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荧光材料会产生有害辐射吗?

浏览次数:1300      日期:2014-02-24

       通常意义上来说,荧光材料指的是受到电子束或特定频率的光(射线)照射后能发出某种可见光的一类材料。比如经常在犯罪现场中看到用来检验血痕的鲁米诺(Luminol)试剂,与血液中的铁(一说为血红素)发生反应后用紫外线照射即发出蓝色荧光。  

  早在1575年,就有人在阳光下观察到菲律宾紫檀木切片的黄色水溶液呈现极为可爱的天蓝色。1852年,G.G.斯托克斯用分光计观察奎宁和叶绿素溶液时,发现它们所发出的光的波长比入射光的波长稍长,由此判明这种现象是由于物质吸收了光能并重新发出不同波长的光线,而不是光的漫射作用引起的,斯托克斯称这种光为荧光。以稀土化合物作为原料的荧光材料,历经约50年的发展后,凭借其吸收能力强、转换率高、物理化学性质稳定、有丰富的能级和4f电子跃迁等特性,有取代传统荧光材料并成为主流的趋势。

  荧光是如何发出来的

  荧光是物质从激发态失活到多重性相同的低能状态时所释放的辐射,最常见的是吸收紫外线后发出可见光。化合物能够产生荧光的最基本的条件是它发生多重性不变的跃迁时所吸收的能量小于断裂最弱的化学键所需要的能量。其次,在化合物的结构中必须有荧光基团如=C=O、-N=O、-N=N、=C=N-、=C=S等。

  对于具有荧光特性的分子来说,在吸收了入射光的能量后,里面的电子就像在森林中奔跑的小白兔一样,从基态S0跑到(实质是电子跃迁)具有相同自旋多重度[5]的激发态S2那里玩:S0+hvex→S2(h为普朗克常数,vex为入射光光子的频率)。处于激发态的电子可以通过各种不同的途径释放其能量回到基态:比如电子可以从S2经由非常快的内转换过程(这个过程所用时间比10-12秒还短),在不发出任何辐射的情况下跃迁至能量稍低并具有相同自旋多重度的激发态S1,然后再马不停蹄地从S1以发光的方式释放出能量回到基态S0:S1→S0+hvf,于是我们就看到荧光了。

  对于发光细胞而言,荧光是氧化反应的“产物”,因此必要条件是有氧的环境。细胞中的发光酵素及醛类发光基质在氧气与能量物质(来自黄素单核酸,有别于萤火虫)的参与下共同反应从而发出荧光,这种荧光称为生物荧光。

  我们生活中的那些荧光

  夜光涂料(材料)

  夜光涂料,指的是能在黑暗中能发光的一类材料,分为自发光型和蓄光型两种。其中自发光型夜光材料的基本成分为放射性材料,不需要从外部吸收能量,可持续发光,其放射性可能对人体造成一定危害(视成分而定),故应用时受限制较大;而蓄光型夜光材料很少会使用放射性物质,主要是靠吸收外部的光能再进行缓慢释放,而且要储备足够的光能才能保证持续一段时间发光,使用基本不受限制,但辉度不如自发光型材料。近年来,蓄光材料朝着无毒无放射方向发展,铝系、钡锶系掺入稀土元素经高温烧结而得的蓄光材料,亮度是传统材料的上百倍。

  反光材料

  这种材料广泛应用在各种交通指示牌。最早是美籍华裔科学家董棋芳博士研发出定向玻璃微珠,而后各式反光布、反光涂料才相继问世。其实目前的交通指示牌分为两类:一类是完全反光材料,即依靠将入射光线反射回去达到警示目的;另一类是光致发光,不仅仅能反光,还能在受到光照时能辐射出光子,比普通的反光材料看上去更醒目,比如硫系材料。这些通常情况下都不会产生对人体有害的辐射,但至于其是否具有化学毒性就得看具体成分具体分析了。

  荧光棒和荧光钥匙扣

  节日晚会、各种演唱会上必用到的荧光棒里面主要由三种物质组成:过氧化物、酯类化合物和荧光染料。把它摇几下或者抖几下后,过氧化物和酯类化合物发生反应,再将反应后的能量传递给荧光染料,最后由染料发出荧光,整个过程中都不会发出伤害人体的射线。虽然荧光棒不会放出有害射线,但是里面的液体不可食用,也应尽量避免与皮肤接触,特别是眼睛。所以,只要你不拿刀子剪刀去破坏、不用力扭曲荧光棒,拿去尽情地摇吧!

  荧光钥匙扣也是类似原理。使用时只要和使用荧光棒一样注意不对它施暴,那么它在你身边只会给你带来方便,潜在危险仍然来自于里面化学成分的毒性而不是辐射。

  再附上个关于荧光棒的小知识:荧光棒发光时间的长短与环境温度成反比,即所处环境温度越高,荧光棒的发光时间越短。所以当手中的荧光棒变暗时,可以将其放入冰箱或者冰柜中,低温环境能抑制两种液体的化学反应,需要的时候再拿出来,这样就能重复使用了。