Светящаяся палочка
, Светящаяся палочка также известная как световая палочка , химический свет , световая палочка , световой стержень и рейв-свет , представляет собой автономный кратковременный источник света. Он состоит из полупрозрачной пластиковой трубки, содержащей изолированные вещества, которые при объединении излучают свет посредством хемилюминесценции . Свет нельзя выключить и его можно использовать только один раз. Использованную трубку затем выбрасывают. Светящиеся палочки часто используются для отдыха, например, на мероприятиях, в кемпинге, на природе и на концертах. Светящиеся палочки также используются для освещения в военных целях и службах экстренной помощи . Промышленное использование включает морское судоходство, транспорт и горнодобывающую промышленность.
История
[ редактировать ]Бис(2,4,5-трихлор-6-(пентилоксикарбонил)фенил)оксалат , торговая марка «Cyalume», был изобретен в 1971 году Майклом М. Раухутом, [ 1 ] американского цианамида , основанного на работе Эдвина А. Чандросса и Дэвида Ибы-старшего из Bell Labs . [ 2 ] [ 3 ]
Другая ранняя работа по хемилюминесценции была проведена в то же время исследователями под руководством Герберта Рихтера в Центре военно-морского вооружения Чайна-Лейк . [ 4 ] [ 5 ]
В 1973–74 годах было выдано несколько патентов США на устройства типа светящихся палочек. [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] Более поздний патент 1976 года. [ 9 ] рекомендовал одну стеклянную ампулу, суспендированную во втором веществе, которое при разбивании и смешивании дает хемилюминесцентный свет. В конструкцию также была включена подставка для сигнального устройства, чтобы его можно было выбросить из движущегося автомобиля и оставить на дороге в вертикальном положении. Идея заключалась в том, что это заменит традиционные аварийные придорожные фонари и будет превосходить их, поскольку не будет представлять опасности возгорания, будет проще и безопаснее в использовании и не станет неэффективным в случае удара проезжающими транспортными средствами. Эта конструкция с единственной стеклянной ампулой внутри пластиковой трубки, наполненной вторым веществом, которое при сгибании разбивает стекло, а затем встряхивается для смешивания веществ, больше всего напоминает типичную светящуюся палочку, продаваемую сегодня. [ нужна ссылка ]
В начале 1980-х годов большая часть светящихся палочек производилась в Новато, штат Калифорния, компанией Omniglow Corp. В 1994 году компания Omniglow завершила сделку по выкупу за счет заемных средств подразделения химического освещения компании American Cyanamid и стала ведущим поставщиком светящихся палочек во всем мире, пока не прекратила свою деятельность в 2014 году. светящиеся палочки, которые можно увидеть сегодня, теперь производятся в Китае. [ 10 ]
Использование
[ редактировать ]Светящиеся палочки водонепроницаемы, не используют батарейки, не потребляют кислород, не выделяют тепла или выделяют его незначительно, не производят ни искры, ни пламени, могут выдерживать высокое давление, например, под водой, недороги и достаточно одноразовые. Это делает их идеальными источниками света и световыми маркерами для военных, отдыхающих , спелеологов и дайверов-любителей . [ 11 ]
Развлечение
[ редактировать ]Глоустикинг – это использование светящихся палочек в танцах. [ 12 ] (например, в светящихся пои и вотагей ). Их часто используют для развлечения на вечеринках (в частности, рейвах ), концертах и танцевальных клубах . Их используют дирижеры оркестров для вечерних выступлений; Светящиеся палочки также используются на фестивалях и праздниках по всему миру. Светящиеся палочки также выполняют несколько функций: игрушки, хорошо видимые ночные предупреждения для автомобилистов и светящиеся маркировки, которые позволяют родителям следить за своими детьми. Другое применение — световые эффекты, переносимые воздушными шарами . Светящиеся палочки также используются для создания специальных эффектов в фотографии и киносъемке при слабом освещении. [ 13 ]
Книга рекордов Гиннеса зафиксировала, что самая большая в мире светящаяся палочка треснула на высоте 150 метров (492 фута 2 дюйма). Он был создан химическим факультетом Университета Висконсин-Уайтуотер в честь полуторасотлетия школы или 150-летия со дня рождения в Уайтуотере, штат Висконсин , и был взломан 9 сентября 2018 года. [ 14 ]
Отдых и выживание
[ редактировать ]Светящиеся палочки используются для отдыха на природе, часто используются в ночное время для разметки. Аквалангисты используют светящиеся палочки, предназначенные для дайвинга, чтобы отмечать себя во время ночных погружений, а затем могут выключить яркие фонари для дайвинга. Это сделано для того, чтобы обеспечить видимость биолюминесцентных морских организмов, которые невозможно увидеть при включенном ярком фонаре для погружения. Светящиеся палочки используются на рюкзаках, колышках для палаток и куртках во время ночных походов. Часто светящиеся палочки рекомендуются в качестве дополнения к наборам для выживания .
Промышленность
[ редактировать ]Существуют определенные промышленные применения светящихся палочек, которые часто используются в качестве источника света в тех случаях, когда электрическое освещение и светодиоды не подходят лучше всего. Например, в горнодобывающей промышленности светящиеся палочки необходимы для экстренной эвакуации в случае утечки газа. Использование источника электрического света в этом случае может привести к непреднамеренному взрыву. Хемилюминесценция, тип света, используемый в светящихся палочках, представляет собой «холодный свет», не использует электричество и не вызывает возгорания утечки газа.
Светящиеся палочки также используются во всем мире в морской промышленности, часто используются в качестве рыболовных приманок при ярусном, любительском и коммерческом рыболовстве, а также для обеспечения безопасности персонала.
Военный
[ редактировать ]Светящиеся палочки используются военными, а иногда и полицейскими тактическими подразделениями в качестве источников света во время ночных операций или ближнего боя в темных местах. Они также используются для обозначения охраняемых территорий или примечательных объектов. При ношении их можно использовать для идентификации дружественных солдат во время ночных операций. [ 15 ]
Аварийные службы
[ редактировать ]Светящиеся палочки используются полицией , пожарными и службами скорой медицинской помощи в качестве источников света, аналогично их военным применениям. Часто аварийно-спасательные бригады раздают светящиеся палочки, чтобы отслеживать людей в ночное время, у которых может не быть доступа к собственному освещению. Светящиеся палочки иногда прикрепляют к спасательным жилетам и спасательным шлюпкам на пассажирских и коммерческих судах, чтобы обеспечить видимость в ночное время.
Светящиеся палочки часто являются частью аварийных комплектов, обеспечивающих базовое освещение и облегчающих идентификацию в темных местах. Их можно найти в комплектах аварийного освещения в зданиях, общественном транспорте и на станциях метро .
Операция
[ редактировать ]Светящиеся палочки излучают свет при смешивании двух химических веществ. Реакция между двумя химическими веществами катализируется основанием, обычно салицилатом натрия . [ 16 ] Палочки состоят из крошечного хрупкого контейнера внутри гибкого внешнего контейнера. В каждом контейнере содержится разное решение. Когда внешний контейнер сгибается, внутренний контейнер ломается, позволяя растворам соединяться, вызывая необходимую химическую реакцию. После разрыва пробирку встряхивают, чтобы тщательно перемешать компоненты.
Светящаяся палочка содержит два химических вещества: базовый катализатор и подходящий краситель ( сенсибилизатор или флуорофор ). Это создает экзергоническую реакцию . Химические вещества внутри пластиковой трубки представляют собой смесь красителя, основного катализатора и дифенилоксалата . Химическое вещество в стеклянном флаконе — перекись водорода. При смешивании пероксида с эфиром фенилоксалата химическая реакция происходит , в результате которой образуются два моля фенола и один моль эфира пероксикислоты ( 1,2-диоксетандион ). [ 17 ] Пероксикислота самопроизвольно разлагается на углекислый газ , выделяя энергию, которая возбуждает краситель, который затем расслабляется, высвобождая фотон . Длина волны фотона — цвет излучаемого света — зависит от структуры красителя. В результате реакции энергия выделяется в основном в виде света с очень небольшим выделением тепла. [ 16 ] Причина этого в том, что обратное [2 + 2] фотоциклоприсоединение 1,2-диоксетандиона является запрещенным переходом (оно нарушает правила Вудворда–Гоффмана ) и не может протекать по регулярному термическому механизму.
Регулируя концентрации двух химикатов и основы, производители могут производить светящиеся палочки, которые светятся либо ярко в течение короткого периода времени, либо более тускло в течение длительного периода времени. Это также позволяет светящимся палочкам удовлетворительно работать в жарком или холодном климате за счет компенсации температурной зависимости реакции. При максимальной концентрации (обычно встречающейся только в лабораторных условиях) смешивание химикатов приводит к бурной реакции, вызывающей большое количество света всего на несколько секунд. Того же эффекта можно добиться, добавляя обильное количество салицилата натрия или других оснований. Нагревание светящейся палочки также приводит к ускорению реакции и к тому, что светящаяся палочка на короткое время светится ярче. Охлаждение светящейся палочки немного замедляет реакцию и заставляет ее длиться дольше, но свет становится тусклее. Это можно продемонстрировать, охладив или заморозив активную светящуюся палочку; когда он снова нагреется, он возобновит свечение. Красители, используемые в светящихся палочках, обычно проявляют флуоресценция при воздействии ультрафиолетового излучения — поэтому даже отработанная светящаяся палочка может светиться под черным светом .
Интенсивность света высока сразу после активации, затем экспоненциально затухает. Выровнять эту первоначальную высокую мощность можно путем охлаждения светящейся палочки перед активацией. [ 18 ]
Можно использовать комбинацию двух флуорофоров, один из которых находится в растворе, а другой нанесен на стенки контейнера. Это выгодно, когда второй флуорофор будет разлагаться в растворе или подвергаться воздействию химических веществ. Спектр излучения первого флуорофора и спектр поглощения второго должны в значительной степени перекрываться, причем первый должен излучать на более коротких длинах волн, чем второй. Возможно преобразование с понижением частоты из ультрафиолетового в видимое, а также преобразование видимых длин волн (например, зеленого в оранжевый) или видимого в ближний инфракрасный диапазон. Сдвиг может достигать 200 нм, но обычно диапазон примерно на 20–100 нм длиннее спектра поглощения. [ 19 ] Светящиеся палочки, использующие этот подход, обычно имеют цветные контейнеры из-за красителя, встроенного в пластик. Инфракрасные светящиеся палочки могут иметь цвет от темно-красного до черного, поскольку красители поглощают видимый свет, образующийся внутри контейнера, и переизлучают ближний инфракрасный диапазон.
С другой стороны, различных цветов также можно добиться, просто смешивая несколько флуорофоров в растворе для достижения желаемого эффекта. [ 16 ] [ 20 ] Эти различные цвета могут быть достигнуты благодаря принципам аддитивного цвета . Например, в оранжевых светящихся палочках используется комбинация красного, желтого и зеленого флуорофоров. [ 16 ] а в палочках белого света используется комбинация нескольких флуоресцентов. [ 20 ]
Используемые флуорофоры
[ редактировать ]- 9,10-Дифенилантрацен (ДФА) излучает синий свет.
- 9-(2-фенилэтенил) антрацен излучает бирюзовый свет.
- 1-Хлор-9,10-дифенилантрацен (1-хлор(ДФА)) и 2-хлор-9,10-дифенилантрацен (2-хлор(ДФА)) излучают сине-зеленый свет более эффективно, чем незамещенный ДФА.
- 9,10-Бис(фенилэтинил)антрацен (BPEA) излучает зеленый свет с максимумом при 486 нм.
- 1-Хлор-9,10-бис(фенилэтинил)антрацен излучает желто-зеленый свет, используется в 30-минутных палочках Cyalume высокой интенсивности.
- 2-Хлор-9,10-бис(фенилэтинил)антрацен излучает зеленый свет, используется в 12-часовых палочках Cyalume низкой интенсивности.
- 1,8-Дихлор-9,10-бис(фенилэтинил)антрацен излучает желтый свет, используется в палочках Cyalume.
- Рубрен излучает оранжево-желтый цвет при длине волны 550 нм.
- 2,4- Дит -бутилфенил-1,4,5,8-тетракарбоксинафталиндиамид излучает глубокий красный свет, вместе с ДФА используется для получения белого или ярко-розового света, в зависимости от их соотношения.
- Родамин Б излучает красный свет. разрушается Используется редко, так как при контакте с CPPO , сокращая срок хранения смеси.
- 5,12-бис(фенилэтинил)нафтацен излучает оранжевый свет.
- Виолантрон излучает оранжевый свет с длиной волны 630 нм.
- 16,17-(1,2-Этилендиокси)виолантрон излучает красный цвет при 680 нм.
- 16,17-дигексилоксивиолантрон излучает инфракрасное излучение с длиной волны 725 нм. [ 21 ]
- 16,17-Бутилоксивиолантрон излучает инфракрасное излучение. [ 22 ]
- N , N' -Бис(2,5,-ди- трет -бутилфенил)-3,4,9,10-перилендикарбоксимид излучает красный цвет. [ 22 ]
- 1-( N , N -Дибутиламино)антрацен излучает инфракрасное излучение. [ 22 ]
- Йодид 6-метилакридиния излучает инфракрасное излучение. [ 22 ]
-
9,10-Дифенилантрацен излучает синий свет.
-
9,10-Бис(фенилэтинил)антрацен дает зеленый свет.
-
1-Хлор-9,10-бис(фенилэтинил)антрацен дает желто-зеленый свет.
-
Рубрен (5,6,11,12-тетрафенилнафтацен) дает желтый свет.
-
5,12-Бис(фенилэтинил)нафтацен дает оранжевый свет.
-
Родамин 6G излучает оранжевый свет.
-
Родамин Б излучает красный свет.
Вопросы безопасности
[ редактировать ]Токсичность
[ редактировать ]В светящихся палочках фенол образуется как побочный продукт. Рекомендуется беречь смесь от попадания на кожу и не допускать случайного проглатывания, если корпус светящейся палочки расколется или сломается. При попадании на кожу химикаты могут вызвать легкое раздражение кожи, отек или, в крайних случаях, рвоту и тошноту. Некоторые химические вещества, используемые в старых светящихся палочках, считались потенциальными канцерогенами . [ 23 ] В качестве сенсибилизаторов используются полиядерные ароматические углеводороды — класс соединений, известных своими канцерогенными свойствами.
Дибутилфталат , пластификатор, иногда используемый в светящихся палочках (и во многих пластиках), вызывает некоторые проблемы со здоровьем. В 2006 году он был внесен в Калифорнийский список подозреваемых тератогенов . [ 24 ] Жидкость для светящихся палочек содержит ингредиенты, которые могут действовать как пластификатор, смягчая пластик, на который она вытекает. [ 25 ] Дифенилоксалат может жалить и обжигать глаза, раздражать и жалить кожу, а также может обжечь ротовую полость и горло при проглатывании.
Исследователи из Бразилии, обеспокоенные отходами светящихся палочек, используемых при рыбалке в их стране, в 2014 году опубликовали исследование на эту тему. [ 26 ] Он измерял вторичные реакции, которые продолжаются внутри использованных светящихся палочек, токсичность для клеток в культуре и химические реакции с ДНК in vitro. Авторы обнаружили «высокую токсичность» растворов световых палочек и свидетельства их реактивности с ДНК. Они пришли к выводу, что растворы световых палочек «опасны и что риски для здоровья, связанные с воздействием, еще не оценены должным образом».
Одноразовый пластик
[ редактировать ]Светящиеся палочки также усугубляют проблему пластиковых отходов , поскольку светящиеся палочки одноразовые и изготовлены из пластика. Кроме того, поскольку внутренний флакон часто изготавливается из стекла, а химические вещества внутри него опасны при неправильном обращении, пластик, используемый для светящихся палочек, не подлежит вторичной переработке, поэтому светящиеся палочки относятся к категории отходов, не подлежащих вторичной переработке.
Улучшения безопасности
[ редактировать ]К 2020-м годам уже велась работа по созданию более безопасных светящихся палочек и их альтернатив. Канадская компания LUX BIO, например, разработала альтернативу светящимся палочкам, такую как Light Wand, которая является биоразлагаемой и светится биолюминесценцией , а не хемилюминесценцией. [ 27 ] и LÜMI, многоразовая и нетоксичная альтернатива, светящаяся фосфоресценцией. [ нужна ссылка ] химически и биологически инертен.
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Раухут, Майкл М. (1969). «Хемилюминесценция согласованных реакций разложения пероксида (наука)». Отчеты о химических исследованиях . 2 (3): 80–87. дои : 10.1021/ar50015a003 .
- ^ Уилсон, Элизабет (22 августа 1999 г.). «Что это за штука? Лайтстики» . Новости химии и техники . 77 (3): 65. doi : 10.1021/cen-v077n003.p065 . Архивировано из оригинала (перепечатка) 19 мая 2012 года.
- ^ Чандросс, Эдвин А. (1963). «Новая хемилюминесцентная система». Буквы тетраэдра . 4 (12): 761–765. дои : 10.1016/S0040-4039(01)90712-9 .
- ^ Руд, С.А. «Глава 4, дела после принятия закона» (PDF) . Передача государственных лабораторных технологий: оценка процесса и воздействия (докторская диссертация) . hdl : 10919/30585 . Архивировано из оригинала 26 октября 2015 г. Проверено 23 сентября 2020 г.
- ^ Стив Гивенс (27 июля 2005 г.). «Великий спор о светящихся палочках (раздел на форуме)» . Студенческая жизнь.
- ^ Дуброу Б. и Гут Э. (20 ноября 1973 г.) «Упакованный хемилюминесцентный материал», патент США 3,774,022.
- ^ Гиллиам, К. и Холл, Т. (1973-10-09) «Химическое осветительное устройство», патент США 3,764,796.
- ^ Рихтер Х. и Тедрик Р. (25 июня 1974 г.) «Хемилюминесцентное устройство», патент США 3819925.
- ^ Лайонс, Джон Х.; Литтл, Стивен М.; Эспозито, Винсент Дж. (20 января 1976 г.) «Хемилюминесцентное сигнальное устройство», патент США № 3933118.
- ^ «Что это за штука? - Световые палочки» . pubsapp.acs.org . Проверено 29 сентября 2021 г.
- ^ Дэвис, Д. (1998). «Устройства определения местоположения дайвера» . Журнал Южно-Тихоокеанского общества подводной медицины . 28 (3). Архивировано из оригинала 19 мая 2009 г.
- ^ «Что такое свечение?» . Glowsticking.com. 19 сентября 2009 г. Архивировано из оригинала 28 января 2013 г. Проверено 21 декабря 2012 г.
- ^ «Джай Глоу! PCD против команды Ef Em El» . Ютуб. 21 февраля 2011 г. Архивировано из оригинала 12 декабря 2021 г. Проверено 21 декабря 2012 г.
- ^ «Самая большая светящаяся палочка» . Guinnessworldrecords.com . Проверено 15 мая 2020 г.
- ^ Ремпфер, Кайл (21 февраля 2019 г.). «Лаборатории ВВС разрабатывают и заменяют химический свет в полевых условиях» . Таймс ВВС . Проверено 4 октября 2021 г.
- ^ Перейти обратно: а б с д Кунцлеман, Томас Скотт; Рорер, Кристен; Шульц, Эмерик (12 июня 2012 г.). «Химия лайтстиков: демонстрации для иллюстрации химических процессов». Журнал химического образования . 89 (7): 910–916. Бибкод : 2012ЖЧЭд..89..910К . дои : 10.1021/ed200328d . ISSN 0021-9584 .
- ^ Кларк, Дональд Э. «Пероксиды и пероксидообразующие соединения» (PDF) . bnl.gov . Техасский университет A&M . Проверено 15 декабря 2019 г.
- ^ «Информация» . dtic.mil. Архивировано из оригинала 28 июня 2011 года . Проверено 15 декабря 2019 г.
- ^ Мохан, Артур Г. и Раухут, Майкл М. (1983-04-05) «Химическое осветительное устройство», патент США 4,379,320.
- ^ Перейти обратно: а б Кунцлеман, Томас С.; Комфорт, Анна Э.; Болдуин, Брюс В. (2009). «Гломатография». Журнал химического образования . 86 (1): 64. Бибкод : 2009ЮЧЭд..86...64К . дои : 10.1021/ed086p64 .
- ^ Карукстис, Керри К.; Ван Хек, Джеральд Р. (10 апреля 2003 г.). Химические связи: химическая основа повседневных явлений . Академическая пресса. п. 139 . ISBN 9780124001510 . Проверено 21 декабря 2012 г.
инфракрасный фонарик.
- ^ Перейти обратно: а б с д Биндра, Перминдер С.; Беррис, Эндрю Д.; Карлсон, Карл Р.; Смит, Джоан М.; Тайлер, Орвилл З. и Уотсон, Дэвид Л. младший (9 марта 2010 г.) «Хемилюминесцентные композиции и способы их изготовления и использования» патент США 20 080 308 776.
- ^ «Онлайн-статьи SCAFO» . scafo.org . Архивировано из оригинала 01 августа 2020 г. Проверено 10 октября 2007 г.
- ^ «Дибутилфталат» . ПабХим.
- ^ «Все, что нужно знать о светящихся палочках …» Glowsticks.co.uk .
- ^ де Оливейра, Тьяго Франко; да Силва, Аманда Люсила Медейрос; де Моура, Рафаэла Алвес; БАГАТИНИ, Ракель; де Оливейра, Антониу Анакс Фалькао; де Медейрос, Мариса Хелена Дженнари; ДиМашио, Паоло; де Арруда Кампос, Иван Персио; Барретто, Фабиано Прадо; Бечара, Этельвино Хосе Энрикес; де Мело Лоурейро, Ана Паула (19 июня 2014 г.). «Угроза люминесценции: токсичность аттрактантов световых палочек, используемых в пелагическом рыболовстве» . Научные отчеты . 4 (1): 5359. Бибкод : 2014NatSR...4E5359D . дои : 10.1038/srep05359 . ISSN 2045-2322 . ПМК 5381548 . ПМИД 24942522 .
- ^ «Ньока | Будущее света» . Ньока . Проверено 28 ноября 2022 г.