Luminiscenční zdroje v přírodě

Nejlépe jsme obeznámeni s druhy světla, jako je sluneční záření, světlo svíčky nebo žárovky. Ty však zároveň produkují značné množství tepla. Často spojujeme světlo s teplem. Ne všechno světlo je však horké.

Na mnoha příkladech z přírody je ale známá chemiluminiscence - jev, kdy specializovaný tělesný orgán živočicha dokáže vyrábět méně či více intenzivní světlo, aniž by se přitom zahříval. Jedním známým typem studeného světla je fosforescence. Anebo na ozdobných nálepkách v dětském pokoji.

Ne všechny látky zářící ve tmě však fosforeskují. Michael nám objasní chemickou podstatu tohoto jevu a pak už se vrhneme do přípravy podomácku vyrobeného zdroje studeného světla. Budeme potřebovat především hydroxid sodný a látku s příznačným názvem - luminol. A takto luminol vypadá. Důležitou částí molekuly luminolu jsou tyto dvě skupiny NH (dusík-vodík) zde.

Tyto skupiny reagují s OH- ionty hydroxidu a vytvoří záporně dvojmocný iont. Ten pak reaguje s kyslíkem ze vzduchu a uvolní přitom molekulu dusíku. Molekuly fluoresceinu pohltí foton modrého světla, vyzářeného lumonilem a vyzáří jiný foton s delší vlnovou délkou.

Chemiluminiscence je nesmírně důležitá v přírodě. Proto se jí říká bioluminiscence. Existují dokonce i houby, které používají bioluminiscence.

Čtěte také: Vliv Energie na Přírodu

Les bývá po setmění tajemný a může nás ledasčím překvapit. Třeba, když se mezi stromy zjeví záhadné světélko. A právě tato světélka stála za zrodem záhadných bytostí, skřítků a bosích divoženek o kterých se dřív mezi lidmi vyprávělo. látky, díky nimž je světélkování umožněno. luciferinu dostává do stavu kdy vydává světlo. celou reakci katalyzuje. Bioluminiscenční organismy si luciferin buď samy vyrábí, nebo jej přijímají ve formě potravy.

Z více než 100 tisíc současně popsaných druhů hub jich ve tmě světélkuje pouhých 71 druhů. Proč ale některé houby svítí? touto otázkou si vědci lámali hlavy několik století. než ostatní známé houby s bioluminiscencí. světélkování těchto hub je ovládáno jejich vnitřními hodinami. světélkování má svůj důvod. jenom o úchvatný vedlejší produkt jejich metabolismu. Ostatně v přírodě se jen málo co děje bez příčiny. že houby svou září lákají noční hmyz. rozmnožení svého druhu po okolí. holboelli) a někteří zástupci čeledí Stomiidae a SternoptychidaeU hlubinných ryb (řád ďasi) a jiných hlubinných organismů (např. hlavonožci) je světélkování nutné pro komunikaci. U mnoha ryb je bioluminiscence umožněna mutualistickými bakteriemi, které přebývají v živých tkáních.

UV záření a mineralogie

1. V mineralogii se neuplatňují UVA vlnové délky nad 385 nm, protože většina minerálů na ně nereaguje. Světelné zdroje na bázi LED diod se vyrábí ve střední vlnové délce (UVB) okolo 310 nm a v krátké vlnové délce (UVC) 255 nm. Krátkovlnné zdroje na bázi germicidních výbojek mají širší spektrum (více „píků“ vlnových délek). Ve všech případech nejsou pro mineralogické účely vhodné UV zdroje bez UV filtru z křemenného skla, který odstíní viditelné světlo. V případě zdrojů (baterek) západních výrobců se používají filtry řady UG, v Číně atp. se používají filtry ZWB. Čínské filtry jsou 5-10× levnější než ty západní.

Levné čínské filtry ZWB někdy také propouštějí více viditelného světla, tedy zkreslují optické výsledky. UG i ZWB filtry se vyrábí v řadě variant pro různé vlnové délky, zjednodušeně pro UVA, UVB, či UVC záření. Křemenné UV filtry podléhají degradaci, zejména ve vlhku se na nich vylučují povlaky solí a používáním - vlivem UV světla podléhají tzv. (Solarizace je nežádoucí jev, ke kterému může docházet u některých UV filtrů při dlouhodobém nebo intenzivním vystavení ultrafialovému záření. Projevuje se trvalou změnou optických vlastností materiálu filtru - typicky zhnědnutím nebo zešednutím skla, snížením propustnosti UV i viditelného světla a zhoršením celkové průhlednosti. Příčinou jsou změny ve vnitřní struktuře materiálu, kdy UV záření naruší chemické vazby a vytváří tzv.

Obojí vede ke zhoršování vlastností lampy (posun spektra a snížení účinnosti). Filtry by se měly omývat pouze čistou (destilovanou) vodou, lze použít izopropylalkohol nebo roztok na optiku - běžné roztoky na čištění brýlí (bez amoniaku, bez abraziv). Na čištění a osušení použít jemný hadřík (např. z mikrovlákna na brýle). Vysrážené povlaky solí lze odstranit slabým roztokem kyseliny citronové nebo octa (max. 5 %). Tyto křemenné filtry jsou také velmi křehké (mnohem křehčí než klasické sklo) a praskají při prudkém ochlazení.

Čtěte také: Které zdroje energie jsou nejméně škodlivé?

Čím kratší vlnová délka, tím je menší účinnost LED diod. UVC LED diody (např. na 265-275 nm) jsou extrémně neefektivní - běžně pod 3 %, některé špičkové dosahují max. 5 % při velmi vysoké ceně. Přitom u UV baterek je udáván nesprávně příkon, nikoli světelný výkon. Zakoupíte-li si tedy UVA a UVC baterky o udávaném výkonu 15 W, tak UVC baterka bude svítit přibližně 7× méně než ta UVA. Většina energie se u UV LED diod přemění na teplo, tedy logicky se bude UVC baterka daleko více zahřívat.

U UV LED diod jde při tom poměrně velmi málo výkonu do viditelného spektra světla, takže pro některé účely - např. U svítidel, kde je zdrojem UVC záření germicidní výbojka, jde do UV světla cca 30-40 %, do viditelného světla přibližně 5 % a do tepla (infračerveného záření) 60-70 %. Zatímco u klasických LED svítidel je oproti výbojkám (zářivkám) výrazně vyšší životnost, u UVC zdrojů je tomu naopak.

UV záření je škodlivé a čím je kratší vlnová délka, tím je nebezpečnější. UVC záření ze slunce filtruje vzduch a ozonová vrstva a na zem v podstatě vůbec nedopadá. UVB záření dopadá na zem ve velmi malé míře a umožňuje vznik vitaminu D. I sluneční záření v UVA spektru je atmosférou výrazně tlumeno. Přesto se používají UV ochranné krémy a sluneční brýle.

U UV lamp a baterek jde o silně koncentrované UVA/B/C záření, které může být zvláště při delší expozici zdraví nebezpečné. Ultrafialové záření proniká do lidské pokožky různě hluboko v závislosti na své vlnové délce. Nejhlouběji proniká záření typu UVA (315-400 nm), které dosahuje až do škáry (dermis), tedy zhruba do hloubky 1 mm, a je spojováno především s předčasným stárnutím kůže, tvorbou pigmentových skvrn a nepřímým poškozením DNA prostřednictvím volných radikálů.

UVB záření (280-315 nm) má kratší vlnovou délku, a proto se jeho účinek soustřeďuje na povrchové vrstvy pokožky - zejména na epidermis. Způsobuje zarudnutí (spálení) kůže a přímo poškozuje DNA. Současně je ale nezbytné pro syntézu vitamínu D. Nejkratší, ale energeticky nejintenzivnější UVC záření (100-280 nm) je za běžných okolností zcela pohlceno atmosférou a k zemskému povrchu se nedostává. Uměle generované UVC paprsky, používané např. pro dezinfekci, pronikají do kůže jen mikrometry hluboko a jsou velmi cytotoxické.

Čtěte také: Význam obnovitelné energie

Rizika asi není třeba řešit při krátkém posvícení na konkrétní vzorek, ale pokud pracujeme s UV lampou déle, jak ve sbírce, tak například při vyhledávání v terénu, je vždy vhodné používat ochranné prostředky, a to brýle na oči (hlavně u UVB a UVC) a zejména u UVB je vhodné zakrýt i pokožku (dlouhé rukávy, kalhoty, pracovní rukavice). Pomoci může i ochranný krém proti slunečnímu záření. Paradoxně, u UVC je riziko pro pokožku nižší než u UVB, protože záření je z větší části pohlceno povrchovou, odumřelou vrstvou kůže (ale o to je UVC záření horší pro oči).

Funkčnost ochranných brýlí pro jednotlivé UV baterky si snadno můžete vyzkoušet tak, že přes jejich sklo posvítíte na kámen, který je v daném spektru luminiscenční. Pokud nesvítí, brýle fungují. Obdobně si můžeme vyzkoušet, zda UV záření neproniká přes sklo vitríny, pokud jsme v ní nainstalovali UV osvětlení. Také je dobré vědět, že UV světlo má obecně vliv i na organické materiály (papír, textil, plasty) a působí jejich postupnou degradaci (např. v UV osvětlených vitrínách).

Krátkovlnné germicidní UV záření o vlnové délce kolem 185 nm také dokáže štěpit molekuly kyslíku ve vzduchu a tím vytvářet ozón. Některé UVC lampy jsou proto konstruovány tak, že kromě dezinfekčního účinku záření produkují i ozón, což zvyšuje jejich účinnost při likvidaci mikroorganismů ve vzduchu či ve vodě. Jiné lampy jsou naopak upravené speciálním filtrem, aby tvorbě ozónu zabránily. V mineralogii používané UVC LED diody mají vlnovou délku okolo 255 nm, kdy ozón nevzniká. Pokud je však zdrojem záření výbojka, tak je spektrum jejího záření širší a může již působit vznik ozónu.

Ozón je silný oxidant, a i když působí jako účinný dezinfekční prostředek, je zároveň jedovatý pro člověka. Při vdechování dráždí oči, nos a dýchací cesty, může vyvolávat kašel, bolest na hrudi a zhoršení astmatu. Při dlouhodobějším působení poškozuje plicní tkáň a zvyšuje náchylnost k infekcím.

Většina minerálů v UV světle jde celkem dobře nafotit. Zejména u těch s mírnou luminiscencí jsou však třeba dlouhé časy, tedy neobejdeme se bez stativu. Problém bývá někdy naopak s přesvětlením, kdy na snímku vznikají „lesklá prasátka“. Pak je třeba namířit kužel z UV lampy mírně mimo focený vzorek a využít jen odraženého světla. Velká potíž ale je s fotografováním fluoritu. Modrá luminiscence fluoritu pod UVA světlem bývá na fotografiích často zkreslená a posunutá do fialových odstínů.

Hlavní příčinou je omezená citlivost běžných obrazových snímačů (CMOS/CCD) na krátké vlnové délky, zejména pod 440 nm. K tomu se přidávají vestavěné IR a UV filtry ve fotoaparátech, které tuto část spektra částečně blokují. Další zkreslení způsobuje automatické vyvážení bílé a interní úpravy obrazu, jež mohou generovat fialové závoje či odlesky. Slabá intenzita samotné luminiscence a optické jevy v objektivu pak zkreslení ještě prohlubují. Pro časté fialové odlesky bývá velmi obtížné snímky barevně korigovat například ve Photoshopu.

S uvedenou problematikou souvisí i rozlišení fluorescence a odrazu UV lampy v minerálu. Přes použitý UV filtr vyzařují UV lampy určité množství světla i ve viditelném spektru, zejména ve fialové barvě. Posvítíme-li tedy lampou na bílý či bezbarvý minerál, může se zdát, že má modrofialovou luminiscenci, ačkoli jde pouze o odraz viditelného světla lampy. Rozlišit to lze, posvítíme-li na takový vzorek přes sklo, lépe přes UV ochranné brýle.

2. Výbojky (ve své podstatě zářivky bez luminoforu, je tam ale i jiné složení výbojkových plynů, které pak určuje převažující vlnovou délku A/B/C UV záření). Bez filtru se používají například nízkotlaké - rtuťové, tzv. germicidní výbojky ve zdravotnictví (UVC). Při odchodu z pracoviště se zapnou a do rána je vydezinfikováno vše na co UVC záření dopadá, protože UVC záření zničí veškeré viry a bakterie. Kromě toho UVC záření působí vznik ozonu, který je také dezinfekční.

Středotlaké a vysokotlaké UV výbojky se dále používají např. na diskotékách (černé světlo). V tomto případě mají i fialový filtr a produkují UVA záření, pod kterým svítí například bílá trička atp. Další využití těchto UV výbojek je v různých UV lampách na ověřování ochranných prvků bankovek, pro filatelii, jako forenzní nástroje atp. I zde bývá používaná vlnová délka obdobná jako u těch diskotékových, pro mineralogii tedy nevhodná. (Výjimkou je níže uvedená filatelistická „Profesionální UV lampa L81“ a její UVC výbojka.)

Pro mineralogické účely se výbojky používají právě pro UVC světlo. Zdrojem je z kraje uvedená germicidní výbojka, ale je zde nezbytný křemenný filtr, neboť výbojka produkuje výrazné množství světla ve viditelném spektru, které by UV efekt bez filtru „přesvítilo“. V grafu je patrné, že „píky“ UV záření jsou nejen v deklarovaném a žádoucím UVC (252 nm), ale dokonce ještě výraznější v délce 364 nm (tedy v nevhodném - příliš dlouhém UVA) a dále menší „píky“ ve 312 nm (delší UVB) a 404 nm (tj. u samé hranice nejdelšího UVA vedle viditelného fialového záření).

Z tohoto důvodu pod touto „UVC“ lampou mohou pozorovatelně svítit i minerály jinak reagující pouze na UVA nebo UVB. U výbojek bývá výraznější solarizace (degradace) UV křemenného filtru vlivem používání lampy. Pod „novou“ lampou tedy bude pozorovatelný vyšší efekt UV luminiscence než pod lampou starší (resp. více používanou).

UV výbojky mají určitou dobu, než nabydou plného výkonu, takže nejsou vhodné na krátké „posvícení“. Než plně naběhnou, může trvat až několik minut. Výbojkám také nesvědčí časté vypínání a zapínání, zkracuje se jejich životnost. Jejich pořizovací cena je však zpravidla výrazně nižší než u UV LED diod (zejména než u UVC LED diod). Výbojky se dnes dají sehnat nejen na síťové napájení 230 V, ale i nízkonapěťové, například na 10-12 V. Uvádí u ní dokonce dvě varianty, standardních 254 nm, nebo ultrakrátkých 185 nm, zde ani netuším, co a jak by pod tak krátkou vlnovou délkou svítilo.

UV LED diody se od výbojek liší zejména tím, že mají „pík“ záření pouze jeden. Rozptyl je zde od 355 do 385 nm, vrchol cca 368 nm. I UV LED diody mají část záření ve viditelném spektru, ale zásadně méně než UV výbojky. Proto lze u UV expozic - v muzeích, vitrínách atp. použít UV diody i bez drahých křemenných filtrů, pouze s jejich zakrytím zepředu (před přímým pohledem pozorovatele na diodu). S filtry je efekt lepší a pro hledání v terénu (na baterkách) nezbytný, ale pro expozici je možné filtr vynechat.

U UV LED diod dochází také k solarizaci filtrů, ale není tak výrazná jako u výbojek. Plného světelného výkonu nabývají UV LED diody okamžitě po zapnutí a nejsou tak citlivé na časté vypínání a zapínání.

Speciální využití - například UV vitríny: Zde není na trhu nabídka, protože jde o individuální řešení pro konkrétní expozici. Lze využít jak UV LED diody, tak UVC - germicidní výbojky. Pro toto použití jsou výhodnější UV LED diody, protože jim nevadí časté vypínání a zapínání a mají okamžitý náběh plného světelného výkonu.

Zejména UVB a UVC LED diody jsou ale poměrně drahé a je jich do vitríny potřeba docela dost, protože mají velmi nízký efektivní UV světelný výkon. Pro UVC a možná i UVB LED diody není pro vitrínu (expozici) zcela nezbytný UV křemenný filtr (i když s ním je výsledný efekt lepší). Musí však být z pohledu návštěvníka kryté neprůhlednou lištou.

UV LED diody lze (zejména na čínských e-shopech) najít v různých výkonech a cenách. Kterýkoli elektrikář by vám je měl být schopen propojit a napájet je lze jakýmkoli standardním, výkonově správně dimenzovaným zdrojem pro LED osvětlovací techniku. Důležité je přišroubovat UV LED diody na mohutnější hliníkový profil, lepší jsou různé E profily s lepším chlazením než jen běžně používané hliníkové lišty. Zejména u UVC LED diod jde 95-99 % výkonu do tepla, a tak hrozí jejich přehřátí a spálení.

Pro UVC prezentaci lze použít germicidní výbojky. Nezbytný je UVC filtr, ale cenově jsou mnohem dostupnější a výkonově jich není potřeba tolik jako UVC LED diod.

2.1. UV baterky a lampy

Na trhu je k dispozici velké množství těchto baterek a lamp. Většina je však pro mineralogické účely nevhodná, protože má příliš dlouhou vlnovou délku a nemá UV křemenný filtr. Většina výrobců ani neuvádí, jakou vlnovou délku má LED dioda, která je v lampě použitá.

Většina u nás běžně prodávaných UVA lamp (na diskotéky, do výloh atp.) a baterek s vyšší vlnovou délkou (pro kontrolu bankovek, pro filatelii, inspekci moči psů a koček a také pro kontrolu úklidu - např. v hotelích manažer obejde pokoje s UV fixou a pak kontroluje s UV baterkou, zda byla daná plocha setřena). K datu psaní tohoto článku jsem nezaznamenal, že by takovou vhodnou UVA lampu či baterku pro mineralogii nabízel za rozumnou cenu nějaký český prodejce.

Je řada obchodů u nás, kde lze takové baterky koupit (např. právě mineralogické e-shopy, na burzách atp.), ale jde pouze o přeprodej maloobchodních nákupů na e-bay, aliexpresu, Temu atp., často s dost přemrštěnou přirážkou. Zájemcům proto doporučuji si takovou baterku objednat napřímo na těchto obchodních portálech - ušetří.

2.2. UVB baterky

Zde je naopak nabídka poměrně úzká, byť některé minerály (např. kalcity - děsivce) svítí nejlépe právě pod středními vlnami.

2.2.1. Varování

Toto je vysoce výkonné světlo a není určeno k nepřetržitému používání, protože LED dioda se přehřívá a spálí, pokud světlo zůstane nepřetržitě zapnuté příliš dlouho. Svítilna odevzdává přebytečné teplo do okolního vzduchu - takže pokud je venku chladno - řekněme pod 13 °C, může být svítilna v provozu mnohem déle, než když má okolí pokojovou teplotu. Pokud je hlava svítilny na dotek horká, vypněte ji a nechte ji několik minut vychladnout. Zapněte ji, když se díváte, a vypněte, když ne. S výjimkou samotné LED diody se na hlavní součásti svítilny vztahuje standardní roční záruka. (Pozn.: Není zřejmé, jaký má baterka příkon a výkon v UVB spektru. Výrobce uvádí nejprve „zvýšený výkon o 100 miliwattů pomocí boost driveru“, následně ve specifikaci „výkon 100 miliwattů“.

2.2.2. Doporučení

S touto výkonnou UV svítilnou (4,2 W-310nm vysoce výkonná LED) docílíte u svých fluorescenčních minerálů nejlepšího efektu. Ideální pro profesionální i hobby použití. Díky chytré technologii jsou tyto UV svítilny výkonnější než jiné UV lampy. V kombinaci s doporučenou dobíjecí baterií 21700 a odpovídající nabíječkou (I354) si můžete být jisti, že budete mít vždy po ruce to nejlepší UV světlo. Napájeno doporučenou dobíjecí baterií 21700 (číslo produktu I310A) nebo Li-ion baterií 18650 (číslo produktu I355A). Pozn.: Tato baterka by měla mít tepelnou pojistku proti spálení LED diody a kvalitnější filtr UG.

2.2.3. Další doporučení

S touto novou výkonnou UV svítilnou (16,8 W-310nm - 4 vysoce výkonné LED diody S touto výkonnou UV svítilnou (16,8 W-310 nm vysoce výkonná LED) docílíte u svých fluorescenčních minerálů nejlepšího efektu. Ideální pro profesionální i hobby použití. Díky chytré technologii...

Světelné spektrum

V 17. století ukázal I. Newton, že bílé sluneční světlo je možné skleněným hranolem rozložit na světelné spektrum. Spektrum můžeme pozorovat také v přírodě jako duhu, duhové barvy můžeme vidět i na mýdlových bublinách nebo na povrchu kompaktního disku apod. Dnes už víme, že barva světla souvisí s jeho vlnovou délkou. Viditelné světlo je elektromagnetické vlnění s vlnovými délkami přibližně od 380 nm do 780 nm, které můžeme vnímat zrakem.

Světlo je vyzařováno atomy, světlo z běžných zdrojů není ani monochromatické ani koherentní a tvoří vždy rozbíhavý svazek paprsků. Je to způsobeno tím, že zdroje světla jsou tvořeny obrovským množstvím navzájem nezávislých zářičů - atomů. Ty se po dodání energie (např. zahřátím) dostanou do vybuzeného stavu, z něhož se prakticky okamžitě a zcela náhodně vrací do základního stavu a přitom - rovněž náhodně - vyzařují fotony.

Zdroje světla

• Slunce: zdrojem energie jsou termonukleární reakce v jeho nitru, kde dosahuje teplota kolem 14 miliónů °C! Také jiné hvězdy na obloze jsou zdrojem světla a tepla, ale protože jsou od nás vzdáleny mnohem víc než Slunce, jeví se nám jen jako nepatrné zářící body.
• Měsíc: nevysílá vlastní světlo, ale odráží jen část světla, které na jeho povch dopadne ze Slunce.
• Otevřený oheň: světlo a teplo vzniká hořením, tj. oxidaxí hořlavých látek. Lidé získali první oheň zřejmě při úderu blesku a po dlouhou dobu (až do vynálezu žárovky) byla svítidla s otevřeným ohněm jedinými umělými zdroji světla.
• Žárovky: teprve s rozvojem elektrotechniky se podařilo vytvořit zcela nový zdroj světla. V žárovce elektrický proud rozžhaví tenké kovové vlákno, které se rozzáří Na světlo se přemění jen několik procent dodávané energie, zbytek jsou tepelné ztráty. Žárovku vynalezl roku 1879 T. A.
• Zářivky a výbojky: průchodem elektrického proudu zředěnými plyny vzniká světlo různých barev. Tyto zdroje mají několikrát větší účinnost než žárovka a používají se k osvětlování čím dál častěji.
• Luminiscenční diody: jsou to miniaturní polovodičové zdroje světla, které známe častěji pod zkratkou LED (Light Emitting Diode). Jsou to ta blikající červená, zelená nebo žlutá světélka na většině elektronických přístrojů.
• Laser: všechny dříve uvedené zdroje vydávají „obyčejné“ světlo, které je nekoherentní a je směsí světel různých vlnových délek. Světlo laseru má vlastnosti v mnohém zcela odlišné - je koherentní, monochromatické a směrové.

tags: #luminiscencni #zdroje #v #prirode

Oblíbené příspěvky:

• O likvidaci odpadu ze septiků
• Budoucnost řešení jaderného odpadu
• Dopady emisí na životní prostředí
• Tvoření v zimní přírodě
• Zbavte se ucpaného odpadu v dřezu