Świecący sztyft

  1. Plastikowa obudowa zakrywa wewnętrzny płyn.
  2. Szklana kapsułka zakrywa roztwór.
  3. Szczawian difenylu i roztwór barwnika fluorescencyjnego
  4. Roztwór nadtlenku wodoru
  5. Po rozbiciu szklanej kapsułki i wymieszaniu roztworów pałeczka świeci.
Różnokolorowe świecące sztyfty przeznaczone do stosowania jako bransoletki

Glow stick , znany również jako light stick , chem light , light wand , light rod i rave light , jest samowystarczalnym, krótkotrwałym źródłem światła. Składa się z półprzezroczystej plastikowej rurki zawierającej wyizolowane substancje, które po połączeniu wytwarzają światło poprzez chemiluminescencję . Światła nie można wyłączyć i można go użyć tylko raz. Zużyta rurka jest następnie wyrzucana. Pałeczki fluorescencyjne są często używane do rekreacji, na przykład podczas imprez, biwakowania, eksploracji na świeżym powietrzu i koncertów. Pałeczki jarzeniowe są również używane do oświetlania w wojskowych i służbach ratunkowych . Zastosowania przemysłowe obejmują transport morski, transport i wydobycie.

Historia

Bis(2,4,5-trichlorofenylo-6-karbopentoksyfenylo)szczawian , znak towarowy „Cyalume”, został wynaleziony w 1971 roku przez Michaela M. Rauhuta z American Cyanamid na podstawie prac Edwina A. Chandrossa z Bell Labs .

Inne wczesne prace nad chemiluminescencją zostały przeprowadzone w tym samym czasie przez naukowców pod kierownictwem Herberta Richtera z China Lake Naval Weapons Center .

W latach 1973-74 wydano kilka patentów amerykańskich na urządzenia typu pałeczki fluorescencyjne. Późniejszy patent z 1976 r. Zalecał pojedynczą szklaną ampułkę zawieszoną w drugiej substancji, która po rozbiciu i zmieszaniu zapewnia światło chemiluminescencyjne. Projekt obejmował również stojak na urządzenie sygnalizacyjne, dzięki czemu można je było wyrzucić z poruszającego się pojazdu i pozostać w pozycji pionowej na drodze. Pomysł polegał na tym, że zastąpiłoby to tradycyjne drogowe flary awaryjne i byłoby lepsze, ponieważ nie stwarzałoby zagrożenia pożarowego, byłoby łatwiejsze i bezpieczniejsze w użyciu i nie byłoby nieskuteczne, gdyby uderzyły w niego przejeżdżające pojazdy. Ten projekt, z pojedynczą szklaną ampułką wewnątrz plastikowej rurki wypełnionej drugą substancją, która po zgięciu łamie szkło, a następnie jest wstrząsany w celu wymieszania substancji, najbardziej przypomina typowy sprzedawany obecnie sztyft fluorescencyjny. [ potrzebne źródło ]

We wczesnych latach 80. większość pałeczek jarzeniowych została wyprodukowana w Novato w Kalifornii przez Omniglow Corp. Omniglow sfinalizował wykup lewarowany działu chemicznego światła firmy American Cyanamid w 1994 roku i stał się wiodącym dostawcą pałeczek jarzeniowych na całym świecie, aż do wycofania się z biznesu w 2014 roku. Większość świecące pałeczki, które można dziś zobaczyć, są teraz produkowane w Chinach.

Demontaż chemoluminescencyjnego pałeczki jarzeniowej, od lewej do prawej: (1) oryginalny, nienaruszony pałeczka; (2) otwarty pałeczkę jarzeniową z mieszaniną nadtlenków wlaną do cylindra miarowego i usuniętą szklaną ampułkę fluoroforu; (3) wszystkie trzy w świetle UV wykazujące fluorescencję fluoroforu i fluorescencję plastikowego pojemnika; (4) chemiluminescencja zmieszanych substancji w cylindrze miarowym; (5) mieszanina powróciła do oryginalnego plastikowego pojemnika, wykazując nieco inny (bardziej pomarańczowy) kolor emisji światła.

Używa

Pałeczki żarowe są wodoodporne, nie używają baterii, nie zużywają tlenu, nie wytwarzają ciepła lub wytwarzają go w niewielkim stopniu, nie wytwarzają iskry ani płomienia, tolerują wysokie ciśnienia, takie jak te występujące pod wodą, są niedrogie i można je rozsądnie jednorazowego użytku. Dzięki temu idealnie nadają się jako źródła światła i znaczniki świetlne przez siły zbrojne, obozowiczów , grotołazów i nurków rekreacyjnych .

Rozrywka

Świecące pałeczki stanowiące dekorację na przyjęciu

Glowsticking to użycie świecących pałeczek w tańcu. Są często używane do rozrywki na imprezach (w szczególności rave ), koncertach i klubach tanecznych . Są używane przez orkiestr marszowych do wieczornych występów; świecące pałeczki są również używane podczas festiwali i uroczystości na całym świecie. Pałeczki fluorescencyjne pełnią również wiele funkcji jako zabawki, dobrze widoczne nocne ostrzeżenia dla kierowców oraz świetlne oznaczenia, które umożliwiają rodzicom śledzenie swoich dzieci. Innym zastosowaniem są efekty świetlne przenoszone przez balony . Pałeczki fluorescencyjne są również używane do tworzenia efektów specjalnych w fotografii i filmie przy słabym oświetleniu.

W Księdze Rekordów Guinnessa odnotowano, że największy na świecie pałeczka fluorescencyjna została pęknięta na wysokości 150 metrów (492 stóp 2 cale). Został stworzony przez Uniwersytetu Wisconsin-Whitewater, aby uczcić półwiecze lub 150. urodziny szkoły w Whitewater w stanie Wisconsin i złamany 9 września 2018 r.

Rekreacja i przetrwanie

Pałeczki fluorescencyjne są używane do rekreacji na świeżym powietrzu, często używane w nocy do znakowania. Płetwonurkowie używają pałeczek fluorescencyjnych do oznaczania się podczas nocnych nurkowań, a następnie mogą wyłączyć jasne światła nurkowe. Ma to na celu umożliwienie widoczności bioluminescencyjnych organizmów morskich, których nie można zobaczyć, gdy świeci jasne światło nurkowe. Świecące pałeczki są używane na plecakach, kołkach do namiotów i kurtkach podczas nocnych wypraw biwakowych. Często świecące pałeczki polecane są jako dodatek do zestawów survivalowych .

Przemysł

Istnieją specyficzne zastosowania przemysłowe pałeczek jarzeniowych, które są często używane jako źródło światła w okolicznościach, w których oświetlenie elektryczne i diody LED nie są najlepiej dopasowane. Na przykład w przemyśle wydobywczym do awaryjnej ewakuacji w przypadku wycieku gazu potrzebne są pałeczki żarowe. Użycie elektrycznego źródła światła w takim przypadku może spowodować niezamierzony wybuch. Chemiluminescencja, rodzaj światła stosowany w pałeczkach jarzeniowych, jest „zimnym światłem” i nie zużywa energii elektrycznej oraz nie powoduje zapalenia się wycieku gazu.

Pałeczki fluorescencyjne są również używane na całym świecie w przemyśle morskim, często jako przynęty wędkarskie w połowach długich, rekreacyjnych i komercyjnych, a także w celu zapewnienia bezpieczeństwa personelu.

Wojskowy

Pałeczki fluorescencyjne są używane przez wojsko, a czasami także policyjne jednostki taktyczne , jako źródła światła podczas nocnych operacji lub walki w zwarciu w ciemnych obszarach. Służą również do oznaczania zabezpieczonych obszarów lub obiektów wartych uwagi. Po założeniu mogą służyć do identyfikacji przyjaznych żołnierzy podczas nocnych operacji.

Służby ratunkowe

Pałeczki jarzeniowe są używane przez policję , straż pożarną i pogotowie ratunkowe jako źródła światła, podobnie jak ich zastosowania wojskowe. Często ekipy ratownicze rozdają pałeczki fluorescencyjne, aby śledzić ludzi w nocy, którzy mogą nie mieć dostępu do własnego oświetlenia. Pałeczki fluorescencyjne są czasami mocowane do kamizelek ratunkowych i łodzi ratunkowych na statkach pasażerskich i handlowych, aby zapewnić widoczność w nocy.

Pałeczki fluorescencyjne są często częścią zestawów awaryjnych, aby zapewnić podstawowe oświetlenie i ułatwić identyfikację w ciemnych obszarach. Można je znaleźć w zestawach oświetlenia awaryjnego w budynkach, komunikacji miejskiej i na stacjach metra .

Operacja

Dalsze informacje: Kinetyka chemiczna

Pałeczki fluorescencyjne emitują światło po zmieszaniu dwóch substancji chemicznych. Reakcja między tymi dwoma substancjami chemicznymi jest katalizowana przez zasadę, zwykle salicylan sodu . Pałeczki składają się z małego, kruchego pojemnika w elastycznym pojemniku zewnętrznym. W każdym pojemniku znajduje się inne rozwiązanie. Kiedy pojemnik zewnętrzny jest zgięty, pojemnik wewnętrzny pęka, umożliwiając połączenie roztworów, powodując niezbędną reakcję chemiczną. Po rozbiciu probówkę wstrząsa się w celu dokładnego wymieszania składników.

Pałeczka fluorescencyjna zawiera dwie substancje chemiczne, podstawowy katalizator i odpowiedni barwnik ( uczulacz lub fluorofor ). Powoduje to reakcję egzergoniczną . Chemikalia wewnątrz plastikowej rurki to mieszanina barwnika, podstawowego katalizatora i szczawianu difenylu . Substancja chemiczna w szklanej fiolce to nadtlenek wodoru. W wyniku zmieszania nadtlenku z fenyloszczawianowym estrem zachodzi reakcja chemiczna , w wyniku której powstają dwa mole fenolu i jeden mol estru kwasu nadtlenowego ( 1,2-dioksetanodion ). Kwas nadtlenowy rozkłada się samorzutnie do dwutlenku węgla , uwalniając energię, która pobudza barwnik, który następnie relaksuje się, uwalniając foton . Długość fali fotonu — kolor emitowanego światła — zależy od struktury barwnika. Reakcja uwalnia energię głównie w postaci światła, z bardzo małą ilością ciepła. Powodem tego jest to, że odwrotna [2 + 2] fotocykloaddycja 1,2-dioksetanodionu jest przejściem zabronionym (narusza zasady Woodwarda-Hoffmanna ) i nie może przejść przez zwykły mechanizm termiczny.

Utlenianie szczawianu difenylu (na górze), rozkład 1,2-dioksetanodionu (w środku), relaksacja barwnika (na dole)

Dostosowując stężenia dwóch chemikaliów i bazy, producenci mogą wytwarzać pałeczki fluorescencyjne, które świecą jasno przez krótki czas lub słabiej przez dłuższy czas. Pozwala to również pałeczkom jarzeniowym na zadowalające działanie w gorącym lub zimnym klimacie, poprzez kompensację zależności reakcji od temperatury. Przy maksymalnym stężeniu (zwykle występującym tylko w warunkach laboratoryjnych) mieszanie chemikaliów powoduje gwałtowną reakcję, w wyniku której powstają duże ilości światła przez zaledwie kilka sekund. Ten sam efekt można osiągnąć dodając duże ilości salicylanu sodu lub innych zasad. Podgrzanie pałeczki jarzeniowej powoduje również, że reakcja przebiega szybciej, a pałeczka żarowa świeci jaśniej przez krótki czas. Schłodzenie pałeczki jarzeniowej nieznacznie spowalnia reakcję i powoduje, że trwa ona dłużej, ale światło jest słabsze. Można to wykazać, schładzając lub zamrażając aktywny sztyft jarzeniowy; kiedy ponownie się rozgrzeje, wznowi świecenie. Barwniki stosowane w pałeczkach fluorescencyjnych zwykle wykazują fluorescencji po wystawieniu na działanie promieniowania ultrafioletowego — dlatego nawet zużyty pałeczka fluorescencyjna może świecić w czarnym świetle .

Intensywność światła jest wysoka natychmiast po aktywacji, a następnie maleje wykładniczo. Wyrównanie tej początkowej wysokiej mocy wyjściowej jest możliwe poprzez schłodzenie pałeczki żarowej przed aktywacją.

Widmowa emisja chemiluminescencji (zielona linia) mieszanego fluoroforu i nadtlenku, który został usunięty z pomarańczowego pałeczki fluorescencyjnej, fluorescencja ciekłego fluoroforu tylko w szklanej ampułce (przed zmieszaniem) w świetle czarnym (linia żółto-pomarańczowa), fluorescencja zewnętrznej plastikowej ampułki pojemnik pomarańczowego pałeczki jarzeniowej pod czarnym światłem (czerwona linia) i widmo ponownie złożonego chemiluminescencyjnego sztyftu jarzeniowego (świecący płyn wlany z powrotem do oryginalnej pomarańczowej plastikowej fiolki) (ciemniejsza pomarańczowa linia). Ten wykres pokazuje zatem, że pomarańczowe światło z pomarańczowego pałeczki (identyczne z tym na powyższym zdjęciu demontażu pałeczki) jest tworzone przez zielonkawo-żółtą emitującą światło ciecz chemoluminescencyjną częściowo indukującą fluorescencję w (i filtrowaną przez) pomarańczowy plastik pojemnik.

Można zastosować kombinację dwóch fluoroforów, z jednym w roztworze, a drugim wprowadzonym do ścianek pojemnika. Jest to korzystne, gdy drugi fluorofor ulegnie degradacji w roztworze lub zostanie zaatakowany przez chemikalia. Widmo emisyjne pierwszego fluoroforu i widmo absorpcyjne drugiego fluoroforu muszą się w dużym stopniu pokrywać, a pierwszy musi emitować fale o mniejszej długości niż drugi. Możliwa jest konwersja w dół z ultrafioletu na światło widzialne, podobnie jak konwersja między długościami fal widzialnych (np. zielonego na pomarańczowy) lub widzialnym na bliską podczerwień. Przesunięcie może sięgać nawet 200 nm, ale zwykle zakres ten jest o około 20–100 nm dłuższy niż widmo absorpcji. Pałeczki fluorescencyjne wykorzystujące to podejście mają zwykle kolorowe pojemniki ze względu na barwnik osadzony w plastiku. Pałeczki świecące na podczerwień mogą wydawać się ciemnoczerwone do czarnych, ponieważ barwniki pochłaniają światło widzialne wytwarzane wewnątrz pojemnika i ponownie emitują bliską podczerwień.

Światło emitowane z białej świecącej sztyftu. W widmie obserwuje się cztery lub pięć pików, co sugeruje obecność czterech lub pięciu różnych fluoroforów zawartych w pałce jarzeniowej.

Z drugiej strony różne kolory można również uzyskać, po prostu mieszając kilka fluoroforów w roztworze, aby osiągnąć pożądany efekt. Te różne kolory można uzyskać dzięki zasadom koloru addytywnego . Na przykład kombinacja czerwonych, żółtych i zielonych fluoroforów jest używana w pomarańczowych sztyftach, a kombinacja kilku fluorescerów jest stosowana w białych sztyftach.

Stosowane fluorofory

  • 9,10-difenyloantracen (DPA) emituje światło niebieskie
  • 9-(2-fenyloetenylo) antracen emituje turkusowe światło
  • 1-chloro-9,10-difenyloantracen (1-chloro(DPA)) i 2-chloro-9,10-difenyloantracen (2-chloro(DPA)) emitują niebiesko-zielone światło wydajniej niż niepodstawiony DPA
  • 9,10-bis(fenyloetynylo)antracen (BPEA) emituje zielone światło z maksimum przy 486 nm
  • 1-chloro-9,10-bis(fenyloetynylo)antracen emituje żółto-zielone światło, stosowane w 30-minutowych sztyftach Cyalume o wysokiej intensywności
  • 2-chloro-9,10-bis(fenyloetynylo)antracen emituje zielone światło, stosowany w 12-godzinnych sztyftach Cyalume o niskiej intensywności
  • 1,8-dichloro-9,10-bis (fenyloetynylo) antracen emituje żółte światło, stosowany w sztyftach Cyalume
  • Rubrene emituje pomarańczowo-żółty przy 550 nm
  • Diamid 2,4-di-tert-butylofenylu 1,4,5,8-tetrakarboksynaftalenu emituje ciemnoczerwone światło, razem z DPA jest używany do wytwarzania światła białego lub różowego, w zależności od ich stosunku
  • Rodamina B emituje światło czerwone. Stosowany jest rzadko, gdyż rozkłada się w kontakcie z CPPO , skracając trwałość mieszanki.
  • 5,12-bis(fenyloetynylo)naftacen emituje pomarańczowe światło
  • Violanthrone emituje pomarańczowe światło o długości fali 630 nm
  • 16,17-(1,2-etylenodioksy)violantron emituje czerwień przy 680 nm
  • 16,17-diheksyloksyviolantron emituje podczerwień przy 725 nm
  • 16,17-butyloksyviolantron emituje podczerwień
  • N,N'-bis(2,5,-di-tert-butylofenylo)-3,4,9,10-perylenodikarboksyimid emituje czerwień
  • 1-N,N-dibutyloaminoantracen emituje podczerwień
  • Jodek 6-metyloakrydyniowy emituje podczerwień

Problemy z bezpieczeństwem

Toksyczność

W pałeczkach fluorescencyjnych jako produkt uboczny powstaje fenol . Zaleca się trzymanie mieszaniny z dala od skóry i zapobieganie przypadkowemu połknięciu, jeśli opakowanie sztyftu pęknie lub pęknie. W przypadku rozlania na skórę chemikalia mogą powodować lekkie podrażnienie, obrzęk lub w skrajnych przypadkach wymioty i nudności. Uważano, że niektóre substancje chemiczne stosowane w starszych pałeczkach jarzeniowych są potencjalnymi czynnikami rakotwórczymi . Stosowane uczulacze to wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne , klasa związków znanych ze swoich właściwości rakotwórczych.

Ftalan dibutylu , plastyfikator czasami stosowany w pałeczkach fluorescencyjnych (i wielu tworzywach sztucznych), budzi pewne obawy zdrowotne. Został wpisany na kalifornijską listę podejrzanych teratogenów w 2006 roku. Płyn w sztyfcie zawiera składniki, które mogą działać jako plastyfikator, zmiękczając tworzywa sztuczne, na które wycieka. Szczawian difenylu może kłuć i palić oczy, podrażniać i kłuć skórę oraz może palić usta i gardło w przypadku połknięcia.

Naukowcy z Brazylii, zaniepokojeni odpadami z pałeczek jarzeniowych używanych w ich kraju, opublikowali w 2014 roku badanie na ten temat. Zmierzono reakcje wtórne, które zachodzą w zużytych pałeczkach fluorescencyjnych, toksyczność dla komórek w hodowli oraz reakcje chemiczne z DNA in vitro. Autorzy stwierdzili „wysoką toksyczność” roztworów light stick i dowody na reaktywność z DNA. Doszli do wniosku, że roztwory w sztyfcie świetlnym „są niebezpieczne, a ryzyko dla zdrowia związane z narażeniem nie zostało jeszcze odpowiednio ocenione”.

Tworzywa sztuczne jednorazowego użytku

Świecące pałeczki również przyczyniają się do problemu odpadów z tworzyw sztucznych , ponieważ pałeczki są jednorazowego użytku i są wykonane z tworzywa sztucznego. Ponadto, ponieważ wewnętrzna fiolka jest często wykonana ze szkła, a chemikalia w środku są niebezpieczne, jeśli są niewłaściwie obsługiwane, plastik używany do pałeczek żarowych nie podlega odzyskowi przez usługi recyklingu, więc pałeczki jarzeniowe są klasyfikowane jako odpady nienadające się do recyklingu.

Poprawa bezpieczeństwa

Do 2020 roku trwały prace nad stworzeniem bezpieczniejszych pałeczek fluorescencyjnych i alternatyw. Kanadyjska firma Nyoka Design Labs opracowała alternatywne sztyfty świecące. Light Wand jest biodegradowalny i świeci bioluminescencją , a nie chemiluminescencją. LUMI to nietoksyczna alternatywa wielokrotnego użytku, która świeci fosforescencją i jest chemicznie i biologicznie obojętna.

Zobacz też

Linki zewnętrzne

Pobrano z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Glow_stick&oldid=1138963712 ”