд до пары дней после выключения света. Причина, по которой фосфоресценция длится дольше флуоресценции, заключается в том, что возбужденные электроны переходят на более высокий уровень энергии, чем при флуоресценции. Электроны могут терять больше энергии и могут проводить время на разных уровнях энергии между возбужденным и основным состояниями.
Электрон никогда не меняет направление своего спина при флуоресценции, но может это сделать, если во время фосфоресценции созданы подходящие условия.
Этот переворот вращения может происходить во время поглощения энергии или после него. Если переворота спина не происходит, говорят, что молекула находится в синглетном состоянии . Если электрон действительно претерпевает переворот спина, образуется триплетное состояние . Состояния триплета имеют долгое время жизни, так как электрон не перейдет в состояние с более низкой энергией, пока не вернется в исходное состояние. Из-за этой задержки фосфоресцирующие материалы кажутся «светящимися в темноте».
Примеры фосфоресценции
Фосфоресцирующие материалы используются в прицелах, светятся в темноте звездами, а краска используется для создания звездных фресок.Элемент фосфор светится в темноте, но не от фосфоресценции.
Другие типы люминесценции
Флуоресценция и фосфоресценция — это только два способа излучения света из материала. Другие механизмы люминесценции включают триболюминесценцию, биолюминесценцию и хемилюминесценцию.
Флуоресценция — обзор | ScienceDirect Topics
Технология анализа FLiK может быть легко адаптирована к высокопроизводительным аналитическим планшетам (96-, 384- и 1536-луночные форматы).
Адаптация анализа к микротитровальным планшетам небольшого объема резко снижает количество киназы, необходимое при одновременном увеличении пропускной способности, чтобы обеспечить быстрый скрининг больших библиотек соединений. Для адаптации анализа FLiK к форматам HTS необходимо предпринять следующие шаги:
Приготовьте суспензию киназы 50 n M FLiK и поместите равные объемы образца в несколько лунок черного планшета для анализа. Поместите планшет HTS в устройство для чтения флуоресцентных планшетов и установите длину волны возбуждения в соответствии с флуорофором, используемым для маркировки киназы.
Измерить спектр излучения киназы в присутствии и в отсутствие ингибитора положительного контроля, чтобы убедиться, что желаемые максимумы не сдвинулись в формате HTS по сравнению с форматом кюветы. Для некоторых киназ мы наблюдали сдвиг на 10 нм в одном или обоих максимумах при измерении на пластинах HTS. Если наблюдаются изменения, отрегулируйте длины волн, используемые для расчета соотношения в пластинах HTS.
Рассчитайте фактор Z ‘анализа HTS, используя несколько лунок, содержащих положительный и отрицательный контроли.
Оцените стабильность белка и определите необходимое время инкубации для связывания лиганда для достижения равновесия. Подготовьте ряд лунок, содержащих серию разведений соединения и фиксированную концентрацию киназы FLiK. Измеряйте те же самые пластины в течение определенного периода времени и отслеживайте сдвиг влево кривой привязки K d . Кроме того, пересчитайте коэффициент Z ′ в каждый момент времени. Выберите время инкубации, обеспечивающее стабильное значение K d и максимальное окно анализа.Падение окна анализа или снижение воспроизводимости точек данных часто указывает на то, что белок больше не является стабильным, что приводит к более низким расчетным значениям Z ‘-фактора. Чтобы свести к минимуму эти эффекты в течение длительного времени инкубации, держите планшет закрытым (в камере влажности или с помощью клейких лент) и защищайте от света.
Если необходимо улучшить значения K d и фактор Z ′, можно проверить несколько переменных анализа, чтобы изучить их влияние на качество и воспроизводимость анализа.Эти оптимизации должны выполняться для каждого анализа FLiK. Концентрация ДМСО (добавляемая с соединением), тип детергента, концентрация детергента, концентрация киназы, объем в каждой лунке, тип планшета, время инкубации и температура инкубации являются несколькими примерами. Мы обнаружили, что ДМСО имеет решающее значение для стабильности белка, в то время как тип и концентрация детергента могут изменить измеренные значения K d , в зависимости от анализа. Рекомендуется концентрация моющего средства <0,01% (об. / Об.).
Используя оптимизированные условия анализа, запустите имитацию сценария HTS, используя роботов для работы с жидкостью, чтобы распределить киназу в двух аналитических планшетах. Добавьте соединение в один планшет (положительный контроль), добавляя только носитель (буфер с ДМСО) в другой планшет.
Инкубируйте чашки и измерьте. Оцените полные аналитические планшеты на предмет хорошей однородности сигнала и вычислите коэффициент Z ‘для окончательного оптимизированного анализа HTS.
Люминесцентные лампы | Spectroscopy Online
Томас Эдисон не был первым человеком, работавшим с лампами накаливания — действительно, такие первые ученые, как Хамфри Дэви и Алессандро Вольта, пытались использовать электричество для нагрева вещества до раскаленного состояния.Однако Эдисон был первым, кто создал практичную и коммерчески жизнеспособную лампочку. Поскольку лампы накаливания изменили культуру, у них есть одна серьезная проблема: неэффективность. До 90% энергии, выделяемой лампой накаливания, составляет тепло. Это может быть полезно, если вы живете на Северном полюсе, но в большинстве регионов с умеренным климатом это просто увеличивает повышение температуры, с которым необходимо бороться с помощью кондиционирования воздуха. Лампы накаливания не являются оптимальным источником света.
Однако есть несколько способов генерировать свет.Он использует идеи квантовой механики вместо теплофизики.
ФлуоресценцияФлуоресценция — это процесс, при котором вещество поглощает свет, а затем излучает свет с другой длиной волны. В большинстве случаев флуоресцентные материалы излучают свет с более низкой частотой и энергией, чем поглощается, хотя иногда бывают двухфотонные излучения, при которых излучаемый свет имеет более высокую энергию. Слово «флуоресценция» придумал британский физик Г.Г. Стокса в 1852 г. после минерала флюорита (кристаллический CaF 2 ), который сильно флуоресцирует из-за примесей.Его наблюдали еще в 1560-х годах, но только в середине 19 века Стокс описал это явление после экспериментов с ультрафиолетовым светом (который сам был идентифицирован как часть спектра только в 1801 году).
Рис. 1. Схема процесса флуоресценции: 1 = возбуждение, 2 = релаксация и 3 = излучение. Начальное и промежуточное возбужденные состояния могут быть разными электронными состояниями или даже двумя разными состояниями в колебательном многообразии одного и того же электронного состояния.
Подробности см. В тексте.
Механизм флуоресценции должен был подождать до понимания квантованных энергий атомов в молекулах, но упрощенная версия механизма показана на рисунке 1. Атом или молекула поглощает фотон света (шаг 1 на рисунке 1). За конечное, но короткое время система находится в возбужденном состоянии, она теряет энергию через какой-то механизм, например, столкновения с молекулами растворителя или передача колебательной энергии соседним атомам или молекулам. Этот этап (этап 2 на рисунке) обычно называют «безызлучательной релаксацией» или «безызлучательным распадом».«Потеря энергии останавливается в некотором промежуточном, но более низком энергетическом состоянии. Затем система излучает фотон и возвращается в основное (или другое более низкое) состояние (шаг 3 на рисунке). Поскольку промежуточное состояние имеет более низкую энергию, чем В начальном возбужденном состоянии излучаемый фотон имеет более низкую энергию, чем возбуждающий фотон, что приводит к видимому сдвигу длины волны или цвета; это называется стоксовым сдвигом в честь вышеупомянутого британского физика.
задействованные имеют одинаковую множественность (то есть общий спин электрона), поэтому сдвиги между состояниями разрешены квантово-механически и поэтому происходят довольно быстро — порядка наносекунд.Таким образом, мы воспринимаем процессы флуоресценции как непосредственно связанные с наличием источника возбуждающих фотонов. (Сравните это с фосфоресценцией, которая включает в себя запрещенный по спину переход и, следовательно, является относительно медленной, имея время жизни порядка минут или часов.)
Многие минералы и органические молекулы флуоресцируют. Геология использует флуоресценцию, чтобы помочь идентифицировать определенные минералы и драгоценные камни. Хинин, природное противомалярийное соединение, обнаруженное в хинном дереве, флуоресцирует, как и вазелин.Зеленый флуоресцентный белок (GFP) — это белок из 238 аминокислот, широко используемый в молекулярной и клеточной биологии; его разработчики получили Нобелевскую премию по химии 2008 года в знак признания его важности.
Флуоресцентная спектроскопия сама по себе является одним из основных видов спектроскопии, но это уже другая колонка.
В 1856 году немецкий стеклодув Генрих Гайсслер изобрел вакуумный насос на основе ртути, который мог откачивать стекло лучше, чем это было ранее.Когда через трубку пропускали электрический ток, остаточные пары ртути в трубке светились ярко-зеленым светом. (Давление паров ртути при комнатной температуре составляет около 0,002 торр, поэтому это был лучший вакуум, который Гейслер мог получить в то время.) Присутствие других газовых примесей в этих так называемых трубках Гейсслера могло давать другие цвета, поэтому они стали популярными. развлечения. Позже создание более качественного вакуума уменьшило количество производимого света, но трубки Гейсслера были предшественниками электронно-лучевых трубок (ЭЛТ), которые были основой лампового телевидения; Трубки Крукса, эксперименты в которых привели к открытию электрона; и люминесцентные лампы.
В 1859 году Эдмон Беккерель (отец Анри Беккереля, открывшего радиоактивность) покрыл трубку Гейсслера флуоресцентным материалом, создав первый элементарный люминесцентный свет. Однако он работал недолго и давал очень слабый свет. Хотя Эдисон и Николай Тесла возились с подобными системами, только в 1895 году Дэниел Мур, бывший сотрудник Эдисона, сконструировал работоспособный люминесцентный свет с использованием углекислого газа в качестве излучающего вещества. Она была примерно в три раза эффективнее, чем лампы накаливания того времени, и по иронии судьбы стимулировала разработку более эффективных ламп накаливания, что в конечном итоге вытеснило лампу Мура с рынка.
В 1901 году американский инженер Питер Купер Хьюитт запатентовал газоразрядную трубку на парах ртути, похожую на оригинальную трубку Гейсслера. Однако излучаемый им свет был тяжелым сине-зеленым, что давало неестественный цвет. С другой стороны, они были намного более энергоэффективными, так как использовали гораздо более низкие напряжения для обеспечения такой же яркости, как лампа накаливания.
Разработка трубок, содержащих пары ртути, продолжалась, но в основном в Европе. К 1930-м годам покрытия из флуоресцентных материалов использовались для коррекции цвета и увеличения количества излучаемого видимого света, а также в качестве балласта для регулирования тока на начальных этапах работы.Коммерческая продажа приемлемых, относительно современных люминесцентных ламп началась в 1938 году компанией General Electric, а к 1950-м годам в Соединенных Штатах флуоресцентные лампы производили больше света, чем лампы накаливания.
Современные люминесцентные лампы (рис. 2) имеют длину от нескольких дюймов до нескольких метров. Обычно в люминесцентном свете содержится несколько миллиграммов ртути, которые необходимо испарить, чтобы свет работал правильно. Свет также наполнен несколькими торрами инертного газа, такого как неон или аргон — не слишком много, иначе газ внутри колбы будет настолько резистивным, что электрический ток не сможет пройти.
Внутренняя часть лампы покрыта люминофором (довольно странный термин для материала люминесцентных ламп, но слово «флюор» звучит забавно), который обычно представляет собой легированную соль металла. Более старые люминофоры для люминесцентных ламп: (Sr, Mg) 3 (PO 4 ) 2 , легированные оловом и Ca 5 (F, Cl) (PO 4 ) 3 , легированные сурьмой и марганцем. ; В современных люминесцентных лампах используются различные соли редкоземельных металлов, такие как LaPO 4 , легированный тербием и церием, в сочетании с Y 2 O 3 , легированный европием.
Рисунок 2: Несколько моделей современных люминесцентных ламп (Getty Images).
Когда он включен, электроды люминесцентного света генерируют электроны, которые сталкиваются с атомами ртути и возбуждают электроны в ртути. Эти электроны возвращаются в свое основное состояние, испуская свет. Поскольку свет генерирует ионы, его проводимость увеличивается, поэтому ток должен регулироваться балластом для ограничения тока.
Но, как упоминалось выше, большая часть излучаемого света находится в ультрафиолетовой и синей части спектра.Этот свет возбуждает люминофорное покрытие на стеклянной колбе, которое флуоресцирует с эффективностью более 80%, то есть 80% УФ-фотонов преобразуются в фотоны видимого света (остальные преобразуются в тепло). Комбинированный спектр ртути и люминофора дает характерный свет люминесцентной лампы. Люминесцентные лампы преобразуют более 20% электрической энергии в свет, что в 10 раз эффективнее, чем лампы накаливания. Кроме того, они генерируют только около одной трети тепла, которое выделяет лампа накаливания, что значительно снижает тепловыделение при том же количестве света.
Хотя флуоресцентный свет приближается к естественному белому свету, спектр флуоресцентного света не является непрерывным спектром лампы накаливания. На рисунке 3 показано сравнение двух типов лампочек. Лампа накаливания излучает непрерывный спектр, приближаясь к черному телу. Однако флуоресцентный свет состоит из широких, но дискретных частей спектра.
Это то, что составляет воспринимаемую разницу между мощностью двух разных типов лампочек.
Рисунок 3: Сравнение спектров (а) лампы накаливания и (б) типичного люминесцентного света. Лампа накаливания дает непрерывный спектр, а флуоресцентный свет дает дискретные линии, типичные для спектра ртути и люминофора.
(Хотите быстро определить, является ли свет лампы накаливанием или флуоресцентным? Воспользуйтесь компакт-диском или DVD-диском, чтобы создать спектр лампы — крошечные бороздки на диске действуют как решетка. Если свет лампы накаливания, вы увидеть полный спектр.Если свет флуоресцентный, спектр будет разделен на определенные цвета, как на рисунке 3. Попробуйте! Это не повредит диску.)
Компактные люминесцентные лампы (КЛЛ) стали модной заменой обычных лампочек в лампах. Хотя они были впервые построены в середине 1970-х годов, они не были коммерчески доступны до середины 1990-х годов и с тех пор пользуются все большей популярностью. Почему им потребовалось так много времени, чтобы стать коммерчески жизнеспособными? Потому что для таких маленьких ламп нужно было разработать новые балласты.
Требуется стандартная 4-футовая люминесцентная лампа, ну, 4 фута для установки, и балласт может быть такого же большого размера. Но чтобы вставить люминесцентную лампу в настольную лампу, потребовалось, чтобы балласт был намного меньше, если вся конструкция должна была заменить вашу стандартную лампу накаливания мощностью 100 Вт.
Дэвид В. Болл — профессор химии Кливлендского государственного университета в Огайо. Многие из его колонок «Базовый уровень» были перепечатаны как The Basics of Spectroscopy , доступными через SPIE Press.Профессор Болл рассматривает спектроскопию с точки зрения физической химии, потому что это его опыт. Недавно он работал заслуженным приглашенным профессором в Академии ВВС США, но сейчас вернулся домой в Огайо. С ним можно связаться по адресу [email protected].
Дэвид В. Болл
Что такое флуоресцентное освещение?
Понимание того, как работают люминесцентные лампы, начинается с базового понимания того, как производится свет.
Основная единица света — световой фотон, который испускается атомом, когда его электроны получают энергию.Как вы, возможно, знаете, электроны — это отрицательно заряженные частицы, которые вращаются вокруг положительно заряженного ядра атома. Электроны имеют разные уровни энергии и движутся, когда энергия приобретается или теряется атомом. Когда тепло передает энергию атому, электроны быстро переходят на другую орбиталь и почти мгновенно возвращаются в исходное положение. Когда происходит обратный прыжок, дополнительная энергия может выделяться в виде светового фотона, создавая свет.
Мы все слышали, что люминесцентные лампы более эффективны, чем лампы накаливания, но почему? Люминесцентные лампы используют более энергоэффективный процесс получения света, который мы видим.Основное различие между лампами накаливания и флуоресцентным освещением заключается в процессе стимуляции атомов. Лампы накаливания возбуждают атомы за счет выделения тепла, что приводит к избытку неиспользованной тепловой энергии.
С другой стороны, люминесцентные лампы используют химическую реакцию для возбуждения атомов без такой же избыточной тепловой энергии. Оба типа лампочек излучают ультрафиолетовый свет, невидимый для человека. Но только в люминесцентных лампах используется вещество, которое преобразует ультрафиолетовый свет в видимый свет, что приводит к меньшим потерям энергии.
Обычная люминесцентная лампа представляет собой стеклянную оболочку в форме трубки с электродом на каждом конце для подключения к источнику электроэнергии. Порошок люминофора покрывает внутреннюю часть трубки, и в нем содержится небольшое количество ртути и инертного газа. Когда ток течет к электродам и между ними, электроны перемещаются по длине трубки, создавая энергию, которая преобразует часть ртути в газ. Когда некоторые из движущихся атомов и электронов вступают в контакт с атомами ртути, электроны возбуждаются, переходят на новую орбиталь и испускают световые фотоны, возвращаясь на исходную орбиталь.
Однако свет, создаваемый этой химической реакцией, в основном находится в ультрафиолетовом диапазоне, который, опять же, не воспринимается человеческим глазом.
Люминофорный порошок, покрывающий люминесцентную лампу, служит важной цели преобразования света в видимый свет. Когда световые фотоны, созданные в результате химической реакции, сталкиваются с люминофором, энергия возбуждает электроны люминофора, испуская видимый свет. Люминофоры являются причиной белого света, который мы обычно видим от люминесцентных ламп.
Популярность люминесцентного освещения растет, поскольку потребители становятся более экологически сознательными и ищут энергосберегающие решения. Когда-то широко распространенные в основном в больших офисных зданиях и школах, люминесцентные лампы теперь производятся со стандартным цоколем, что делает их совместимыми с более распространенными домашними осветительными приборами.
Об авторе: Джон Биллингтон — президент и главный исполнительный директор Five Rivers Inc., ведущего интернет-провайдера домашнего освещения, освещения и декора для ванных комнат.Для получения дополнительной информации посетите www.fiverivers.
com.
Флуоресцентная микроскопия
Создано Джорджем Райсом, Государственный университет Монтаны
Что такое флуоресцентная микроскопия?Флуоресцентный микроскоп во многом похож на обычный световой микроскоп с дополнительными функциями, расширяющими его возможности.
- В обычном микроскопе используется видимый свет (400-700 нанометров) для освещения и получения увеличенного изображения образца.
- С другой стороны, флуоресцентный микроскоп использует источник света гораздо большей интенсивности, который возбуждает флуоресцентные частицы в интересующем образце. Этот флуоресцентный элемент, в свою очередь, излучает свет с более низкой энергией и большей длиной волны, что дает увеличенное изображение вместо исходного источника света.
Флуоресцентная микроскопия часто используется для визуализации специфических особенностей небольших образцов, таких как микробы. Он также используется для визуального улучшения трехмерных объектов в небольших масштабах.
Это может быть достигнуто путем прикрепления флуоресцентных меток к антителам, которые, в свою очередь, прикрепляются к целевым функциям, или путем окрашивания менее специфическим способом. Когда отраженный свет и фоновая флуоресценция фильтруются в этом типе микроскопии, целевые части данного образца могут быть отображены. Это дает исследователю возможность визуализировать желаемые органеллы или уникальные особенности поверхности интересующего образца. Конфокальная флуоресцентная микроскопия чаще всего используется для подчеркивания трехмерной природы образцов.Это достигается за счет использования мощных источников света, таких как лазеры, которые можно точно сфокусировать. Эта фокусировка повторяется многократно на одном уровне образца за другим. Чаще всего программа реконструкции изображений объединяет данные многоуровневого изображения в трехмерную реконструкцию целевого образца.
Рисунок, показывающий фильтры и зеркало в флуоресцентном микроскопе из Википедии
В большинстве случаев интересующий образец помечается флуоресцентным веществом, известным как флуорофор, а затем освещается через линзу более мощным источником энергии.
Освещающий свет поглощается флуорофором (теперь прикрепленным к образцу) и заставляет их излучать более длинный свет с меньшей длиной волны. Этот флуоресцентный свет можно отделить от окружающего излучения с помощью фильтров, предназначенных для этой конкретной длины волны, позволяя зрителю видеть только то, что флуоресцирует.
Основная задача флуоресцентного микроскопа состоит в том, чтобы позволить возбуждающему свету излучать образец, а затем отсортировать гораздо более слабый излучаемый свет из изображения.Во-первых, у микроскопа есть фильтр, который пропускает только излучение с определенной длиной волны, которая соответствует вашему флуоресцентному материалу. Излучение сталкивается с атомами в вашем образце, и электроны возбуждаются до более высокого уровня энергии. Когда они расслабляются до более низкого уровня, они излучают свет. Чтобы стать обнаруживаемым (видимым человеческим глазом), флуоресценция, испускаемая образцом, отделяется от гораздо более яркого возбуждающего света во втором фильтре.
Это работает, потому что излучаемый свет имеет более низкую энергию и большую длину волны, чем свет, который используется для освещения.
Большинство флуоресцентных микроскопов, используемых сегодня в биологии, являются эпифлуоресцентными микроскопами, что означает, что и возбуждение, и наблюдение флуоресценции происходят над образцом. Большинство из них используют ксеноновые или ртутные газоразрядные лампы для более интенсивного источника света.
Заявки:Усовершенствование эпифлуоресцентных микроскопов и появление более мощных сфокусированных источников света, таких как лазеры, привело к появлению более технически совершенных прицелов, таких как конфокальные лазерные сканирующие микроскопы и флуоресцентные микроскопы полного внутреннего отражения (TIRF).
CLSM — бесценный инструмент для создания трехмерных изображений с высоким разрешением подповерхностных слоев таких образцов, как микробы. Их преимущество в том, что они могут создавать резкие изображения толстых образцов на разной глубине, снимая изображения по точкам и реконструируя их с помощью компьютера, а не просматривая целые изображения через окуляр.
Эти микроскопы часто используются для —
- Отображение структурных компонентов небольших образцов, таких как клетки
- Проведение исследований жизнеспособности популяций клеток (живые они или мертвые?)
- Визуализация генетического материала внутри клетки (ДНК и РНК)
- Просмотр конкретных клеток в большей популяции с помощью таких методов, как FISH
- Брэдбери, С.и Evennett, P., Флуоресцентная микроскопия, Контрастные методы в световой микроскопии. , BIOS Scientific Publishers, Ltd., Оксфорд, Соединенное Королевство (1996).
Canon: Технологии Canon | Canon Science Lab
Для этого сайта требуется браузер с поддержкой JavaScript.
Лампы накаливания и люминесцентные лампы
Мы не можем производить солнечный свет, но мы можем создать подобное освещение. Примеры включают лампы накаливания и люминесцентное освещение.
То, что излучает свет, известно как источник света.
Источники света можно разделить на источники естественного света, такие как солнце, звезды, молния и биолюминесценция, и источники искусственного света, включая лампы накаливания, флуоресцентное освещение и натриевые лампы. Их также можно классифицировать по характеристикам интенсивности света, то есть постоянным источникам света, которые излучают одинаковое количество света в течение фиксированного периода времени (например, солнце и лампы накаливания), и источникам света, которые меняются во времени.Люминесцентное освещение может казаться постоянным, но на самом деле оно изменяется в соответствии с частотой источника питания. Человеческий глаз просто не способен обнаруживать такие быстрые изменения.
Лампа накаливания светит из-за тепла
Лампа накаливания кажется желтоватой по сравнению с флуоресцентным светом. Это потому, что лампы накаливания производят свет от тепла. В лампе накаливания нагревается нить.
Нити накаливания сделаны из двойных спиралей вольфрама, одного из видов металла.Вольфрам имеет высокое электрическое сопротивление, заставляя его светиться (накаливаться) при прохождении электрического тока. Электрический ток из-за высокого электрического сопротивления приводит к нагреву из-за трения между материалом и электронами, которые проходят через материал. Вольфрам используется для изготовления нитей лампы накаливания, поскольку он чрезвычайно устойчив к плавлению при высоких температурах. Он также не горит, потому что в лампы накаливания впрыскивается газ, чтобы удалить весь кислород.
Лампа накаливания была изобретена Томасом Эдисоном в 1879 году.В то время нити представляли собой карбонизированные волокна, изготовленные путем удушения определенного вида бамбука, выращенного в Киото, Япония, но в наши дни для производства лампочек используются различные материалы и методы. Есть много типов лампочек, каждая из которых имеет свое предназначение. Например, есть кремнеземные лампы с частицами кремнезема, электростатически нанесенными на их внутреннюю поверхность для значительного улучшения светопропускания и рассеивания, криптоновые лампы, в которые впрыскивается криптон (более высокий атомный вес, чем обычно используемый газ аргон) для увеличения яркости, и рефлекторные лампы, в которых используется высокоэффективный газ.
отражающий алюминий на их внутренней поверхности.
Флуоресцентный свет сложнее, чем кажется
Флуоресцентный свет, распространенный вид освещения в офисах, имеет более сложный механизм излучения света, чем лампа накаливания. Ультрафиолетовые лучи, создаваемые люминесцентными лампами, преобразуются в видимый свет, который мы можем видеть. Здесь важную роль играют явления электрического разряда, а также «возбужденное состояние» и «основное состояние» электронов. Начнем с рассмотрения основной конструкции люминесцентной лампы.Люминесцентные лампы представляют собой тонкие стеклянные трубки, покрытые люминесцентным материалом на своей внутренней поверхности.
Пары ртути впрыскиваются внутрь, а электроды прикреплены к обоим концам. При приложении напряжения электрический ток течет в электродах, заставляя нити на обоих концах нагреваться и начать испускать электроны. Затем небольшая газоразрядная лампа внутри люминесцентной лампы выключается; Электроны испускаются из электрода и начинают течь к положительному электроду.
Именно эти электроны производят ультрафиолетовый свет.
Столкновение электронов и атомов внутри люминесцентных ламп
Давайте подробнее рассмотрим механизм излучения ультрафиолетовых лучей флуоресцентным светом. Электроны, испускаемые электродом, сталкиваются с атомами ртути, составляющими пар внутри стеклянной трубки. Это заставляет атомы ртути переходить в возбужденное состояние, в котором электроны на внешней орбите атомов и молекул получают энергию, заставляя их прыгать на более высокую орбиту.
Возбужденные атомы ртути постоянно пытаются вернуться в свое прежнее низкоэнергетическое состояние (основное состояние), потому что они очень нестабильны. Когда это происходит, разница в энергии между двумя орбитальными уровнями высвобождается в виде света в форме ультрафиолетовых волн. Однако, поскольку ультрафиолетовые лучи не видны человеческому глазу, внутренняя часть стеклянной трубки покрыта флуоресцентным материалом, который преобразует ультрафиолетовые лучи в видимый свет.
Именно это покрытие заставляет люминесцентные лампы светиться белым.Люминесцентные лампы не всегда прямые. Они бывают и в других формах, таких как кольца и луковицы. Некоторые типы люминесцентных ламп претерпели гениальные модификации, например, лампы, использующие металлическую линию на внешней поверхности трубки (тип быстрого запуска), устраняющую необходимость в газоразрядной лампе внутри.
Белые светодиоды, используемые в освещении
Светодиоды, используемые в освещении, излучают белый свет, похожий на солнечный. Белый свет создается, когда присутствуют три основных цвета света — RGB (красный, зеленый и синий).Сначала были только красные и зеленые светодиоды, но развитие синих светодиодов привело к разработке белых светодиодов для использования в освещении.
Есть два способа создать белые светодиоды. Первый — это «многокристальный метод», в котором комбинируются все три светодиода основного цвета, а второй — «однокристальный метод», в котором сочетаются люминофор и синий светодиод.
Многокомпонентный метод с использованием трех цветов требует баланса между яркостью и цветом для обеспечения равномерного освещения и требует, чтобы каждый из трех цветных чипов был оснащен цепью питания.
Это стало причиной разработки однокристального метода, который излучает почти белый (квази-белый) цвет с использованием одного синего светодиода и желтого люминофора. Это потому, что смешанные синий и желтый свет кажутся человеческому глазу почти белыми.
Используя однокристальный метод, были разработаны белые светодиоды, в которых используется синий светодиод в сочетании с желтым + красным люминофором или зеленым + красным люминофором для достижения более естественного белого света на основе светодиодов. Кроме того, недавно были разработаны светодиоды, которые излучают ближний ультрафиолетовый свет (светодиод ближнего ультрафиолетового света: длина волны 380–420 нм), и их использование в качестве источника возбуждающего света привело к появлению белых светодиодов, способных излучать весь видимый световой диапазон.
Источники света имеют «цветовую температуру»
В нашей повседневной жизни мы часто замечаем, что цвет одежды, видимый при флуоресцентном освещении в помещении, выглядит по-другому при солнечном свете на открытом воздухе и что одна и та же еда кажется более аппетитной при освещении лампами накаливания, чем при флуоресцентном. Вы когда-нибудь задумывались, что вызывает такие различия? Мы видим цвет объекта, когда свет падает на него и отражается обратно в наши глаза. Короче говоря, цвета, которые мы воспринимаем, изменяются в соответствии с составляющей длины волны источника света, освещающего объекты, которые мы видим.Это приводит к вышеупомянутым различиям, которые мы воспринимаем в освещении одежды и пищи.
Различия в цвете обозначаются «цветовой температурой». Цветовая температура — это числовое значение, представляющее цветность, а не температуру источника света. Все предметы излучают свет при нагревании до чрезвычайно высокой температуры. Цветовая температура указывает, какой цвет мы бы увидели, если бы нагревали до определенной температуры объект, который вообще не отражает свет, то есть «черное тело».
Единица измерения, используемая в этом случае, — градусы Кельвина. Низкотемпературные объекты кажутся красными, а по мере нагрева становятся синими.
Как видно из таблицы ниже, цветовая температура красноватых цветов низкая, а синеватых — высокая. Цветовая температура используется для таких целей, как настройка цвета на мониторе компьютера.
Цветовая температура и источники света
| Цветовая температура | Источник света |
|---|---|
| 10 000 | Ясное небо |
| 9 000 | Мутное небо |
| 8000 | |
| 7 000 | Облачное небо |
| 6 000 | Лампа проблесковая |
| 4,500 | Белая люминесцентная лампа |
| 4,000 | |
| 3,500 | Вольфрамовая лампа, 500 Вт |
| 3 000 | Восход, закат |
| 2,500 | Лампочка 100 Вт |
| 2 000 | |
| 1000 | Свечи |
