Светящаяся палочка - Glow stick

1. Пластиковый кожух закрывает внутреннюю жидкость.
2. Стеклянная капсула закрывает раствор.
3. Раствор дифенилоксалата и флуоресцентного красителя.
4. Раствор перекиси водорода.
5. После того, как стеклянная капсула разбита и растворы перемешаны, светящаяся палочка загорится.
Светящиеся палочки разного цвета, предназначенные для использования в качестве браслетов

А светящаяся палочка автономный кратковременный источник света. Он состоит из полупрозрачного пластик трубка, содержащая изолированные вещества, которые при соединении пропускают свет хемилюминесценция, поэтому не требует внешнего источника энергии. Свет нельзя выключить и использовать можно только один раз. Светящиеся палочки часто используются для отдыха, но также могут использоваться для освещения во время военных, полицейских, пожарных или скорая медицинская помощь операции. Они также используются военными и полицией для обозначения «чистых» участков.

История

Бис (2,4,5-трихлорфенил-6-карбопентоксифенил) оксалат, торговая марка "Cyalume", была изобретена в 1971 году Майклом М. Раухутом.[1] и Ласло Дж. Боллыки из Американский цианамид, основанный на работе Эдвина А. Чандросса из Bell Labs.[2][3]

Другая ранняя работа по хемилюминесценции была проведена в то же время исследователями под руководством Герберта Рихтера в Центр военно-морского вооружения Чайна-Лейк.[4][5]

Несколько США патенты Устройства типа «светящаяся палочка» получили разные изобретатели. Бернард Даброу и Юджин Дэниел Гут запатентовали упакованный хемилюминесцентный материал в июне 1965 г. (Патент 3,774,022 ). В октябре 1973 года Кларенс В. Гиллиам, Дэвид Иба-старший и Томас Н. Холл были зарегистрированы как изобретатели химического осветительного устройства (Патент 3,764,796 ). В июне 1974 г. был выдан патент на хемилюминесцентное устройство, изобретателями которого были Герберт П. Рихтер и Рут Э. Тедрик (Патент 3,819,925 ).

В январе 1976 года был выдан патент на хемилюминесцентное сигнальное устройство, изобретателями которого были Винсент Дж. Эспозито, Стивен М. Литтл и Джон Х. Лайонс (Патент 3,933,118 ). В этом патенте рекомендована единственная стеклянная ампула, которая суспендирована во втором веществе, которое при разбивании и смешивании дает хемилюминесцентный свет. В конструкцию также входила подставка для сигнального устройства, чтобы его можно было выбросить из движущегося транспортного средства и оставить стоять в вертикальном положении на дороге. Идея заключалась в том, что это заменит традиционные аварийные придорожные сигнальные ракеты и будет лучше, поскольку они не представляют опасности пожара, их будет проще и безопаснее развернуть, и они не станут неэффективными в случае поражения проезжающими автомобилями. Эта конструкция с единственной стеклянной ампулой внутри пластиковой трубки, заполненной вторым веществом, которое при сгибании разбивает стекло, а затем встряхивается для смешивания веществ, больше всего напоминает типичную светящуюся палочку, продаваемую сегодня.

В декабре 1977 года был выдан патент на химическое световое устройство с Ричардом Тейлором Ван Зандтом в качестве изобретателя (Патент 4064428 ). Это изменение конструкции включает стальной шар, который разбивает стеклянную ампулу, когда светящаяся палочка подвергается удару заданного уровня; Примером может служить темная стрела, которая освещает место посадки при резком замедлении.

Разборка хемолюминесцентной светящейся палочки слева направо: (1) оригинальный, неповрежденный световой стержень; (2) открытая светящаяся палочка с пероксидной смесью, налитой в градуированный цилиндр и удаленной стеклянной ампулой флуорофора; (3) все три при УФ-освещении демонстрируют флуоресценцию флуорофора и флуоресценцию пластмассового контейнера; 4) хемолюминесценция смешанных веществ в мерном цилиндре; (5) смесь вернулась в исходный пластиковый контейнер, показывая немного другой (более оранжевый) цвет излучения света.

Использует

Светящиеся палочки водонепроницаемы, не используют батарейки, выделяют незначительное тепло, недороги и достаточно одноразовые. Они могут выдерживать высокое давление, например, под водой. Они используются в качестве источников света и световых маркеров. вооруженные силы, туристы, и дайверы-любители.[6]

Развлекательная программа

Светящиеся палочки для декора вечеринки

Свечение это использование светящихся палочек в танцах.[7] Это одно из их наиболее широко известных применений в популярной культуре, так как они часто используются для развлечения на вечеринках (в частности, рейвы ), концерты, и танцевальные клубы. Они используются оркестр дирижеры вечерних представлений; Светящиеся палочки также используются на фестивалях и праздниках по всему миру. Светящиеся палочки также выполняют несколько функций в качестве игрушек, хорошо заметных ночных предупреждений для автомобилистов и световых меток, которые позволяют родителям следить за своими детьми. Еще одно использование для световые эффекты на воздушном шаре. Светящиеся палочки также используются для создания специальных эффектов в фотографии и на пленке при слабом освещении.[8]

В Книга рекордов Гиннеса говорит, что самая большая в мире светящаяся палочка треснула на высоте 150 метров (492 футов 2 дюйма). Он был создан Университет Висконсина – Уайтуотер химического факультета, чтобы отметить полувековой юбилей школы, или 150-летие со дня рождения Уайтуотер, Висконсин и треснул 09 сентября 2018 года.[9]

Операция

Дальнейшая информация: Химическая кинетика

Светящиеся палочки излучают свет при смешивании двух химикатов. Реакция между двумя химическими веществами катализируется основанием, обычно салицилат натрия.[10] Палочки представляют собой крошечный хрупкий контейнер внутри гибкого внешнего контейнера. Каждый контейнер содержит различное решение. Когда внешний контейнер сгибается, внутренний контейнер ломается, позволяя растворам объединяться, вызывая необходимую химическую реакцию. После разрушения пробирку встряхивают для тщательного перемешивания компонентов.

Светящийся стик содержит два химиката, основной катализатор и подходящий краситель (сенсибилизатор, или же фторфор ). Это создает экзэргоническая реакция. Химические вещества внутри пластиковой трубки представляют собой смесь красителя, основного катализатора и дифенилоксалат. Химическим веществом в стеклянном флаконе является перекись водорода. При смешивании пероксида со сложным фенилоксалатным эфиром химическая реакция происходит, давая два моля фенол и один моль эфира пероксикислоты (1,2-диоксетандион ).[11] Пероксикислота разлагается самопроизвольно к углекислый газ, высвобождая энергию, которая возбуждает краситель, который затем расслабляется, высвобождая фотон. В длина волны фотона - цвет излучаемого света - зависит от структуры красителя. При реакции выделяется энергия в основном в виде света с очень небольшим количеством тепла.[10] Причина в том, что обратное [2 + 2] фотоциклоприсоединения 1,2-диоксетандиона является запрещенный переход (нарушает Правила Вудворда – Хоффмана ) и не может проходить через обычный тепловой механизм.

Окисление дифенилоксалата (вверху), разложение 1,2-диоксетандиона (в центре), релаксация красителя (внизу)

Регулируя концентрации двух химических веществ 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 стержням удовлетворительно работать в жарком или холодном климате за счет компенсации температурной зависимости реакции. При максимальной концентрации (обычно обнаруживаемой только в лабораторных условиях) смешивание химикатов приводит к бурной реакции, в результате которой образуется большое количество света всего на несколько секунд. Такого же эффекта можно добиться, добавив обильное количество салицилата натрия или других оснований. Нагревание светящейся палочки также заставляет реакцию протекать быстрее, и 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 путем охлаждения или замораживания активной светящейся палочки; когда он снова нагреется, он возобновит свечение. Красители, используемые в светящихся палочках, обычно проявляют флуоресценция при воздействии ультрафиолетовый излучение - поэтому даже отработанная светящаяся палочка может светиться под черный свет.

Сразу после активации интенсивность света высока, а затем экспоненциально затухает. Выравнивание этой начальной высокой мощности возможно за счет охлаждения палочки накаливания перед активацией.[12]

Спектральное излучение хемилюминесценции (зеленая линия) смешанного флуорофора и пероксида, которое было удалено с оранжевой светящейся палочки, флуоресценция жидкого флуорофора только в стеклянной ампуле (перед смешиванием) в черном свете (желто-оранжевая линия), флуоресценция пластмассовой внешней поверхности контейнер оранжевой светящейся палочки под черным светом (красная линия) и спектр собранной хемилюминесцентной светящейся палочки (светящаяся жидкость налита обратно в оригинальный оранжевый пластиковый флакон) (темная оранжевая линия). Таким образом, этот график показывает, что оранжевый свет от оранжевой светящейся палочки (идентичный свету на приведенном выше изображении разборки светящейся палочки) создается зеленовато-желтым светом, излучающим хемолюминесцентную жидкость, частично индуцируя флуоресценцию в оранжевом пластике (и фильтруясь ею). контейнер.

Можно использовать комбинацию двух флуорофоров, один из которых находится в растворе, а другой встроен в стенки контейнера. Это выгодно, когда второй флуорофор разлагается в растворе или подвергается воздействию химических веществ. Спектр излучения первого флуорофора и спектр поглощения второго должны в значительной степени перекрываться, и первый должен излучать на более короткой длине волны, чем второй. Возможно преобразование с понижением частоты из ультрафиолетового в видимое, как и преобразование между видимыми длинами волн (например, от зеленого до оранжевого) или из видимого диапазона в ближний инфракрасный. Сдвиг может достигать 200 нм, но обычно диапазон примерно на 20–100 нм больше, чем спектр поглощения.[13] Светящиеся палочки, использующие этот подход, как правило, имеют цветные емкости из-за красителя, встроенного в пластик. Инфракрасные светящиеся палочки могут выглядеть от темно-красного до черного, поскольку красители поглощают видимый свет, производимый внутри контейнера, и излучают в ближнем инфракрасном диапазоне.

Свет, излучаемый белой светящейся палочкой. В спектре наблюдаются четыре или пять пиков, что свидетельствует о наличии четырех или пяти различных флуорофоров, содержащихся в светящейся палочке.

С другой стороны, различные цвета также могут быть получены путем простого смешивания нескольких флуорофоров в растворе для достижения желаемого эффекта.[10][14] Эти различные цвета могут быть получены благодаря принципам аддитивный цвет. Например, комбинация красных, желтых и зеленых флуорофоров используется в оранжевых световых палках,[10] а в палочках для белого света используется комбинация нескольких флуоресцентных ламп.[14]

Используемые флуорофоры

Вопросы безопасности

В светящихся палочках фенол производится как побочный продукт. Рекомендуется держать смесь подальше от кожи и предотвратить случайное проглатывание, если корпус светящейся палочки расколется или сломается. При попадании на кожу химические вещества могут вызвать легкое раздражение кожи, отек или, в крайних случаях, рвоту и тошноту. Некоторые из химикатов, используемых в старых светящихся палочках, считались потенциальными канцерогены.[17] Используемые сенсибилизаторы: полиядерные ароматические углеводороды, класс соединений, известных своими канцерогенными свойствами.

Дибутилфталат, ингредиент, который иногда используют в светящихся палочках, вызывает некоторые проблемы со здоровьем. Хотя нет никаких доказательств того, что дибутилфталат представляет серьезную опасность для здоровья, он был включен в список подозреваемых в Калифорнии. тератогены в 2006 году.[18]

Светящиеся палочки содержат ингредиенты, которые действуют как пластификаторы. Это означает, что если светящаяся палочка попадет на пластик, он может стать жидким.[19]

Дифенилоксалат может ужалить и обжигать глаза, раздражать и покалывать кожу, а также может обжечь рот и горло при проглатывании.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Раухут, Майкл М. (1969). «Хемилюминесценция от согласованных реакций разложения перекиси (наука)». Отчеты о химических исследованиях. 3 (3): 80–87. Дои:10.1021 / ar50015a003.
  2. ^ Уилсон, Элизабет (22 августа 1999 г.). «Что это за штука? Световые палочки». Новости химии и машиностроения. 77 (3): 65. Дои:10.1021 / cen-v077n003.p065. Архивировано из оригинал (перепечатка) 19 мая 2012 г.
  3. ^ Чандросс, Эдвин А. (1963). «Новая хемилюминесцентная система». Буквы Тетраэдра. 4 (12): 761–765. Дои:10.1016 / S0040-4039 (01) 90712-9.
  4. ^ Руд, С.А. «Глава 4 Постзаконные дела» (PDF). Передача государственных лабораторных технологий: оценка процесса и воздействия (Докторская диссертация). Архивировано из оригинал в 2015-10-26. Получено 2020-09-23. Внешняя ссылка в | работа = (помощь)
  5. ^ Стив Гивенс (27 июля 2005 г.). «Великий спор о светящейся палочке (раздел форума)». Студенческая жизнь.
  6. ^ Дэвис, Д. (1998). «Устройства для определения местоположения дайверов». Журнал Южнотихоокеанского общества подводной медицины. 28 (3). Архивировано из оригинал на 19.05.2009.
  7. ^ "Что такое свечение?". Glowsticking.com. 2009-09-19. Архивировано из оригинал на 2013-01-28. Получено 2012-12-21.
  8. ^ "Джай Глоу! PCD против команды Эф Эм Эль". YouTube. 2011-02-21. Получено 2012-12-21.
  9. ^ «Самый большой светящийся стик». guinnessworldrecords.com. Получено 2020-05-15.
  10. ^ а б c d Кунцлеман, Томас Скотт; Рорер, Кристен; Шульц, Эмерик (2012-06-12). «Химия световых палочек: демонстрации для иллюстрации химических процессов». Журнал химического образования. 89 (7): 910–916. Bibcode:2012JChEd..89..910K. Дои:10.1021 / ed200328d. ISSN  0021-9584.
  11. ^ "Данные" (PDF). www.bnl.gov. Получено 2019-12-15.
  12. ^ "Информация". www.dtic.mil. Получено 2019-12-15.
  13. ^ «Химическое осветительное устройство - American Cyanamid Company». Freepatentsonline.com. 1981-02-19. Получено 2012-12-21.
  14. ^ а б Kuntzleman, Thomas S .; Комфорт, Анна Е .; Болдуин, Брюс В. (2009). «Гловматография». Журнал химического образования. 86 (1): 64. Bibcode:2009JChEd..86 ... 64K. Дои:10.1021 / ed086p64.
  15. ^ Карукстис, Керри К .; Ван Хек, Джеральд Р. (10 апреля 2003 г.). Химические связи: химическая основа повседневных явлений. Академическая пресса. п.139. ISBN  9780124001510. Получено 2012-12-21. инфракрасный лайтстик.
  16. ^ а б c d «Хемилюминесцентные композиции и способы их изготовления и использования - заявка на патент». Faqs.org. 2008-12-18. Получено 2012-12-21.
  17. ^ "Статьи СКАФО в Интернете". scafo.org.
  18. ^ «Дебутилфталат». PubChem.
  19. ^ "Все, что нужно знать о светящихся палочках ..." glowsticks.co.uk.

внешняя ссылка