DE FASCINERENDE WERELD VAN FLUORESCENTIE. Wat is Fluorescentie?

Maat: px

Weergave met pagina beginnen:

Download "DE FASCINERENDE WERELD VAN FLUORESCENTIE. Wat is Fluorescentie?"

Philomena Aerts
7 jaren geleden
Aantal bezoeken:

1 DE FASCINERENDE WERELD VAN FLUORESCENTIE Welkom in de fascinerende wereld van fluorescentie. De onzichtbare ultraviolette straling kan een saai stuk steen veranderen in een explosie van licht in alle denkbare kleuren van de regenboog. Hoe dit ogenschijnlijke magische proces mogelijk is zal ik proberen uit te leggen in dit stuk. We zullen dieper ingaan op de vraag hoe dit kan gebeuren, het hebben over de alledaagse toepassingen van fluorescentie de gevaren, de oorzaken, de lampen en natuurlijk kunt u enkele mineralen bekijken in de fotogallerij. U kunt ook foto's bewonderen in de webshop. Wat is Fluorescentie? Fluorescentie is lichtemissie door bepaalde substanties wanneer ze worden geactiveerd door ultraviolette energie. De emissie verdwijnt indien de activering wordt verwijderd. Fluorescentie komt van het mineraal Fluoriet, waarvan begin 1850 werd geconstateerd dat het blauw opgloeide door het in de zon aanwezige UV-licht. (sir George Stokes) Wat is licht? Om fluorescentie goed te begrijpen is het noodzakelijk dat we eerst kijken wat licht is. Licht is een soort elektromagnetische straling die door de zon wordt uitgestraald. Die elektromagnetische straling komt voor in diverse golflengten. De golflengte wordt gemeten in nanometers ( nm.=1/miljoenste millimeter). In onderstaande figuur vindt u een schema. We zullen de soorten stralingen van rechts naar links benoemen. Radiogolven zijn vergelijkbaar met licht alleen is hun golflengte langer. Daarna komen de Microgolven, die worden veelal gebruikt in radar en bijvoorbeeld in de magnetron om het eten van binnenuit te verhitten. Dan 1 / 11

Hoe dit ogenschijnlijke magische proces mogelijk is zal ik proberen uit te leggen in dit stuk.

2 krijg je Infrarode straling, dit wordt gebruikt in de afstandsbediening. Infrarood wordt afgekort als IR, mensen voelen dit als warmte. Daarna komt het zichtbare licht, hiermee wordt bedoeld dat wij mensen dit licht met onze ogen kunnen zien, alle mogelijke kleuren dus. Licht is uit verschillende kleuren opgebouwd. Alle kleuren hebben een verschillende golflengte. Met golflengte wordt bedoeld de afstand tussen twee toppen van golven, zoals je ook bij water ziet. De kleur van een object wordt bepaald door de frequentie (golflengte) van de elektromagnetische straling die het terug reflecteert. Een zwart voorwerp absorbeert alle golflengten van het zichtbare licht. Een rood voorwerp absorbeert alles behalve de rode straling. Daarna komt het ultraviolette licht ook wel UV-licht genoemd, daardoor worden wij bruin als we in de zon liggen. De ozonlaag houdt dit grotendeels tegen,maar door de aantasting komt er steeds meer UV binnen, en dit kan schadelijk zijn, dus is het ongezond om lang in de zon te liggen. De rontgenstralen, deze worden veel gebruikt, in de medische wetenschap. Als laatste komen de gammastralen, deze stralen zijn schadelijk voor alle levende wezens, en komt o.a. vrij bij kerncentrales en uit bijvoorbeeld uranium, Gamma stralen hebben de kortste golflengte, maar dus de hoogste energetische waarde. Ultraviolet licht 2 / 11

Alle kleuren hebben een verschillende golflengte. Met golflengte wordt bedoeld de afstand tussen twee toppen van golven, zoals je ook bij water ziet.

3 Ultraviolette straling ligt in het bovenstaande schema dus voor het zichtbare licht. De energetische waarde is dus hoger. De golflengten liggen van 100 nm. tot 400 nm. We kunnen ultraviolet licht verdelen in vier gebieden, zoals in het volgende figuur is te zien. De lange golfstralen liggen in het bereik van 315 tot 400 nm. (ook wel UV-A genoemd). De term "black light" is een bekend begrip en wordt veel in dancings gebruikt vanwege de oplichtende witte kleding, ogen, tanden en veel verfsoorten. Veel mineralen lichten op bij deze golflengte, de bekendste is wel fluoriet. Het gebied in het middengolfbereik ( nm.) Sommige mineralen, zoals scapolieten, reageren op de middengolf straling. 3 / 11

(ook wel UV-A genoemd). De term "black light" is een bekend begrip en wordt veel in dancings gebruikt vanwege de oplichtende witte kleding, ogen, tanden en veel verfsoorten.

4 De straling rond de nm. (UV-B) veroorzaakt een fotochemische reactie in de huid, wat wij als zonnebrand ervaren. De productie van vitamine D gebeurt ook onder invloed van deze straling. De korte golf straling is het gebied van 200 tot 280 nm. ( UV-C) maar zal ons onder normale omstandigheden niet bereiken. Deze straling wordt door de atmosfeer tegengehouden. Het is ook deze straling (van beneden de 300 nm.) die een bacteriedodend effect heeft, waardoor het veel wordt toegepast in de levensmiddelenindustrie. Vacuum ultraviolet licht is het laatste gebied, en niet van belang voor gebruik bij mineralen. Het moet onder vacuum worden toegepast omdat gewone lucht de straling al tegenhoud. 4 / 11

( UV-C) maar zal ons onder normale omstandigheden niet bereiken. Deze straling wordt door de atmosfeer tegengehouden. Het is ook deze straling (van beneden de 300 nm.

5 Enkele toepassingen van fluorescentie - Fluorescentie wordt veel toegepast. Zo is het al veel gebruikt in postzegels (of poststempels) zodat met behulp van uv-licht automatisch kan worden gesorteerd. Vaak zijn het onzichtbare strepen, maar ook wordt inkt gebruikt om afbeeldingen te verfraaien. - Papier wordt vaak gebleekt waardoor het onder normaal licht (wat ook lange golf uv bevat) een blauw/wit fluorescerend effect te geven, waardoor het witter lijkt! - Bankbiljetten worden voorzien uv merktekens om de echtheid te kunnen aantonen. Ook de reclamewereld werkt met fluorescerende inkt om de advertentie op te laten vallen. - Het wordt toegepast in kleding,videoclips, theatershows en reclamelichten. - In de criminologie worden vingerafdrukken opgespoord met fluorescerend poeder. - In de mijnindustrie was uranium vaak eenvoudiger te vinden met een UV-lamp dan met een Geigerteller. - In de oogheelkunde wordt het oog behandeld met fluoresceine, waarna het oog wordt beschenen met een UV-lamp. Beschadigingen worden dan duidelijk zichtbaar. - In laboratoria zijn talloze toepassingen om preparaten zichtbaar te maken. - Zoals eerder gezegd wordt het veel toegepast in de 5 / 11

- Papier wordt vaak gebleekt waardoor het onder normaal licht (wat ook lange golf uv bevat) een blauw/wit fluorescerend effect te geven, waardoor het witter lijkt!

6 levensmiddelenindustrie om de bacteriedodende werking, zo wordt water er ook vaak mee behandeld en zit het o.a. ingebouwd in vijverpompen. Hoe mineralen fluoresceren Om te begrijpen hoe mineralen fluoresceren moeten we kijken hoe mineralen zijn opgebouwd en hoe ze reageren op ultraviolet licht. In de kern bevinden zich protonen en neutronen met daarom heen cirkelend elektronen. Die elektronen cirkelen rond de kern in schillen en absorberen de energie van het ultraviolet licht. Door die energie-impuls wordt een elektron verplaatst naar een hogere schil, maar het elektron kan zijn positie niet vasthouden, en schiet weer terug in zijn oude positie. In het hele proces is een deel van de energie verloren gegaan (in bv. Warmte). Die lagere vrijgekomen energie heeft nu een frequentie die wel zichtbaar is. Dit uit zicht door alle denkbare kleuren uit te zenden. Het mineraal wordt een lichtbron! Dit noemen we 6 / 11

In de kern bevinden zich protonen en neutronen met daarom heen cirkelend elektronen. Die elektronen cirkelen rond de kern in schillen en absorberen de energie van het ultraviolet licht.

7 fluorescentie. De UV-lampen. De normale black-lights (lange golf) is de buis aan de binnenkant bedekt met een fosfor laagje. In de buis heerst een vacuum en Argongas is toegevoegd met een beetje kwik. Door de kwikdampen ontstaat uv-licht dat het door het fosfor wordt geabsorbeerd en zend uv-licht uit. De korte golf stralen zijn onzichtbaar en heeft de eigenschap dat het door de meeste glas en plasticsoorten wordt tegengehouden. De korte golf uv-lampen hebben daarom geen glas maar kwarts of hoogsilicaat glas. Bijna 90% van de energie van de korte golflamp wordt uitgezonden als UV licht van 254 nm., 3,8% als andere golflengten en ongeveer 7% als warmte en zichtbaar licht. Dit kleine beetje zichtbaar licht zou een groot deel van het effect van de lamp teniet doen. De lampen zijn daarom voorzien van een filter. Het is dat filter wat de lamp juist zo kostbaar maakt. Wat zijn de oorzaken van fluorescentie? 7 / 11

De korte golf stralen zijn onzichtbaar en heeft de eigenschap dat het door de meeste glas en plasticsoorten wordt tegengehouden.

8 - De aanleg om wel te fluoresceren ligt vooral de slechte geleiders. Bijna alle mineralen met metaalglans of submetaalglans niet! Hoe zuiverder het mineraal hoe minder kans op fluorescentie IJzer, nikkel, kobalt of koperhoudende mineralen (>1%): nauwelijks! - Onzuiverheden (verontreiniging van andere stoffen) Uranyl-ion (UO2)2+ in b.v. Opaal en chalcedoon Mangaan (Mn2+) ion een van de belang-rijkste veroorzakers van fluorescentie. Chroom (Cr 3+ ) in smaragd of Disulfide-ion (S2) in sodaliet - Intrinsic factoren (inwendige factoren door de aanwezigheid van bepaalde elementen in de molekulen). Uranyl-ion (UO2)2+ Lood titanium of kwik Bepaalde ionen (WO4)2- (Tungstate ion) of (MoO4)2- Molhybdate - Defecten in kristalroosters 8 / 11

- Onzuiverheden (verontreiniging van andere stoffen) Uranyl-ion (UO2)2+ in b.v. Opaal en chalcedoon Mangaan (Mn2+) ion een van de belang-rijkste veroorzakers van fluorescentie.

9 Andere vormen van lichtuitzendende stoffen - Fosforescentie Wanneer een mineraal licht blijft uitzenden nadat de UV-lichtbron is gedoofd. (dubbelspaat) - thermoluminescentie: hierbij wordt licht uitgezonden door een stof die opgewarmd wordt - Bioluminescentie: licht dat wordt uitgezonden door bacterien/schimmels tijdens het verrottingsproces of langzame oxidatie in levensvormen (vuurvliegjes) 9 / 11

(dubbelspaat) - thermoluminescentie: hierbij wordt licht uitgezonden door een stof die opgewarmd

10 - cryoluminescentie: een stof wordt fluorescerend bij zeer lage temperaturen - Tenebrescentie Het mineraal vertoont bij daglicht een andere kleur na blootstelling aan uv-licht. (sodaliet) - Triboluminescentie Het mineraal zend licht uit nadat er geweld op wordt uitgeoefend. (Tremoliet) Ultraviolet licht en de schade voor de mens. Zoals eerder genoemd is UV-licht (korte golf) de veroorzaker van zonnebrand. Dit geld met name voor de ogen. Het is dus onverstandig om in de lamp te kijken. Bij langere blootstelling kunnen lasogen ontstaan, wat zich uit in pijn en het gevoel alsof er zand in de ogen zit. Dit gaat vanzelf weer over, maar kan worden ondersteund met een pijnstillende oogdruppel. Het zichtbare licht van de minderalen die we zien is dus gewoon licht en niet schadelijk. Men kan de uv-stralen eenvoudig blokkeren door een bril te dragen van glas, of een uv-straling blokkerende kunststof. 10 / 11

Zoals eerder genoemd is UV-licht (korte golf) de veroorzaker van zonnebrand. Dit geld met name voor de ogen. Het is dus onverstandig om in de lamp te kijken.

11 11 / 11

Vergelijkbare documenten

Zonnestraling. Samenvatting. Elektromagnetisme

Zonnestraling. Samenvatting. Elektromagnetisme Zonnestraling Samenvatting De Zon zendt elektromagnetische straling uit. Hierbij verplaatst energie zich via elektromagnetische golven. De golflengte van de straling hangt samen met de energie-inhoud.