Почему некоторые вещи светятся под ультрафиолетом
Опубликовано · 4 мин чтения
Жёлтый маркер под УФ-лампой будто загорается изнутри. Некоторые вещества поглощают энергию ультрафиолета и почти сразу излучают видимый свет. Такое свечение называется флуоресценцией. Оно встречается и в чернилах, и в минералах, и даже в банановой кожуре.
Откуда берётся свечение?
Ультрафиолет находится за фиолетовым краем видимого спектра: наши глаза его обычно не воспринимают. Но флуоресцентное вещество может поглотить его энергию и отдать часть этой энергии видимым светом.
У маркера так работают специальные красители в чернилах. В темноте свечение заметнее, потому что яркий окружающий свет ему не мешает. Обычная флуоресценция продолжается только при подсветке.
Почему белая футболка становится голубоватой?
Некоторые белые вещи под УФ светятся голубоватым светом. Причиной могут быть оптические отбеливатели, которые попадают на ткань при производстве или стирке.
Эти вещества поглощают ультрафиолет и излучают голубой свет. При обычном освещении это помогает ткани казаться белее, а под УФ в тёмной комнате свечение становится особенно заметным. Поэтому две белые футболки могут вести себя по-разному: всё зависит от их состава и обработки.
Минерал меняет цвет
Некоторые образцы флуорита под УФ светятся синим или фиолетовым. Именно от названия этого минерала произошло слово «флуоресценция».
На цвет и яркость влияют примеси в кристалле. Поэтому два похожих камня могут светиться по-разному, а некоторые образцы почти не светятся.
У банана появляются голубые кольца
В кожуре созревающего банана распадается хлорофилл - зелёный пигмент. Некоторые продукты его распада флуоресцируют голубым под УФ.
Такие кольца возникают не вокруг каждого пятна. А их яркость на фотографии зависит ещё и от подсветки и условий съёмки.
Бабочка: цвет и свечение могут работать вместе
У африканской бабочки Papilio nireus на тёмных крыльях видны сине-зелёные полосы. В их чешуйках исследователи обнаружили пигмент, который поглощает фиолетовый свет и флуоресцирует синим.
Но привычную окраску крыла нельзя объяснить одним свечением. Внутри чешуек есть тонкие слои: отражённые ими световые волны складываются, усиливая одни цвета и ослабляя другие. Пигмент дополнительно отсекает часть спектра. В результате цвет полос меньше меняется при взгляде под разными углами.
В обычном освещении вклад флуоресценции в этот цвет невелик. Поэтому яркая бабочка на фотографии ещё не доказывает, что перед нами свечение: похожий видимый результат может возникать благодаря разным оптическим механизмам.
Зубы тоже способны флуоресцировать
Эмаль и дентин обладают собственными флуоресцентными свойствами: при подходящем УФ-освещении они излучают видимый свет. Для этого не обязательно пользоваться специальной зубной пастой.
Материалы пломб и других реставраций тоже могут флуоресцировать, причём их свечение отличается по яркости и спектру. Исследователи используют эту разницу при осмотре зубов, чтобы лучше различать материалы, похожие при обычном освещении. Здесь снова работает общий принцип: источник даёт энергию, а вещество возвращает часть этой энергии видимым светом.
Прозрачный тоник светится голубым
Тоник с хинином при обычном освещении выглядит почти бесцветным. Под ультрафиолетом хинин поглощает энергию подсветки и излучает голубой свет.
У прозрачной воды без хинина такого яркого голубого свечения обычно нет. Важен состав жидкости: прозрачность сама по себе ничего не говорит о том, как она поведёт себя под УФ.
А звёздочки на потолке?
Светящиеся наклейки могут продолжать светиться после выключения лампы: их материал постепенно отдаёт накопленную энергию. Это фосфоресценция.
Сначала звёздочки поглощают свет, пока в комнате включена лампа. После её выключения они ещё некоторое время светятся и постепенно тускнеют. Продолжительность и яркость зависят от материала наклеек и предшествующего освещения.
Главное различие - что происходит после выключения подсветки. Обычная флуоресценция почти сразу гаснет, а фосфоресценция оставляет заметное послесвечение.
Что объединяет эти примеры?
Во всех этих случаях вещество получает энергию от света и затем излучает свет само. Но хранить полученную энергию разные материалы умеют по-разному.
- Маркерам, оптическим отбеливателям и хинину нужна подсветка: после её выключения обычная флуоресценция почти сразу исчезает.
- Фосфоресцентные наклейки отдают накопленную энергию постепенно, поэтому могут светиться уже в темноте.
- Видимый цвет предмета не предсказывает результат: бесцветный тоник может светиться голубым, а похожие белые футболки - давать разную яркость.
Так что, увидев светящийся предмет, полезно выяснить две вещи: что его освещает и продолжает ли он светиться, когда этот источник выключают.
Если хочется увидеть флуоресценцию в домашнем опыте, у нас есть «Светящиеся цветы: опыт с фломастером и ультрафиолетом» с инструкцией и правилами безопасности.
Источники
- Американское химическое общество, Make a Glowing Sign;
- музей Calvin University, Fluorescent Minerals;
- Moser и соавторы, PNAS, 2009, исследование флуоресценции банановой кожуры;
- Bueno и соавторы, AIChE Journal, 2018, исследование оптических отбеливателей на хлопковых тканях;
- UCAR Center for Science Education, учебный материал о свечении тоника;
- Thermo Fisher Scientific, исследование флуоресценции и фосфоресценции пластиков;
- Wilts и соавторы, Journal of Experimental Biology, 2012, исследование пигмента и окраски крыльев бабочек;
- Hermanson и соавторы, 2008, исследование флуоресценции зубных тканей и реставрационных материалов.
