Зачем экран покрывали специальным флуоресцирующим веществом

Рассмотрите и проанализируйте рисунок в учебнике. • Почему Резерфорд в опыте использовал пучок быстро движущихся а-частиц?

Пожалуйста, войдите или зарегистрируйтесь для публикации ответа на этот вопрос.

решение вопроса

Связанных вопросов не найдено

Обучайтесь и развивайтесь всесторонне вместе с нами, делитесь знаниями и накопленным опытом, расширяйте границы знаний и ваших умений.

• Все категории
• экономические 43,679
• гуманитарные 33,657
• юридические 17,917
• школьный раздел 612,708
• разное 16,911

Популярное на сайте:

Как быстро выучить стихотворение наизусть? Запоминание стихов является стандартным заданием во многих школах.

Как научится читать по диагонали? Скорость чтения зависит от скорости восприятия каждого отдельного слова в тексте.

Как быстро и эффективно исправить почерк? Люди часто предполагают, что каллиграфия и почерк являются синонимами, но это не так.

Как научится говорить грамотно и правильно? Общение на хорошем, уверенном и естественном русском языке является достижимой целью.

• Обратная связь
• Правила сайта

Флюоресценция

Флюоресце́нция или флуоресце́нция — физический процесс, одна из разновидностей люминесценции, способность некоторых веществ преобразовывать полученную энергию и делаться особым образом самосветящимися под влиянием стороннего источника облучения, зачастую — невидимого. Термин «флуоресценция» происходит от названия фторсодержащего минерала флюорита, у которого она впервые была обнаружена, с прибавлением латинского суффикса „-escent“, означающего слабое действие. Значительно позднее, в 1852 году флуоресценцию хинина и его производных наблюдал и теоретически обосновал английский физик Джордж Стокс.

Спектр света флуоресценции всегда сдвинут относительно спектра поглощения в сторону длинных волн. Это явление получило название «Стоксова сдвига». Его причиной являются так называемые релаксационные процессы. В результате поглощения веществом часть энергии фотона теряется, так что новый испускаемый фотон всегда имеет меньшую энергию, и, соответственно, большую длину волны. Флуоресценцию не следует путать с фосфоресценцией. К флуоресценции способны многие органические вещества. Наиболее известными являются хинин, метиловый зелёный, метиловый синий, феноловый красный, флуоресцеин, эозин, хлорофилл, родамины и многие другие.

Флюоресценция в определениях и коротких цитатах [ править ]

. нѣкоторые зеленые плавики Нерчинскіе полежавъ до десяти минутъ къ свѣту солнца, почти 36 дней потомъ свѣтятся, безъ всякаго нагрѣванія. [1]

. Она желтеет на воздухе, растворима в воде, хотя и не особенно легко; растворы как самой щелочи, так и ее солей обладают довольно сильной голубой флюоресценцией. [2]

Раствор миозина в хлористом аммонии (двоякопреломляющий) всегда; не только опалесцирует, но довольно интенсивно флуоресцирует. [3]

Много «думал Кирхер над объяснением этого странного явления» и, наконец, после многих опытов он нашел настоящую «причину и обещал изложить ее в другом месте; но, к сожалению, позабыл о данном обещании, и потому его отношение к явлению флюоресценции так и осталось для нас загадкой. [4]

Флуоресценцией мы называем то самосвечение многих твёрдых и жидких тел, которое возбуждается в них лучами света и прекращается вместе с освещением. [5]

. в солнечных лучах урановое стекло светится зелёным, керосин ― голубым, спиртовой зеленый раствор хлорофилла ― красным светом. [5]

. может ли флуоресцирующее тело, возбужденное, помимо электрических разрядов, например, действием солнечного света, сделаться источником Х-лучей? Опыты, предпринятые ими, показали, что ряд флуоресцирующих тел обладают этим свойством и, флуоресцируя, испускают еще лучи, которые проходят через металлы. [5]

Ему дали выпить какой-то розовой жидкости с зеленоватой флуоресценцией и с привкусом мяса, и силы его быстро поднялись. [6]

. причину свечения кометных хвостов следует искать во флуоресценции сильно освещённых газов. [5]

Кафе зияют пустотой. Но стенки улицы сохраняют флюоресценцию многолюдия. [7]

Но отсюда вытекает, между прочим, одно курьёзное следствие. Если разложить свет флуоресцирующего тела в спектр и выделить из какой-нибудь полосы флуоресценции узкую полоску и опять подвергнуть ее разложению, то если свет флуоресценции есть действительно затухающая волна, то должна опять получиться полоса. [8]

…Уже и не светом:
Каким-то свеченьем светясь…
Не в этом, не в этом
ли ― и обрывается связь. [9]

Теория Комптона до некоторой степени объединяет явления рассеяния света и флюоресценции (или резонансного излучения). <. >С этой точки зрения опыты Ньютона с настойкой нефритового дерева — отдаленный прообраз опытов Комптона. [10]

По-видимому, немало затруднений доставила Ньютону желтая настойка неф­ритового дерева, светящаяся синим цветом на дневном свету (флюоресценция эскулина). Если бы настойку удалось осветить чистым крайним фиолетовым светом, принцип Ньютона, по крайней мере для физика XVII в., был бы нарушен, при освещении фиолетовым появилось бы си­нее свечение. Но монохроматор Ньютона оказался недостаточно совершен­ным, хотя он и пользовался коллиматорной установкой с узкой щелью; флюоресценции при однородном освещении Ньютон не заметил. [10]

Ей не хватало средств объяснить, как она понимает это огромное, так затасканное старым миром слово. Что это. недуг, происходящий от одиночества, или просто флуоресценция того клейкого, недолговременного вещества, в которое все мы одеты? [11]

. почему мне легко молиться, когда я активен, и много труднее молча участвовать в чужой молитве? Не тщеславие ли это? Не флуоресценция ли под влиянием чужих лучей? [12]

Если посмотреть, например, на мощный источник ультрафиолетовых лучей ― ртутную кварцевую лампу ― через особое чёрное стекло, задерживающее все видимые лучи и пропускающее ультрафиолетовые, то всё окружающее помещение кажется наполненным синеватым туманом, похожим на табачный дым. Этот «дым» ― флуоресценция глаза, замечаемая сетчаткой. [13]

Падая на стеклянное дно трубки, электроны заставляют его светиться красивым зеленоватым светом. Это свечение ― результат действия налетающих электронов на электроны атомов стекла. Такое свечение называется флюоресценцией. [14]

. в стихах Малларме «от действительности оставалась только едва уловимая флюоресценция». [15]

. странное свечение вызывается флуоресценцией лунной поверхности, происходящей под действием солнечной радиации. [16]

Французский математик Анри Пуанкаре выдвинул гипотезу, говорящую, что испускание лучей Рентгена связано с флюоресценцией стекла в трубке Крукса. [17]

Кюри считал, что радиоактивность все-таки можно объяснить флюоресценцией; она вызывалась, по его мнению, какими-то невидимыми, не доступными наблюдению лучами, пронизывающими весь мир. [17]

Сегодня флуоресценция — рутинный метод изучения молекул в живой клетке и свойств окружающих их структур. [18]

Флюоресценция в научной и научно-популярной литературе [ править ]

Къ разностямъ плавиковъ принадлежитъ также и Хлорофанъ, который фіолетоваго цвѣта, и сопровождается сребристою слюдою; находится въ Нерчинскѣ; на разкаленныхъ угляхъ не трещитъ, и въ довольно большихъ кусочкахъ свѣтится яркимъ изумруднымъ цвѣтомъ, даже при дневномъ свѣтѣ. [1]

По очищении соли кристаллизацией она была разложена, раствор насыщен поташом, и щелочь по отделении от водной жидкости и высушивании на сплавленном поташе употреблена для анализа. Определение в ней С, Н и N показало, что она содержит около 10% кислорода и имеет эмпирическую формулу C₁₀H₉NO, то есть представляет (по составу) ближайший гомолог хинолина (лепидин), к которому присоединен пай кислорода. В чистом состоянии она представляет густую жидкость с запахом, напоминающим несколько хинолин, но более приятным. Она желтеет на воздухе, растворима в воде, хотя и не особенно легко; растворы как самой щелочи, так и ее солей обладают довольно сильной голубой флюоресценцией. [2]

Раствор миозина в хлористом аммонии (двоякопреломляющий) всегда; не только опалесцирует, но довольно интенсивно флуоресцирует, в чем легко можно убедиться с помощью призмы Николя. В солянокислом; растворе миозина флуоресценция выражена значительно слабее, быть может потому, что в кислом растворе кристаллоидные частички миозина находятся в несколько набухшем состоянии. Это же относится и к кислому раствору синтонина. Однопреломляющие модификации обоих веществ, правда, обнаруживают опалесценцию, но ― лишь следы флуоресценции. [3]

Первая из этих реакций, которую я кратко опишу, основана на способности целого класса ароматических соединений давать фталеины при нагревании с фталевым ангидридом и концентрированной серной кислотой; фталеины ― это вещества, характеризуемые сильной зелёной флуоресценцией, ясно выраженной даже в очень слабых их растворах в аммиаке. [3]

Прежде чем говорить о том наблюдении, которое послужило Рентгену точкой отправления его исследований, скажем несколько слов о явлении самосвечения под влиянием электрических разрядов.
Флуоресценцией мы называем то самосвечение многих твёрдых и жидких тел, которое возбуждается в них лучами света и прекращается вместе с освещением; так, в солнечных лучах урановое стекло светится зелёным, керосин ― голубым, спиртовой зеленый раствор хлорофилла ― красным светом, и всегда это свечение пропадает, как только мы на пути освещающих лучей поставим непрозрачное для света тело (например, лист картона или металла). [5]

Те же явления флуоресценции твёрдых тел можно возбуждать не только посредством света, но также и с помощью электрических разрядов: заставляя разряд большой катушки Румкорфа проходить между проводниками, впаянными в стеклянную трубку любой формы, мы заметим, что в том случае, когда давление газа внутри трубки очень мало и не превышает одной миллионной доли нашей атмосферы, каждый разряд бобины сопровождается свечением (флуоресценцией) некоторой части стеклянной оболочки или какого-нибудь тела, помещённого внутри. [5]

В своей работе Рентген доказывает, что флуоресцирующая часть круксовой трубки испускает Х-лучи, но что именно является непосредственною причиной их возбуждения, флуоресценция стекла или возбуждающие её электрические разряды, оставалось открытым. Чтобы решить этот вопрос, названные учёные поставили исследование: может ли флуоресцирующее тело, возбужденное, помимо электрических разрядов, например, действием солнечного света, сделаться источником Х-лучей? Опыты, предпринятые ими, показали, что ряд флуоресцирующих тел обладают этим свойством и, флуоресцируя, испускают еще лучи, которые проходят через металлы и действуют на фотографическую пластинку. [5]

Рентген, исследуя действие флуоресцирующего стекла такой круксовой трубки нашёл, что оно, в свою очередь, возбуждает свечение в телах, способных флуоресцировать, даже если они находятся на значительном расстоянии от трубки; особенно ярко светится при этом двойная циановая соль платины и бария, почему ею и покрывают бумагу для получения флуоресцирующих экранов. Но помещая между флуоресцирующею трубкой и экраном лист совершенно непрозрачного картона, мы не остановим флуоресценции экрана, как в опыте со светом; чтобы убедиться, что не светом обусловливается флуоресценция экрана, Рентген поместил такую трубку в непрозрачный картонный ящик и увидел, что в совершенно темной комнате экран продолжал всё время ярко светиться, пока флуоресцировала трубка. Описанный опыт не мог быть объяснен ни одним до сих пор известным физическим явлением, и Рентген приступил к систематическому изучению его. [5]

Чтобы доказать существование электризации газов хвоста, часто указывают на сходство свечения кометных хвостов со свечением в гейслеровских трубках; такой способ доказательства не выдерживает критики и противоречит принципу сохранения энергии, согласно которому всякое свечение сопряжено с отдачей энергии, а таковое не может иметь места в случае электростатически неизменно заряженных газовых молекул; причину свечения кометных хвостов следует искать во флуоресценции сильно освещённых газов, которую непосредственно опытным путем исследовали Ломмель, Видеман и Шмидт. [5]

Сначала наши глаза ничего не различали; потом смутное алое свечение помогло нам различить какие-то очертания и контуры стальных выступов, шумно трущихся и со звоном ударяющихся друг о друга. Это был свет, сочащийся из самоцветного тела рубинов, вправленных в сталь: их призрачная флуоресценция вела нас своими дрожащими алыми бликами с зубца на зубец. [19]

Открытие Рентгена выявило существование «тёмных» лучей, проникающих материю и действующих на фотографическую пластинку. Беккерель немедленно применил, исходя из флюоресценции, с которой он их связал, эти новые экспериментальные представления к урановым солям, открыв новые лучеиспускания, доказал, что они связаны с атомом урана, получив для него X-лучи и излучения. [20]

А. С. Беккерель, физик с широкими интересами, экспериментально работавший главным образом над электричеством, изучал явление фосфоресценции, систематически, вместе с Био и своим сыном, А. Э. Беккерелем, в 1839 г. Отчасти в связи с этими работами Стокс в 1852 г. открыл названную им флюоресценцией фосфоресценцию урана. [20]

Свет давит на вещество, хотя это давление и крайне незначительно. Свет может производить химические изменения в веществе (фотографическая пластинка, лист растения, загар и пр.). Под действием света из вещества могут выбрасываться составные части атомов ― электроны. При прохождении света вещество может начать светиться само (рассеяние света, флуоресценция, фосфоресценция). Наконец, свет, поглощаясь, нагревает вещество. [13]

Ультрафиолетовые лучи с длинными волнами (примерно, 360 mμ) можно видеть, хотя интенсивность их очень велика. Цвет их фиолетовый. В известном смысле можно «видеть» и лучи с более короткими волнами. Такие лучи сильно поглощаются в хрусталике глаза и не могут дойти до сетчатки. Но, поглощаясь, они вызывают голубую флуоресценцию глаза, которую и видит сетчатка. Если посмотреть, например, на мощный источник ультрафиолетовых лучей ― ртутную кварцевую лампу ― через особое черное стекло, задерживающее все видимые лучи и пропускающее ультрафиолетовые, то все окружающее помещение кажется наполненным синеватым туманом, похожим на табачный дым. Этот «дым» ― флуоресценция глаза, замечаемая сетчаткой. [13]

Падая на стеклянное дно трубки, электроны заставляют его светиться красивым зеленоватым светом. Это свечение ― результат действия налетающих электронов на электроны атомов стекла. Такое свечение называется флюоресценцией. Таким образом благодаря флюоресценции можно отчётливо видеть место падения невидимых глазу электронов на стекло. Но ещё лучше, чем стекло, флюоресцируют под действием электронов некоторые специальные составы, например, вещество сернистый цинк или минерал виллемит . Слоем этих составов и покрывают дно электронно-лучевой трубки. [14]

Возвращаясь к биофотонике отметим: взаимодействие фотонов с молекулами, входящими в состав нашего организма, приводит либо к изменению направления движения первых (рассеянию света), либо к их поглощению; тогда вторые переходят в электронно-возбужденное состояние. Основной метод изучения таких молекул – измерение характеристик люминесценции, т. е. испускания фотона при возвращении их в исходное состояние. В свою очередь, спектр возбуждения и эмиссии, квантовый выход, время затухания свечения и другие параметры флуоресценции дают разнообразную информацию о механизме, энергетике и кинетике внутри- и межмолекулярного перераспределения энергии в системе после поглощения фотона. [18]

Измеряя спектры поглощения, флуоресценции и фосфоресценции, можно рассчитать энергию молекулы в возбужденном состоянии. При этом один из ее электронов способен вылететь в окружающую среду, где его будут держать в плену молекулы замороженного растворителя. Однако при нагревании УФ-облученного объекта становится возможным возвращение электрона с образованием электронно-возбуждённой молекулы, и тогда наблюдается свечение (термолюминесценция) в результате электронного перехода на уровень основного состояния. Хотя конечным итогом сложной схемы реакций, сопровождающих поглощение кванта УФ-излучения, оказывается инактивация белка, первыми их продуктами становятся свободные радикалы аминокислот тирозина, триптофана и цистеина. [18]

Несмотря на то, что рассматриваемая система проста (объект – молекула аминокислоты, воздействие – ультрафиолетовое облучение), мы встречаем здесь все основные явления, которые изучаются в биофотонике и науке о радикалах в гораздо более сложных ситуациях. Это фотофизические процессы (поглощение света молекулой → флуоресценция → переход в триплетное состояние (обращение спина электрона) → фосфоресценция), а также фотохимические (фотоионизация → хемилюминесценция). [18]

Флюоресценция в публицистике и документальной прозе [ править ]

Большой интерес возбудил в Кирхере хамелеон, привезенный в 1639 г. из Палестины одним францисканским монахом: удивительную игру цветов этого животного он, однако, объясняет простой целесообразностью в природе. Особенно интересно его отношение к другому важному открытию: ему привезли из Мексики в подарок кубок, сделанный из дерева, которое называли почечным в связи с его целебным действием при болезнях пузыря и почек. Кирхер заметил, что долго стоявшая в этом кубке вода при рассматривании против света не давала никакого цветного оттенка и была прозрачна; при рассматривании же сверху она казалась окрашенной в различные цвета, но больше всего в яркий голубой цвет. Бойль впоследствии продолжал эти наблюдения и нашел, что настойка почечного дерева в проходящем свете золотисто-желтого цвета, а в отраженном — голубого. Много «думал Кирхер над объяснением этого странного явления» и, наконец, после многих опытов он нашел настоящую «причину и обещал изложить ее в другом месте; но, к сожалению, позабыл о данном обещании, и потому его отношение к явлению флюоресценции так и осталось для нас загадкой. [4]

В связи с Гетевой и Ньютоновой краской д-р Штейнер входит в детальнейшую характеристику краски, многообразия красок, как-то: энтоптической, физиологической, просто-физической и химической красок; блеск, эрудиция, тонкость и широта кругозора отмечает характеристику здесь; о ней автор — молчит; в связи с краскою в тончайшие вопросы науки за собой ведет д-р Штейнер, характеризуя: отношение краски к теплу, фосфоресценцию и флуоресценцию, поляризацию, рефракцию и двойную дифракцию, касается ахроматизма, дальтонизма и субъективного зрения.
Автором все это от читателей спрятано. [22]

Неизменность простого цвета — первый и главный принцип ньютонов­ской оптики. С какой точностью и достоверностью он был установлен? По-видимому, немало затруднений доставила Ньютону желтая настойка неф­ритового дерева, светящаяся синим цветом на дневном свету (флюоресценция эскулина). Если бы настойку удалось осветить чистым крайним фиолетовым светом, принцип Ньютона, по крайней мере для физика XVII в., был бы нарушен, при освещении фиолетовым появилось бы си­нее свечение. Но монохроматор Ньютона оказался недостаточно совершен­ным, хотя он и пользовался коллиматорной установкой с узкой щелью; флюоресценции при однородном освещении Ньютон не заметил, и прин­цип был спасен. Перед нами нередкий пример того, как несовершенство опыта способствует развитию науки. Трудно представить себе путаницу оптических представлений, которая возникла бы, если бы смещение Стокса открыли в XVII в. [10]

Изменение длины волны, или цветности, может до­стигать колоссальных процентных значений для лучей высокой частоты, изменяясь вдвое, втрое и в десятки раз. Для видимой области процент­ное изменение исчезающе мало и лежит за теми пределами, которые были указаны выше. Теория Комптона до некоторой степени объединяет явле­ния рассеяния света и флюоресценции (или резонансного излучения). В том и другом случае при «соударении» кванта с атомом происходит сме­щение электрона в атоме и приобретенная энергия электрона вычитается из кванта hν; постулат постоянства h приводит к необходимости уменьше­ния ν. С этой точки зрения опыты Ньютона с настойкой нефритового де­рева — отдаленный прообраз опытов Комптона. Во всяком случае принцип Ньютона оказался только частным случаем более широкого начала, в сво­ей общей форме мало похожего на принципы постоянства. Но, как вся­кий принцип, основанный на точном опыте, он только обобщился и сохра­нил свою реальную силу в определенных границах. [10]

Для Ньютона толкование колец чередующимися прохождениями и отражениями было единственным. Впоследствии Эйлер объяснял ньютоновы кольца с точки зрения волновой теории резо­нансом тонких слоев на падающие волны. Чередование колец толковалось как обертональный резонанс. Но и в этом представлении энергетическая схема Ньютона была единственной. Резонирующие слои дают отражённый свет, нерезонирующие — пропускают. В наше время, разумеется, нетрудно опровергнуть схему Ньютона фотометрически или, например, таким опы­том. Если слой между линзой и стеклом заполнить флюоресцирующим раствором, то, по Ньютону, флюоресценция должна быть чередующейся яркости (по закону колец). Там, где видно светлое кольцо в отраженном свете, раствор внутри зазора поглощает примерно вдвое больше света, чем в соседних участках. Опыт не даёт колец флюоресценции, и, следовательно, Ньютон не прав. Так, увидав интерференцию, Ньютон её не обна­ружил, потому что для этого нужны были гипотеза или опыт, который во времена Ньютона трудно было осуществить. [10]

А. Беккерель в заседании Парижской академии сделал доклад о лучеиспускании ураном лучей, фотографирующих в темноте, аналогичных X-лучам, открытым Рентгеном месяцев назад. Это было открытие радиоактивности. Первые снимки, присланные В. Рентгеном, были показаны в Парижской академии 20 января 1896 г., и Беккерель немедленно, тогда же, исходя из предполагаемой связи X-лучей с флюоресценцией стекла катодной лампы, начал свои опыты. Он пошел экспериментальным правильным путем, исходя из, по существу, неправильных посылок. Открытие Рентгена выявило существование «тёмных» лучей, проникающих материю и действующих на фотографическую пластинку. Беккерель немедленно применил, исходя из флюоресценции, с которой он их связал, эти новые экспериментальные представления к урановым солям, открыв новые лучеиспускания, доказал, что они связаны с атомом урана, получив для него X-лучи и излучения. [20]

А. Беккерель был прав: неизбежно, по сути дела ― это совершенно новое, никем не предполагавшееся явление ― радиоактивный распад, бренность, определенное время существования атома, должно было быть открыто в семье Беккерелей сейчас же после открытия X-лучей. Ибо только в этой семье научное внимание нескольких поколений физиков было направлено на явления свечения, электричества, действия света (фотографии). [23] Уже А. С. Беккерель, физик с широкими интересами, экспериментально работавший главным образом над электричеством, изучал явление фосфоресценции, систематически, вместе с Био и своим сыном, А. Э. Беккерелем, в 1839 г. Отчасти в связи с этими работами Стокс в 1852 г. открыл названную им флюоресценцией фосфоресценцию урана, которая явилась основой многочисленных позднейших работ А. Э. Беккереля (1859 и следующие), сперва с отцом, потом с сыном, позже открывшим в уране радиевые лучеиспускания. Уже тогда выявились особенности этой фосфоресценции, не выясненные, мне кажется, до конца до сих пор. [20]

Он приходит к выводу, что действительность неминуемо должна испаряться из литературы, живописи, музыки, становящихся всё более дематериализованными. Если уже в стихах Малларме «от действительности оставалась только едва уловимая флюоресценция», то какое же отношение к реальности может иметь поэзия 50-х годов нашего столетия? Самое любопытное, что этот апологет модернизма связывает свои выводы с новейшими достижениями физики в области строения материи. Несомненно, что в современных условиях имеющий множество оттенков модернизм является буржуазным антиподом социалистического реализма. [15]

Только за год до открытия радиоактивности немецкий исследователь Вильгельм Конрад Рентген обнаружил невидимые лучи, проникающие сквозь плотные тела. Это было крупным научным событием. О природе рентгеновых лучей высказывались разные предположения. Французский математик Анри Пуанкаре выдвинул гипотезу, говорящую, что испускание лучей Рентгена связано с флюоресценцией стекла в трубке Крукса. Анри Беккерель занялся проверкой этой идеи. И пришел к неожиданным результатам… [17]

Сначала он держал урановую соль на ярком солнечном свете, затем подносил к ней фотографическую пластинку, завернутую в чёрную бумагу. Если при флюоресценции кроме лучей обычного света выделяются и невидимые лучи, то для них, как и для лучей Рентгена, бумага будет прозрачна. Если пластинка при проявлении останется светлой, рассуждал Беккерель, значит, невидимых лучей нет, и Пуанкаре ошибочно связал х-лучи Рентгена с флюоресценцией. Пластинка почернела. Беккерель был готов заявить о подтверждении гипотезы математика, но, повторив опыт, заметил, что вблизи урановой соли пластинка чернеет даже в том случае, если уран хранился в полной темноте и не подвергался освещению. [17]

Крупнейший французский ученый Пьер Кюри, вместе со своей женой Марией Склодовской-Кюри открывший в урановой руде новый элемент радий, думал так: «Существует некоторый род лучей, не доступных нашим чувствам; радий способен поглощать часть этих лучей и превращать их в энергию радиоактивных тел». Кюри считал, что радиоактивность все-таки можно объяснить флюоресценцией; она вызывалась, по его мнению, какими-то невидимыми, не доступными наблюдению лучами, пронизывающими весь мир. [17]

Рассматривая поверхность Луны через специальные фильтры, американские астрономы <. >обнаружили на поверхности нашего естественного спутника мерцающие красные пятна. Это явление может быть, по-видимому, объяснено двояко: красные пятна свидетельствуют или о том, что на Луне есть месторождения газа, который вытекает через трещины, или же столь странное свечение вызывается флуоресценцией лунной поверхности, происходящей под действием солнечной радиации. [16]

В таком состоянии кометы называют «грязным айсбергом» или «грязным снежком», поскольку половина ее вещества ― лёд. Пока ядро в замерзшем состоянии, его видно только по отраженному солнечному свету. При возникновении комы пыль отражает гораздо больше света, а газ начинает светиться под действием ультрафиолетового излучения. На расстоянии около пяти астрономических единиц от Солнца флюоресценция становится интенсивней отражённого света. Параллельно идут химические реакции с выделением водорода, который образует длинный водородный хвост. Его свечение не видно с Земли, потому что оно поглощается земной атмосферой, но оно хорошо заметно со спутников. [24]

Из четырёх ныне известных законов люминесценции (закон Стокса, правило Каши, закон Вавилова и правило Левшина) два последних — независимость квантового выхода люминесценции от длины волны и закон зеркальной симметрии спектров поглощения и флуоресценции — сформулированы отечественными учеными. Сергею Вавилову вместе с немецким физикохимиком Теодором Фёрстером принадлежит также доказательство и объяснение эффекта переноса энергии электронного возбуждения между молекулами (1946 г.). Александр Теренин в 1943 г. одновременно с американским физикохимиком Гильбертом Льюисом (иностранный почетный член АН СССР с 1942 г.) объяснил фосфоресценцию как результат перехода молекулы в основное состояние из триплетного (в котором имеется два электрона с параллельными спинами, в отличие от обычных молекул, где спины всех пар электронов антипараллельны, т. е. направлены в противоположные стороны). Впрочем, попытки обнаружить ее предпринимали еще в середине XIX в., но те, кто тогда описал это явление, в действительности наблюдали лишь свечение примесей в видимой области спектра. Доказательство же того, что в ультрафиолетовой области флуоресцируют сами белки, получили Вирджи Шор и Артур Парди (США) в 1956 г. (правда, они не измеряли спектры свечения). [18]

Сегодня флуоресценция — рутинный метод изучения молекул в живой клетке и свойств окружающих их структур. Одним из пионеров в этой области был Александр Красновский: во второй половине 1940-х годов до появления фотоумножителей, в Институте биохимии им. А. Н. Баха АН СССР он получил уникальные данные о состоянии хлорофилла в листьях растений, используя визуальный флуориметр. Под его руководством в МГУ им. М. В. Ломоносова мы в середине 1950-х годов начали изучение люминесценции белков. [18]

Флюоресценция в мемуарах, письмах и дневниковой прозе [ править ]

Хорошо известен спор против теории флуоресценции Ломмеля; он утверждал, что все явления могут быть истолкованы, исходя лишь из теории резонанса (между прочим и закон Стокса), если только допустить, что мы имеем здесь затухающие колебания; понятно с его точки зрения, почему в этом случае, несмотря на монохроматический свет, мы имеем вообще полосы, а не линии. Затухающее колебание может быть по теории Фурье разложено в известный континуум волн, дающий, следовательно, светлую полосу. [8]

Но отсюда вытекает, между прочим, одно курьёзное следствие. Если разложить свет флуоресцирующего тела в спектр и выделить из какой-нибудь полосы флуоресценции узкую полоску и опять подвергнуть ее разложению, то если свет флуоресценции есть действительно затухающая волна, то должна опять получиться полоса, причем вообще она даже будет занимать другое место на скале длин волн. Аналогичные рассуждения над целым рядом подобных примеров (увы! за недостатком времени и сил пока приходится только рассуждать, тогда как следовало бы мерить) приводят к убеждению, что при оценке состава света, разложенного в спектральном приборе, слишком как будто мало до сих пор обращали внимания на роль рассеивающей свет материи. [8]

И обратно — как легко служить молебен или панихиду хорошо знакомым людям или таким, в которых чувствуешь добрых богомольцев, когда они стоят близко около аналоя, вникают в слова молитв. Но почему мне легко молиться, когда я активен, и много труднее молча участвовать в чужой молитве? Не тщеславие ли это? Не флуоресценция ли под влиянием чужих лучей? [12]

Вам известно, что теперешних работ, основанных на квантовой теории, я не знаю, но Л. И. Мандельштам рассказал мне следующее: С. И. Вавилов при изучении флуоресценции, возбуждаемой радиоактивными веществами, заметил, что иногда свечение жидкости носит другой характер, чем обычная флуоресценция; он тогда предложил аспиранту Черенкову исследовать этот вопрос экспериментально. Черенков произвёл множество трудных опытов и нашёл ряд закономерностей в явлении, отмеченном Вавиловым. Результаты своих экспериментальных исследований Черенков изложил в своей докторской диссертации. Одновременно Тамм и Франк стали изучать вопрос, поставленный Вавиловым, теоретически, и Тамм создал полную теорию описанного явления. [25]

Флюоресценция в беллетристике и художественной прозе [ править ]

Губы его зашевелились: он хотел заговорить и не мог. И почти в тоже мгновение у него явилось необъяснимое побуждение утаить свое открытие от этих людей, желание говорить совершенно прошло. Он молча смотрел на свои голые ноги, весь дрожа.
Ему дали выпить какой-то розовой жидкости с зеленоватой флуоресценцией и с привкусом мяса, и силы его быстро поднялись.
— Это… помогает… Мне лучше теперь, — выговорил он с трудом.
Кругом послышался почтительный шёпот одобрения. [6]

Вот и Авронская улица. Два фиакра катятся один за другим. Трамвайный вагон визжит вдоль всей улицы, словно вонзая в нее иглу. Мелькают огни. Там и сям кучка мужчин в картузах занимает угол тротуара. Прохожих очень мало. Кафе зияют пустотой. Но стенки улицы сохраняют флюоресценцию многолюдия. [7]

Для меня это было не слишком трудно. Но моему танковидному спутнику пришлось долго хрустеть своими ломкими гранями, прежде чем околоосевая щель была взята, и мы оба, цепляясь за зубья и винты, стали осторожно нырять внутрь движущейся тьмы часового механизма. Сначала наши глаза ничего не различали; потом смутное алое свечение помогло нам различить какие-то очертания и контуры стальных выступов, шумно трущихся и со звоном ударяющихся друг о друга. Это был свет, сочащийся из самоцветного тела рубинов, вправленных в сталь: их призрачная флуоресценция вела нас своими дрожащими алыми бликами с зубца на зубец, часто спасая от их страшных ударов, протянувшихся из темноты. [19]

― … итак, вы полюбили его, Женя?
Было, может быть, и нечестно действовать в тылу у Скутаревского, теперь Женя представлялась не только простой, пришлой из неизвестности девушкой, но и частицей той отдаленной цели, из-за которой оба они состязались. Она ответила сразу, точно ждала вопроса:
― Не знаю, Николай. ― Ей не хватало средств объяснить, как она понимает это огромное, так затасканное старым миром слово. Что это. взаимное, жестокое притяжение клеток, или преувеличенное уважение, или благодарность за ласку, или недуг, происходящий от одиночества, или просто флуоресценция того клейкого, недолговременного вещества, в которое все мы одеты? [11]

Словом, я решила заняться только живописью, как бы это ни было трудно. Решила ― и Вы не можете себе представить, как легко стало у меня на душе. Я еще не оставила курсы, на днях сдала три экзамена, хожу на интересный семестр по флюоресценции. [26]

В последующие месяцы и годы Братец Кролик не стал общительнее. На прогулки выходил редко; из столовой спешил обратно в лабораторию, к своему столу. Жень-Жень и Джалиль, работавшие неподалеку от него, и начальница Евгения Васильевна говорили, что он очень знающий и талантливый физико-химик. Он занимался главным образом явлениями флюоресценции, разрабатывал светящиеся покрытия для измерительных приборов и телевизоров. Работал с исступленным прилежанием. [27]

Флюоресценция в поэзии [ править ]

Так светят седины:
Так древние главы семьи ―
Последнего сына,
Последнейшего из семи ―
В последние двери ―
Простертым свечением рук…
(Я краске не верю!
Здесь пурпур ― последний из слуг!)
…Уже и не светом:
Каким-то свеченьем светясь…
Не в этом, не в этом
ли ― и обрывается связь.
Так светят пустыни.
И ― больше сказав, чем могла:
Пески Палестины,
Элизиума купола… [9]

Ему ― расстояние,
Ему ― отречение,
А ей ― сияние,
А ей ― свечение.
И, обдавая сиянием,
Она проплывает над зданием,
А он соскользнувшим лучом
Закалывается, как мечом,
И на своей арене,
На перекрестке ночном
Истекает стихотвореньем ―
Светящимся красным пятном. [28]

можно, видимо… Прошёптывая проборматывая
слышно все, как в золотом сечении, ―
в каждом уголке и в каждом атоме
трепет выпрямление свечение [29]

Романтика грибной поры,
Блужданье чащею лихое,
Флюоресценция коры,
Бросает в одурь хвоя. [30]

Примечания [ править ]

1. ↑ 12Севергин В. М. Начертаніе технологіи минеральнаго царства, изложенное трудами Василья Севергина. Томъ первый. С. Петербургъ. При Императорской Академіи Наукъ. 1821 г.
2. ↑ 12А. М. Бутлеров Сочинения в 3 томах. — М.: Издательство Акдемии Наук СССР, 1953-1958 гг.
3. ↑ 123Данилевский А. Я. Избранные труды. — М., Издательство АН СССР, 1960 г.
4. ↑ 12Розенбергер Ф. История физики. — Москва-Ленинград, ОНТИ Государственное технико-теоретическое издательство: 1934 г.
5. ↑ 123456789П.Н.Лебедев. Собрание сочинений. — М.-Л.: 1963 г.
6. ↑ 12Герберт Уэллс Полное собрание фантастических романов, — Л.: «Земля и фабрика», 1929 г.
7. ↑ 12Жюль Ромэн. Собрание сочинений: В 4 томах. Том 4. Кн. 2: Люди доброй воли: Детская любовь. Парижский эрос: Романы. Перевод с французского И. Мандельштама. — М.: ТЕРРА, 1994 г.
8. ↑ 123 Научная переписка П. Н. Лебедева. — М.: Наука, 1990 г.
9. ↑ 12М.И. Цветаева. Собрание сочинений: в 7 томах. — М.: Эллис Лак, 1994-1995 г.
10. ↑ 12345С. И. Вавилов. Собрание сочинений. В четырёх томах. — М.: Изд-во АН СССР, 1954 г.
11. ↑ 12Леонов Л.М., Собрание сочинений в 10-ти томах. Том 5. — М.: «Художественная литература», 1983 г.
12. ↑ 12А.В. Ельчанинов. «Записи» (1926-1934) Св. Александр Ельчанинов. Записи. — Москва: «Русский путь», 1992 г.
13. ↑ 123С. И. Вавилов. Глаз и солнце. О свете, солнце и зрении. — М.-Л.: Изд-во АН СССР, 1941 г.
14. ↑ 12Ю. М. Кушнир. Окно в невидимое (электронный микроскоп). Научно-популярная библиотека. — М.: ОГИЗ, Гостехиздат, 1948 г.
15. ↑ 12И. И. Анисимов. Новая эпоха всемирной литературы. — М.: Советский Писатель, 1966 г.
16. ↑ 12Борис Горзев. Новости отовсюду (редакционная колонка). — М.: «Химия и жизнь», № 8, 1966 год
17. ↑ 12345С. Владимиров, Как была открыта радиоактивность. — Москва: «Химия и жизнь», № 9, 1966 год
18. ↑ 123456Юрий Владимиров, Биофотоника и свободные радикалы. — М.: «Наука в России», № 4 за 2011 г.
19. ↑ 12С.Д.Кржижановский. Возвращение Мюнхгаузена. Повести. Новеллы. — Л.: Художественная литература, 1990 г.
20. ↑ 1234Вернадский В. И. Научная мысль как планетное явление. — М.: Наука, 1991 г. — 271 с.
21. ↑ В колбах 0,0001 % водные растворы: голубой — хинин, зелёный — флуоресцеин, оранжевый — родамин-B, жёлтый — родамин-6G
22. ↑Андрей Белый. Собрание сочинений. Рудольф Штейнер и Гете в мировоззрении современности. Воспоминания о Штейнере. — М., «Республика», 2000 г.
23. ↑ Беккерели занимались ураном к 1896 году ― беспрерывно больше 40 лет.
24. ↑Александр Семёнов. Великая комета 1997 года. — М.: «Знание — сила», № 2, 1997 г.
25. ↑Капица, Тамм, Семёнов. — М.: Вагриус, 1998 г.
26. ↑В. Каверин. «Пурпурный палимпсест», — М.: «Аграф», 1997 г.
27. ↑Лев Копелев. «Утоли моя печали». — М.: Новая газета, 2011 г.
28. ↑Елагин И.В. Собрание сочинений в двух томах. — Москва, «Согласие», 1998 г.
29. ↑Виктор Кривулин. Концерт по заявкам. Три книги стихов трех последних лет (1990-1992). — СПб.: Издательство Фонда русской поэзии, 1993 г. — 109 стр.
30. ↑Борис Кушнер. «Причина печали». Избранные стихи. — Baltimore. VIAPress, 1999 г.

См. также [ править ]

Флюоресценция:

• Статья в Википедии
• Значения в Викисловаре
• Тексты в Викитеке
• Медиафайлы на Викискладе

• Викицитатник:Ссылка на Википедию непосредственно в статье
• Статьи со ссылками на Викисловарь
• Викицитатник:Ссылка на Викитеку непосредственно в статье
• Викицитатник:Ссылка на Викисклад непосредственно в статье

ЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ. СВЕЧЕНИЕ ВЕЩЕСТВ

ЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ. СВЕЧЕНИЕ ВЕЩЕСТВ. Слово «люминесценция» произошло от латинского lumen – свет. Все источники света можно разделить на два типа. К первому относятся те, свечение которых обусловлено высокой температурой, ко второму – так называемое холодное свечение (к нему, как правило, и относят различные виды люминесценции).

Также по теме:

Самый «универсальный» способ заставить тело испускать свет – сильно нагреть его. Так излучают свет сильно нагретая спираль электроплитки, раскаленная спираль электрической лампочки, Солнце и звезды, свечка, факел и другие горящие вещества и тела. Чем выше температура, тем более энергично движутся и сталкиваются атомы в веществе. При этом электроны в атомах возбуждаются и переходят на уровни с повышенной энергией. В этом состоянии электроны находятся недолго (миллиардные доли секунды), после чего они теряют избыток энергии. Эта потеря сопровождается испусканием кванта света – фотона, энергия которого как раз равна разности энергии электронов на двух уровнях ( см. также АТОМА СТРОЕНИЕ).

При нагреве тел электроны могут запасать (а затем испускать) разную энергию. Поэтому нагретое тело излучает фотоны разной энергии, то есть разного «цвета». Чем меньше энергия фотона, тем «краснее» свет, а чем энергия выше, тем свет «голубее». При очень слабом нагреве вещества фотоны в основном имеют малую энергию, которая соответствует инфракрасному участку спектра. Этот термин произошел от латинского infra – под. В 1800 английский астроном и оптик Вильгельм Гершель, перемещая чувствительный термометр вдоль солнечного спектра, неожиданно обнаружил, что максимум температуры наблюдается в самом низу, за пределами красного участка спектра, где глаз ничего не различает. Поэтому инфракрасное излучение с длиной волны ( l ) больше 700–750 нм (0,70–0,75 мкм) и энергией фотонов меньше 160 кДж/моль часто называют тепловым. Много инфракрасных лучей испускает, например, хорошо протопленная печка.

Если постепенно повышать температуру тела, оно начнет светиться. Зависимость интенсивности излучения от длины волны имеет форму колокола: она максимальна при некоторой длине волны и быстро спадает при ее увеличении и уменьшении. В соответствии с законом смещения, сформулированным в 1894 Вильгельмом Вином, с повышением температуры максимум излучения смещается в сторону меньших длин волн: l _max = 2900/T мкм; одновременно резко возрастает интенсивность излучения. Так, печка, нагретая до 150° С (423 К) излучает инфракрасный свет с максимумом около 7 мкм, поэтому ее свет невидим (в области менее 0,75 мкм фотонов практически нет). Если через спираль от электроплитки (она сделана из нихрома – тугоплавкого сплава никеля, железа, хрома и марганца) пропускать все более сильный электрический ток, она начнет светиться. При 500–600° С появляется темно-красный свет, чуть заметный в темноте, при 600–800° С цвет становится вишнево-красным, при 800–1000° С – ярко-красным, при 1000–1100° С – желтым, а если вещество нагреть еще сильнее, оно начнет испускать белый свет («белое каление»). По цвету астроном может определить температуру звезды, а опытный металлург – температуру расплавленного металла. Правда, спираль плитки до белого каления нагреть не удастся – она еще раньше расплавится или сгорит на воздухе. А вот тугоплавкую и химически стойкую платину можно нагреть очень сильно; на расплавленную платину (1770° С) невозможно даже смотреть с близкого расстояния – настолько яркий свет она испускает. Вольфрамовая спираль обычной лампы разогрета примерно до 2600° С и максимум ее излучения приходится на 1 мкм. Поэтому спираль излучает больше красных фотонов, чем синих, и ее цвет желтоватый. В галогенных лампах спираль раскалена сильнее, и их свет ближе к белому.

Когда горит свеча или факел, светятся мельчайшие раскаленные частички угля в пламени. Их температура не так высока, поэтому пламя красноватое. Когда в прошлом веке появились первые газовые фонари, их пламенем сильно нагревали специальные «калильные сетки», изготовленные из оксидов тория, церия и других редких металлов. Раскаленные сетки испускали очень яркий свет, которым освещали по ночам улицы.

Когда свет испускает раскаленный газ, тип излучения зависит не только от температуры, но и от давления. Если давление высоко, газ светится примерно так же, как твердое тело. Так излучают Солнце и звезды. Если давление газа невелико, спектр его излучения не сплошной, а линейчатый: газ излучает фотоны только некоторых длин волн, зависящих от природы газа. Каждый химический элемент имеет характерный для него линейчатый спектр. Исследование линейчатых спектров испускания – важный раздел спектрального анализа – метода, разработанного в начале 1860-х Густавом Робертом Кирхгофом и Робертом Вильгельмом Бунзеном.

С помощью спектрального анализа было открыто немало новых химических элементов. Первыми из низ были рубидий и цезий, открытие Кирхгофом и Бунзеном. Цезий назван по ярко-голубой линии в спектре (лат. caesius – голубой), рубидий – по линиям в красной части спектра (лат. rubidus – красный). Английский физик и химик Уильям Крукс, специалист в области спектрального анализа, изучая отходы сернокислотного производства, записал 7 марта 1861 в своем лабораторном журнале: «Зеленая линия в спектре, даваемая некоторыми порциями селеновых остатков, не обусловлена ни серой, селеном, теллуром; ни кальцием, барием, стронцием; ни калием, натрием, литием». Действительно, это была линия нового элемента, название которого произведено от греческого thallos – зеленая ветвь. Выбирая название новому элементу, Крукс проявил себя романтиком: «Я выбрал это название, ибо зеленая линия соответствует спектру и перекликается со специфической яркостью свежего цвета растений в настоящее время». Публикация эта датирована 18 мая 1861, когда цвет свежей зелени особенно ярок.

В 1863 появилось сообщение об открытии еще одного металла. Ф.Райх и его ассистент Т.Рихтер, анализируя местные полиметаллические руды в поисках недавно открытого таллия, заметили, по словам авторов, «неизвестную до сих пор индигово-синюю линию». И далее они пишут: «Мы получили в спектроскопе столь яркую, резкую и устойчивую синюю линию, что без колебаний пришли к выводу о существовании неизвестного металла, который мы предлагаем назвать индием». Концентраты солей нового элемента обнаруживались даже без спектроскопа – по интенсивному синему окрашиванию пламени горелки. Этот цвет был очень похож на цвет красителя индиго, отсюда – название элемента. Методами спектрального анализа были открыты также галлий, гелий, аргон, неон, криптон, ксенон, по спектрам в рентгеновских лучах – гафний и рений.

Ко второму типу относится свечение, не связанное с нагреванием – это и есть люминесценция в строгом смысле этого слова. Ее можно видеть в огнях рекламы (которую по традиции иногда называют «неоновой»); светятся экраны телевизоров и компьютеров, таблички «выход» в залах театров и кинотеатров, светятся цифры и стрелки на некоторых приборах, светятся ночью волны в океане и светлячки в лесу.

Механизм люминесценции может быть разным, так как существует несколько способов возбуждать электроны в атомах. Во многих лампах свет испускают ртутные пары, а энергию атомы ртути получают за счет электрического разряда. Если давление паров ртути невелико, лампа слабо светится бледно-синим светом, но зато она интенсивно излучает в невидимой ультрафиолетовой области ( l = 254 нм). Ультрафиолет убивает микробов, поэтому такие лампы называются бактерицидными; их устанавливают в больницах и поликлиниках и периодически включают для стерилизации помещения. Трубки этих ламп делают из специального стекла, пропускающего ультрафиолетовый свет.

Если трубку для лампы сделать из обычного стекла, но покрыть ее изнутри специальным составом – люминофором (в переводе – «несущий свет»), получится лампа дневного света. Люминофор, поглощая невидимый и вредный для глаз ультрафиолет, сам начинает светиться. Лампы дневного света часто имеют приятный желтоватый оттенок, приближающий его к солнечному; соответственно бывают люминесцентные лампы дневного, белого, тепло-белого и холодно-белого света. Эти лампы значительно экономичнее ламп накаливания: современная 11-ваттная люминесцентная лампа дает света столько же, сколько 75-ваттная лампа накаливания! Срок службы люминесцентных ламп также в 2–2,5 раза больше. Еще одно преимущество – трубка люминесцентной лампы чуть теплая, о нее невозможно обжечься, значит, уменьшается опасность возгорания или оплавления пластмассового светильника. Но есть у люминесцентных ламп и неприятная особенность: в них содержится немного ртути, и когда такие лампы просто выбрасывают на свалку, где они бьются, то это приводит к загрязнению воздуха и почвы ядовитым металлом.

Если к парам ртути в лампе добавить под давлением инертный газ, а трубку сделать из тугоплавкого кварцевого стекла, можно значительно повысить температуру в ней и получить лампу типа «горное солнце». Такие лампы используют в медицинских целях, а также для получения искусственного загара в зимнее время (особенно в северных районах России, где мало естественного солнечного ультрафиолета).

Ртутные лампы высокого давления, наподобие тех, что применяют в кабинетах физиотерапии, используют и для освещения улиц. Эти лампы двойные: внутри у них кварцевая лампа, а снаружи – большой стеклянный баллон, также покрытый изнутри люминофором, который излучает свет, несколько напоминающий дневной. Такие лампы могут иметь мощность в десятки киловатт; их используют для освещения площадей, стадионов, железнодорожных узлов – везде, где требуется создать хорошее освещение на большой площади. Для этой цели используют также ксеноновые лампы сверхвысокого давления.

В последние десятилетия для уличного освещения начали широко использовать натриевые лампы, дающие желтовато-оранжевый цвет. Свет в этих лампах испускают пары натрия (иногда с добавками других металлов). Свет этих ламп довольно далек от дневного, но зато они экономичнее, так как при той же затрате электроэнергии дают значительно большую освещенность.

В веществах-люминофорах могут происходить различные физические процессы. Чтобы люминофор светился, его надо возбуждать, т.е. подводить энергию. Делать это можно разными способами. Самый распространенный способ возбуждения – светом, видимым или ультрафиолетовым (фотолюминесценция). Электроны с избыточной энергией могут излучить свет практически сразу – за время порядка стомиллионной доли секунды после поглощения возбуждающего фотона. В таком случае излучение называется флуоресценцией – от названия минерала флюорита CaF₂, у которого впервые обнаружено это явление. Флуоресцируют синеватым светом кристаллы нафталина на солнечном свету, зеленоватым светом – растворов флуоресцеина или эозина (эти красители иногда добавляют к шампуням и экстрактам для ванн), ярко светятся на солнечном свету особые краски бакенов, цветных афиш, деталей одежды, фломастеров (маркеров). Это так называемые дневные флуоресцирующие красители – органические соединения, поглощающие ультрафиолетовые и синие солнечные лучи и излучающие зеленые, оранжевые или красные. Сильной флуоресценцией обладает хинин, соединение с исключительно горьким вкусом. Он используется как лекарство от малярии, его также добавляют к различным тонизирующим напиткам. Малые добавки хинина придают напиткам чуть горьковатый привкус, а также. способность ярко светиться под действием ультрафиолетовых лучей!

Флуоресцирующие красители входят в состав многих моющих средств. Здесь они выполняют роль оптических отбеливателей. Их назначение – преобразовать ультрафиолетовую часть солнечного света в голубой, синий и фиолетовый свет. Таким образом они «подправляют» чуть желтоватый цвет ткани так, что она кажется чисто белой. Этот прием известен с древности, только вместо синтетических флуоресцирующих красителей раньше подкрашивали ткань синькой.

Иногда фотолюминесценция не исчезает сразу после прекращения действия источника возбуждения, а может продолжаться несколько секунд, минут, а иногда и часов. Это фосфоресценция (от латинского phos – свет и phoros – несущий). Фосфоресценцию органических молекул можно наблюдать только в специальных условиях в лабораториях. А вот неорганические фосфoры – это те самые люминофоры, которыми покрыты изнутри лампы дневного света. Чаще всего это различные оксиды, сульфиды, фосфаты и силикаты. Кроме этих веществ, в состав люминофора вводят активирующие добавки сурьмы, марганца, олова, серебра, меди и других тяжелых металлов. Примером могут служить (Zn,Sr)₃(PO₄)₂·Sn, BaSi₂O₅·Pb. В мировом выпуске всех классов люминофоров их доля составляет примерно 90%.

От ламп дневного света не требуется, чтобы они светились после отключения от сети. Но бывают люминофоры с длительным послесвечением, их используют для покрытия циферблатов и стрелок измерительных приборов. Если такой люминофор длительного действия «насветить» несколько минут на солнце, то потом в темноте в течение нескольких часов он будет светиться – сначала ярко, потом все более тускло.

Люминофоры для экранов телевизоров, мониторов, осциллографов относятся к катодолюминофорам – они возбуждаются пучком электронов (раньше их называли катодными лучами). Еще в конце 19 в. были найдены вещества, ярко светящиеся под действием электронов. В настоящее время по масштабам мирового производства (сотни тонн в год) катодолюминофоры занимают второе место после ламповых люминофоров. Некоторые из них перестают светиться после прекращения возбуждения очень быстро; если бы, к примеру, люминофор на экране телевизора светился хотя бы секунду после того, как с него ушел «рисующий» изображение электронный луч, картинка на экране была бы полностью смазана. Другие люминофоры, наоборот, должны обладать послесвечением. Ими покрыты экраны с «памятью» (в некоторых осциллографах, радиолокационных трубках). Для получения цветного изображения используют люминофоры со специальными активаторами. Например, в цветных телевизорах синее свечение экрана может давать ZnS·Ag, зеленое – (Zn,Cd)S·Cu,Al, красное – Y₂(O,S)₃·Eu. Разработаны и другие композиции, в которых сочетание трех основных цветов в различных соотношениях дает миллионы разнообразных оттенков. Используются они и при производстве компьютеров – для экранов цветных мониторов (если посмотреть в сильную лупу на белый экран, можно увидеть цветные светящиеся точки – пиксели). К катодолюминофорам близки ретгенолюминофоры, которыми покрыты экраны в рентгеновских кабинетах – они светятся под действием рентгеновских лучей. Кроме уже упомянутых люминофоров, здесь могут использоваться CaWO₄, BaSO₄·Pb и другие.

В отдельный класс выделяют электролюминофоры – вещества, светящиеся под действием электрического поля. Они непосредственно преобразуют электрическую энергию в световую, потребляя очень малую мощность и обладая очень большим сроком службы. Однако светимость электролюминофоров мала, поэтому их используют обычно для световой сигнализации. Например, надпись «выход», светящаяся зеленым светом в концертных залах, театрах и кинотеатрах, – это как раз пример электролюминофора.

Наконец, последний класс люминофоров – радиолюминофоры, свечение которых возбуждается излучением естественных или искусственных радиоактивных препаратов. Такие люминофоры могут светиться годами, а срок их работы часто обусловлен разрушающим действием радиации на люминофор. Радиолюминофоры сыграли в свое время огромную роль в изучении явлений радиоактивности: до изобретения электроизмерительных приборов (ионизационной камеры, счетчика Гейгера – Мюллера) ими покрывали небольшие пластинки и затем в полной темноте подсчитывали число вспышек на пластинке, чтобы определить интенсивность излучения от разных источников. Раньше радиолюминофором служил тетрацианоплатинат(II) бария Ba[Pt(CN)₄]·4Н₂О. Под действием радиации в нем возбуждается яркая желто-зеленая люминесценция. Сейчас используют значительно более дешевые люминофоры, например, активированный медью сульфид цинка. Раньше радиолюминофором – светящимся составом постоянного действия с примесью радиоактивного препарата покрывали стрелки и цифры часов. Из-за вредности (в основном для рабочих, занятых на производстве) такие часы сейчас не делают.

Особую группу светящихся веществ составляют соединения, испускающие свет за счет энергии химических реакций. Это явление называется хемилюминесценцией. Светиться могут гнилушки, светляки, некоторые морские одноклеточные организмы. Светятся и многие морские животные, обитающие как на поверхности моря, так и в его глубине. Это примеры биолюминесценции – свечения в живых организмах. Причина всех описанных явлений – химические реакции, идущие с выделением энергии. Обычно эта энергия выделяется в виде тепла, но в редких случаях часть ее переходит в световую. В живых организмах такие реакции (как и все другие) регулируются ферментами.

Известны и неферментативные химические реакции, в ходе которых наблюдается хемилюминесценция. Еще в 1669 алхимик из Гамбурга Хенниг Бранд случайно открыл белый фосфор по его свечению в темноте. Впоследствии химики выяснили, что белый фосфор легко испаряется, и светятся его пары, когда они реагируют с кислородом воздуха. В результате был открыт совершенно новый класс химических реакций.

Свечение паров фосфора, хотя и привело к важному научному открытию, не имеет практического значения. Однако химики обнаружили, что при окислении некоторых органических веществ, например, перекисью водорода, энергия реакции почти со 100%-ной эффективностью преобразуется в световую. При этом наблюдается настолько яркая хемилюминесценция, что ее можно видеть даже при дневном освещении. Это явление используют, например, для производства игрушек и украшений. Их делают в виде прозрачных пластмассовых трубочек, в которых запаяна ампула с перекисью водорода, а также раствор дифенилового эфира щавелевой кислоты и флуоресцентный краситель. Если ампулу раздавить, эфир начнет окисляться, энергия этой реакции передается на краситель, который и светится. Его цвет может быть разным – оранжевым, голубым, зеленым – в зависимости от красителя. Чем быстрее идет реакция окисления, тем ярче свечение, но тем быстрее оно прекращается. Подбором компонентов получают яркое (можно читать в темноте) свечение, которое затухает в течение примерно 12 часов – для карнавала или дискотеки этого вполне достаточно.

Иммерсионная микроскопия. Жидкости, применяемые при микроскопическом исследовании

При исследовании образцов на большом увеличении учитывают ряд факторов, таких как: разрешение, рабочее расстояние, числовая апертура, а также коэффициент преломления среды, через которую проходит свет. В 1812 году Дэвид Брюстер предложил применить иммерсию для устранения хроматических аберраций. И уже к 1840 году были сконструированы первые иммерсионные объективы. В последующие годы продолжалось совершенствование их конструкции, а также подбирались оптимальные иммерсионные составы, что способствовало значительному улучшению качества изображения.

Время чтения: 16 минут

Эксперт — Сергей Пустовой

Технический консультант, специалист по электромонтажным, ремонтным и наладочным работам, кандидат наук

• Иммерсионные жидкости
• Показатель преломления
• Однородная иммерсионная система
• Рабочее расстояние
• Масляная иммерсия
• Работа с масляной иммерсией
• Водная иммерсия
• Визуализация живых клеток
• Корректирующие манжеты
• Водная иммерсия и конфокальная микроскопия
• Глицерин

Иммерсионные вещества

Основная проблема световой микроскопии это преодоление ограничений оптического разрешения, а также увеличение числовой апертуры (NA) системы. В частности, числовая апертура — это способность оптической системы собирать свет, тогда как разрешение — это способность различать детали. Для получения изображения образцов при большом увеличении, а также преодоление ограничений в разрешении используют метод иммерсии. Когда свет переходит из одной среды в другую, например, через стекло в воздух, он преломляется и рассеивается. Искривленные лучи света рассеиваются на большую площадь попадая за пределы передней линзы, и не участвуют в формировании изображения.

Замена воздушного зазора между передней линзой объектива и покровным стеклом специальной жидкостью значительно увеличивает разрешающую способность. Она уменьшает степень искажения света, что позволяет большему числу лучей фокусироваться на линзе. В этом и заключается принцип иммерсионной микроскопии.

Коэффициент искривления света

Физические свойства среды, через которую проходят световые лучи, определяют степень искривления света. Коэффициент преломления (КП) — это числовое значение выраженное в относительных единицах, которое определяет степень искажения света при прохождении им через материал. Так воздух имеет КП равный 1, тогда как предметные и покровные стекла обычно имеют КП равный 1,5. Принимая во внимание эту разницу, задача иммерсионной жидкости состоит в том, чтобы коэффициенты преломления всех сред на пути света были максимально близки друг к другу, что уменьшит рассеивание световых лучей, формирующих конечное изображение. Поэтому большинство подобных веществ имеют показатель близкий к 1,51.

Гомогенная оптическая система

Однородная или гомогенная иммерсионная система – это совокупность передней линзы, буферного состава, покровного стекла или слайда, монтажного состава и, в идеале, линзы конденсора обладающих близкими оптическими характеристиками. Элементы этой системы имеют близкие друг другу КП, что позволяет добиться максимального разрешения и числовой апертуры.

Наносить иммерсионный состав на линзу конденсора обычно не нужно, если микроскоп правильно настроен и отрегулирован для достижения оптимального контраста и освещения по всему препарату. В таком случае положение и настройки конденсора будут оптимальными, что обеспечивает максимальную числовую апертуру микроскопической системы.

Рабочее расстояние

Рабочее расстояние – это еще один фактор, который учитывается при выборе объективов. Оно определяется как фактическое расстояние от поверхности препарата до передней линзы, когда изображение находится в резком фокусе . Когда объектив перемещается ближе к предметному стеклу, фокальная плоскость перемещается дальше в препарат. Однако это движение физически ограничено тем, что приближать только до тех пор, пока не произойдет соприкосновение с исследуемым объектом.

Существует обратная зависимость между увеличением и рабочим расстоянием, например, для объектива Saike Digital Plan с 10-кратным увеличением оно равно 6,6 мм, тогда как для масляного Saike Digital Plan 100x OIL оно уже составляет около 0,13 мм, а 40-кратный Saike Digital Plan эффективен на расстоянии в 0,47 мм. При этом существуют водоиммерсионные устройства с увеличенным фокусом имеющим около 3 мм рабочего расстояния. Этот индивидуальный показатель, обычно указывается в технической документации и может быть определен расчетным путем через значение апертуры, коэффициента преломления среды и диаметра линзы.

Иммерсионное масло для микроскопии

Важнейшим фактором, который нужно помнить при применении масляной иммерсии, это верно подобранное масло, поэтому применяйте только то, что рекомендовано производителем оптики. Многие годы для этих целей применяли кедровое масло, и оно до сих пор продается. Оно имеет показатель преломления 1,516, но обладает тенденцией к затвердеванию, что может привести к повреждению линзы, если его вовремя не удалить после применения. Помимо того, кедровое масло поглощает синий и ультрафиолетовый свет, что ведет к постепенному изменению его цвета, пожелтению.

Большинство существующих на рынке масел производятся синтетическим путем и жестко стандартизируется, чтобы гарантировать, безопасность оптики и сохранения собственного цвета. Однако нужно помнить, что любое масло также имеет оптимальную рабочую температуру. Большинство находящихся в продаже синтетических масел рассчитано на работу при температуре 23°C, и изменение её всего на один градус приведет к изменению показателя преломления на 0,0004. Доступны и другие, которые эффективно работают в некотором диапазоне температур, но для большинства задач необходимо поддерживать стабильную температуру в 23°C. Особенно необходимо учитывать температурный режим при работе с конфокальными микроскопами.

Для масляной иммерсии в флуоресцентной микроскопии рекомендуется использовать специальное масло с низким показателем автофлуоресценции . Причина в том, что многие из веществ флуоресцируют в случае если в спектре проходящего света присутствует синяя или ультрафиолетовая составляющая спектра. Все масла для флуоресцентной микроскопии идентифицируются по наличию буквы «F» вначале или в конце своего названия или кода.

Правила работы с иммерсионной системой

• Начните просмотр образца на небольшое увеличение, например с 4 или 10 крат. Это позволит быстро найти интересующую вас область на образце.
• Перейдите к увеличению 40x или 60х, а также настройте на микроскопе освещение по Келеру.
• Поверните револьверную головку в промежуточное положение между объективом 100 кратного увеличения и любым другим ближайшим к нему.
• Глядя сбоку, осторожно нанесите одну каплю иммерсионного масла прямо на покровное стекло. Установите 100-кратный объектив в рабочее положение и продолжая наблюдать с боку задействуйте грубую, а затем точную фокусировку, чтобы привести переднюю линзу в контакт с каплей. Некоторые линзы имеют вогнутую форму, а это означает, что дополнительно нужно добавить каплю масла и на неё поверхности. Этот способ позволит предотвратить образование пузырьков воздуха.
• Далее наблюдая в окуляры воспользуйтесь только точную фокусировку для настройки четкости поля зрения. Хотя большинство объективов с большим увеличением имеют подпружиненную переднюю часть, грубая фокусировка на этом этапе может легко привести к растрескиванию покровного стекла, повредить образец, а также повредить фронтальную линзу.
• По окончании работы, даже если планируется исследовать другие образцы, все равно нужно удалить остатки масла, чтобы предотвратить любое потенциальное загрязнение каких-либо частей микроскопа . Иммерсионные составы могут (и будут) проникать внутрь, постепенно загрязняя и повреждая элементы микроскопа и объективов в частности, особенно если они не предназначенные для иммерсии. Удалите излишки салфеткой для очистки оптики, проведя одним легким движением по линзе. Далее протирайте её чистым куском ткани до тех пор, пока не останется никаких следов масла. Для окончательной очистки можно использовать специальные коммерческие растворы или небольшое количество ксилола. Однако, перед использованием любых растворов для очистки оптики необходимо изучить рекомендации производителя по пользованию.

Вода

Водноиммерсионные объективы – менее распространены и редко применяются в микроскопах исследовательского класса, особенно в конфокальных системах. Они используются аналогично масляным, и их отличают по наличию на корпусе маркировки в виде аббревиатуры «WI» (water immersion) или просто «W» (water). Водную иммерсию предпочтительно применять при визуализации живых клеток, находящихся в клеточной среде. Существует два типа подобных объективов – это «водоиммерсионный» и «водопогружной». Водопогружные обычно маркируются аббревиатурой «WD» (water dipping) размещаемой на их корпусе.

Погружаемые в воду объективы обычно задействованы в иммерсионных микроскопах с вертикальной конфигурацией и предназначены для погружения непосредственно в воду или среду/буфер на водной основе . Они изготавливаются таким образом, чтобы обеспечить очень большое рабочее расстояние. Кроме того, они имеют круто наклоненную носовую часть, изготовленную из инертного материала, например, керамики.

Преимущество применения водной иммерсии заключается в том, что в качестве заполнителя используется вода, которую легко наносить и смывать. Кроме того, не нужно использовать специальные составы и выбирать их в зависимости от выполняемой визуализации или рекомендаций производителя.

Однако при использовании водной иммерсии имеются некоторые недостатки. Так при использовании масляных составов достигается более высокое разрешение. Также из-за меньшей вязкости, по сравнению с более густыми веществами, водная среда более чувствительна к вибрациям, а также небольшим движениям воздуха.

Последний недостаток можно устранить, используя антивибрационный предметный столик, или же в качестве альтернативы применяют специальное кольцо, которое устанавливается на предметное стекло и создает небольшой бассейн со спокойной водой. Еще один недостаток водоиммерсии – это высокая стоимость объективов. Некоторые из них могут стоить столько же, сколько полноценный микроскоп исследовательского уровня.

Дополнительно ко всему, вода подвержена постепенному испарению, поэтому некоторые производители предлагают насадку-микродиспенсер, которая позволяет решить потенциальную проблему испарения воды во время длительных экспериментов по визуализации живых клеток или при скрининге.

В целом, преимущество водоиммерсии заключается в эффективной визуализации живых клеток и тканей . Это главным образом связано с тем, что масляная иммерсия не предназначена для получения изображений от препаратов размещенных в перфузионных, культуральных или визуализационных камерах, что часто используется в микроскопии живых клеток.

Исследование биологических образцов

Живые клетки обычно содержатся внутри емкости, а также покрыты клеточной средой или буфером, что позволяет обеспечить стабильность биологических условий для клеток или тканей во время визуализации. Как следствие, оптимальное фокусное расстояние будет находиться на относительно большом расстоянии от крышки камеры. Это обстоятельство делает короткое рабочее расстояние масляно-иммерсионных объективов нецелесообразным для визуализации клеток или тканей через стеклянную покровную пластину или камеру, а также буферное вещество.

Кроме того, использование масляной иммерсии для просмотра клеток в водной среде создает дополнительные проблемы с искажением света, поскольку они имеют разные показатели преломления.

При наблюдении живых клеток в ёмкостях на пути света будут встречаться вещества с разными коэффициентами преломления. Материал камеры или крышки, водная среда, покрывающая клетки или ткани, все они имеют разный коэффициент преломления. Свет, формирующий изображение образца, будет преломляться на каждой границе раздела сред, что ведет к появлению сферических аберраций.

Корректирующее кольцо

Несмотря на рефракцию, которая возникает на границе воды, а также покрова из стекла или пластика, на этапе производства водоиммерсионные объективы корректируются с учетом этого явления. Кроме того, некоторые из них оснащены корректирующими манжетами (кольцами). Они расположены на внешней части корпуса и при их помощи можно выполнить регулировку оптики в зависимости от толщины покровного стекла.

Существуют также корректирующие манжеты оснащенные электроприводом, они позволяют дистанционно и с высокой точностью выполнять настройку оптимального разрешения с минимальными влияниями на работу при изучении образцов.

Водоиммерсионные исследования в конфокальной микроскопии

Одной из наиболее подходящих областей применения водоиммерсии является конфокальная микроскопия при визуализации живых клеток, по этой причине водоиммерсионные часто объективы входят в стандартную комплектацию большинства конфокальных микроскопов.

Благодаря более низкой вязкости, использование воды приводит к снижению поверхностного натяжения на покровном стекле, что приводит к уменьшению вероятности смещения препарата, особенно при получении Z-стеков.

Глицерин

Глицерин – еще одно вещество задействованное в иммерсии для множества фиксированных образцов. Смеси на основе глицерина имеют высокий коэффициент преломления, например, для смеси из 80% глицерина и 20% воды он равен 1,45. Для препаратов, размещаемых в таких составах, лучше всего подходят глицериновые объективы, узнать из можно по соответствующей маркировке «GLYC» нанесенной на корпусе.

Вопрос о том, какой тип иммерсии лучше использовать, зависит от конкретных условий и требований поставленных задачей или экспериментом. Каждый из рассмотренных нами типов обладает своими особенностями и областью применения. Например, если нужно изображение с высоким разрешением, то масляная или глицериновая иммерсия более предпочтительны. Однако для исследования биологических препаратов, вода может быть более подходящей из-за своей схожести с составом биологических тканей или монтажного состава. Также важно учитывать правила и рекомендации производителя, так как их специфические рекомендации по выбору иммерсионной жидкости помогут в получении оптимальных результатов исследований.