Флюоресце́нция или флуоресце́нция — физический процесс, одна из разновидностей люминесценции, способность некоторых веществ преобразовывать полученную энергию и делаться особым образом самосветящимися под влиянием стороннего источника облучения, зачастую — невидимого. Термин «флуоресценция» происходит от названия фторсодержащего минерала флюорита, у которого она впервые была обнаружена, с прибавлением латинского суффикса„-escent“, означающего слабое действие. Значительно позднее, в 1852 году флуоресценцию хинина и его производных наблюдал и теоретически обосновал английский физик Джордж Стокс.
Спектр света флуоресценции всегда сдвинут относительно спектра поглощения в сторону длинных волн. Это явление получило название «Стоксова сдвига». Его причиной являются так называемые релаксационные процессы. В результате поглощения веществом часть энергии фотона теряется, так что новый испускаемый фотон всегда имеет меньшую энергию, и, соответственно, большую длину волны. Флуоресценцию не следует путать с фосфоресценцией. К флуоресценции способны многие органические вещества. Наиболее известными являются хинин, метиловый зелёный, метиловый синий, феноловый красный, флуоресцеин, эозин, хлорофилл, родамины и многие другие.
Флюоресценция в определениях и коротких цитатах[править]
...нѣкоторые зеленые плавики Нерчинскіе полежавъ до десяти минутъ къ свѣту солнца, почти 36 дней потомъ свѣтятся, безъ всякаго нагрѣванія.[1]
— Василий Севергин, «Начертаніе технологіи минеральнаго царства...», 1821
...Она желтеет на воздухе, растворима в воде, хотя и не особенно легко; растворы как самой щелочи, так и ее солей обладают довольно сильной голубой флюоресценцией.[2]
Много «думал Кирхер над объяснением этого странного явления» и, наконец, после многих опытов он нашел настоящую «причину и обещал изложить ее в другом месте; но, к сожалению, позабыл о данном обещании, и потому его отношение к явлению флюоресценции так и осталось для нас загадкой.[3]
…Уже и не светом:
Каким-то свеченьем светясь…
Не в этом, не в этом
ли ― и обрывается связь.[6]
— Марина Цветаева, «Не краской, не кистью!..», 9 октября 1922
Сначала наши глаза ничего не различали; потом смутное алое свечение помогло нам различить какие-то очертания и контуры стальных выступов, шумно трущихся и со звоном ударяющихся друг о друга. Это был свет, сочащийся из самоцветного тела рубинов, вправленных в сталь: их призрачная флуоресценция вела нас своими дрожащими алыми бликами с зубца на зубец...[7]
...почему мне легко молиться, когда я активен, и много труднее молча участвовать в чужой молитве? Не тщеславие ли это? Не флуоресценция ли под влиянием чужих лучей?[8]
Открытие Рентгена выявило существование «тёмных» лучей, проникающих материю и действующих на фотографическую пластинку. Беккерель немедленно применил, исходя из флюоресценции, с которой он их связал, эти новые экспериментальные представления к урановым солям, открыв новые лучеиспускания, доказал, что они связаны с атомом урана, получив для него X-лучи и излучения.[9]
Флюоресценция в научной и научно-популярной литературе[править]
Къ разностямъ плавиковъ принадлежитъ также и Хлорофанъ, который фіолетоваго цвѣта, и сопровождается сребристою слюдою; находится въ Нерчинскѣ; на разкаленныхъ угляхъ не трещитъ, и въ довольно большихъ кусочкахъ свѣтится яркимъ изумруднымъ цвѣтомъ, даже при дневномъ свѣтѣ.[1]
— Василий Севергин, «Начертаніе технологіи минеральнаго царства...», 1821
По очищении соли кристаллизацией она была разложена, раствор насыщен поташом, и щелочь по отделении от водной жидкости и высушивании на сплавленном поташе употреблена для анализа. Определение в ней С, Н и N показало, что она содержит около 10% кислорода и имеет эмпирическую формулу C10H9NO, то есть представляет (по составу) ближайший гомолог хинолина (лепидин), к которому присоединен пай кислорода. В чистом состоянии она представляет густую жидкость с запахом, напоминающим несколько хинолин, но более приятным. Она желтеет на воздухе, растворима в воде, хотя и не особенно легко; растворы как самой щелочи, так и ее солей обладают довольно сильной голубой флюоресценцией.[2]
Раствор миозина в хлористом аммонии (двоякопреломляющий) всегда; не только опалесцирует, но довольно интенсивно флуоресцирует, в чем легко можно убедиться с помощью призмы Николя. В солянокислом; растворе миозина флуоресценция выражена значительно слабее, быть может потому, что в кислом растворе кристаллоидные частички миозина находятся в несколько набухшем состоянии. Это же относится и к кислому раствору синтонина. Однопреломляющие модификации обоих веществ, правда, обнаруживают опалесценцию, но ― лишь следы флуоресценции.[10]
— Александр Данилевский, «О природе анизотропных веществ поперечнополосатой мышцы и их пространственном распределении в мышечном пучке», 1881
Первая из этих реакций, которую я кратко опишу, основана на способности целого класса ароматических соединений давать фталеины при нагревании с фталевым ангидридом и концентрированной серной кислотой; фталеины ― это вещества, характеризуемые сильной зелёной флуоресценцией, ясно выраженной даже в очень слабых их растворах в аммиаке.[10]
— Александр Данилевский, «О распределении в природе ароматической группы, происходящей из животных и растительных тканей», 1884
Прежде чем говорить о том наблюдении, которое послужило Рентгену точкой отправления его исследований, скажем несколько слов о явлении самосвечения под влиянием электрических разрядов.
Флуоресценцией мы называем то самосвечение многих твёрдых и жидких тел, которое возбуждается в них лучами света и прекращается вместе с освещением; так, в солнечных лучах урановое стекло светится зелёным, керосин ― голубым, спиртовой зеленый раствор хлорофилла ― красным светом, и всегда это свечение пропадает, как только мы на пути освещающих лучей поставим непрозрачное для света тело (например, лист картона или металла).[11]
— Пётр Лебедев, «Об открытых Рентгеном Х-лучах», 1896
Те же явления флуоресценции твёрдых тел можно возбуждать не только посредством света, но также и с помощью электрических разрядов: заставляя разряд большой катушки Румкорфа проходить между проводниками, впаянными в стеклянную трубку любой формы, мы заметим, что в том случае, когда давление газа внутри трубки очень мало и не превышает одной миллионной доли нашей атмосферы, каждый разряд бобины сопровождается свечением (флуоресценцией) некоторой части стеклянной оболочки или какого-нибудь тела, помещённого внутри.[11]
— Пётр Лебедев, «Об открытых Рентгеном Х-лучах», 1896
В своей работе Рентген доказывает, что флуоресцирующая часть круксовой трубки испускает Х-лучи, но что именно является непосредственною причиной их возбуждения, флуоресценция стекла или возбуждающие её электрические разряды, оставалось открытым. Чтобы решить этот вопрос, названные учёные поставили исследование: может ли флуоресцирующее тело, возбужденное, помимо электрических разрядов, например, действием солнечного света, сделаться источником Х-лучей? Опыты, предпринятые ими, показали, что ряд флуоресцирующих тел обладают этим свойством и, флуоресцируя, испускают еще лучи, которые проходят через металлы и действуют на фотографическую пластинку.[11]
— Пётр Лебедев, «Об открытых Рентгеном Х-лучах», 1896
Падая на стеклянное дно трубки, электроны заставляют его светиться красивым зеленоватым светом. Это свечение ― результат действия налетающих электронов на электроны атомов стекла. Такое свечение называется флюоресценцией. Таким образом благодаря флюоресценции можно отчётливо видеть место падения невидимых глазу электронов на стекло. Но ещё лучше, чем стекло, флюоресцируют под действием электронов некоторые специальные составы, например, вещество сернистый цинк или минерал виллемит <силикат цинка>. Слоем этих составов и покрывают дно электронно-лучевой трубки.[12]
Большой интерес возбудил в Кирхерехамелеон, привезенный в 1639 г. из Палестины одним францисканским монахом: удивительную игру цветов этого животного он, однако, объясняет простой целесообразностью в природе. Особенно интересно его отношение к другому важному открытию: ему привезли из Мексики в подарок кубок, сделанный из дерева, которое называли почечным в связи с его целебным действием при болезнях пузыря и почек. Кирхер заметил, что долго стоявшая в этом кубке вода при рассматривании против света не давала никакого цветного оттенка и была прозрачна; при рассматривании же сверху она казалась окрашенной в различные цвета, но больше всего в яркий голубой цвет. Бойль впоследствии продолжал эти наблюдения и нашел, что настойка почечного дерева в проходящем свете золотисто-желтого цвета, а в отраженном — голубого. Много «думал Кирхер над объяснением этого странного явления» и, наконец, после многих опытов он нашел настоящую «причину и обещал изложить ее в другом месте; но, к сожалению, позабыл о данном обещании, и потому его отношение к явлению флюоресценции так и осталось для нас загадкой.[3]
В связи с Гетевой и Ньютоновой краской д-р Штейнер входит в детальнейшую характеристику краски, многообразия красок, как-то: энтоптической, физиологической, просто-физической и химической красок; блеск, эрудиция, тонкость и широта кругозора отмечает характеристику здесь; о ней автор — молчит; в связи с краскою в тончайшие вопросы науки за собой ведет д-р Штейнер, характеризуя: отношение краски к теплу, фосфоресценцию и флуоресценцию, поляризацию, рефракцию и двойную дифракцию, касается ахроматизма, дальтонизма и субъективного зрения. Автором все это от читателей спрятано.[14]
Неизменность простого цвета — первый и главный принцип ньютоновской оптики. С какой точностью и достоверностью он был установлен? По-видимому, немало затруднений доставила Ньютону желтая настойка нефритового дерева, светящаяся синим цветом на дневном свету (флюоресценция эскулина). Если бы настойку удалось осветить чистым крайним фиолетовым светом, принцип Ньютона, по крайней мере для физика XVII в., был бы нарушен, при освещении фиолетовым появилось бы синее свечение. Но монохроматор Ньютона оказался недостаточно совершенным, хотя он и пользовался коллиматорной установкой с узкой щелью; флюоресценции при однородном освещении Ньютон не заметил, и принцип был спасен. Перед нами нередкий пример того, как несовершенство опыта способствует развитию науки. Трудно представить себе путаницу оптических представлений, которая возникла бы, если бы смещение Стокса открыли в XVII в.[15]
— Сергей Вавилов, «Принципы и гипотезы оптики Ньютона», 1927
Изменение длины волны, или цветности, может достигать колоссальных процентных значений для лучей высокой частоты, изменяясь вдвое, втрое и в десятки раз. Для видимой области процентное изменение исчезающе мало и лежит за теми пределами, которые были указаны выше. Теория Комптона до некоторой степени объединяет явления рассеяния света и флюоресценции (или резонансного излучения). В том и другом случае при «соударении» кванта с атомом происходит смещение электрона в атоме и приобретенная энергия электрона вычитается из кванта hν; постулат постоянства h приводит к необходимости уменьшения ν. С этой точки зрения опыты Ньютона с настойкой нефритового дерева — отдаленный прообраз опытов Комптона. Во всяком случае принцип Ньютона оказался только частным случаем более широкого начала, в своей общей форме мало похожего на принципы постоянства. Но, как всякий принцип, основанный на точном опыте, он только обобщился и сохранил свою реальную силу в определенных границах.[15]
— Сергей Вавилов, «Принципы и гипотезы оптики Ньютона», 1927
А. Беккерель в заседании Парижской академии сделал доклад о лучеиспускании ураном лучей, фотографирующих в темноте, аналогичных X-лучам, открытым Рентгеном <несколько> месяцев назад. Это было открытие радиоактивности. Первые снимки, присланные В. Рентгеном, были показаны в Парижской академии 20 января 1896 г., и Беккерель немедленно, тогда же, исходя из предполагаемой связи X-лучей с флюоресценцией стекла катодной лампы, начал свои опыты. Он пошел экспериментальным правильным путем, исходя из, по существу, неправильных посылок. Открытие Рентгена выявило существование «тёмных» лучей, проникающих материю и действующих на фотографическую пластинку. Беккерель немедленно применил, исходя из флюоресценции, с которой он их связал, эти новые экспериментальные представления к урановым солям, открыв новые лучеиспускания, доказал, что они связаны с атомом урана, получив для него X-лучи и излучения.[9]
А. Беккерель был прав: неизбежно, по сути дела ― это совершенно новое, никем не предполагавшееся явление ― радиоактивный распад, бренность, определенное время существования атома, должно было быть открыто в семье Беккерелей сейчас же после открытия X-лучей. Ибо только в этой семье научное внимание нескольких поколений физиков было направлено на явления свечения, электричества, действия света (фотографии).[16] Уже А. С. Беккерель, физик с широкими интересами, экспериментально работавший главным образом над электричеством, изучал явление фосфоресценции, систематически, вместе с Био и своим сыном, А. Э. Беккерелем, в 1839 г. Отчасти в связи с этими работами Стокс в 1852 г. открыл названную им флюоресценцией фосфоресценцию урана, которая явилась основой многочисленных позднейших работ А. Э. Беккереля (1859 и следующие), сперва с отцом, потом с сыном, позже открывшим в уране радиевые лучеиспускания. Уже тогда выявились особенности этой фосфоресценции, не выясненные, мне кажется, до конца до сих пор.[9]
Он <Гуго Фридрих> приходит к выводу, что действительность неминуемо должна испаряться из литературы, живописи, музыки, становящихся всё более дематериализованными. Если уже в стихах Малларме «от действительности оставалась только едва уловимая флюоресценция», то какое же отношение к реальности может иметь поэзия 50-х годов нашего столетия? Самое любопытное, что этот апологет модернизма связывает свои выводы с новейшими достижениями физики в области строения материи. Несомненно, что в современных условиях имеющий множество оттенков модернизм является буржуазным антиподом социалистического реализма...[17]
— Иван Анисимов, «Новая эпоха всемирной литературы», 1966
Только за год до открытия радиоактивности немецкий исследователь Вильгельм Конрад Рентген обнаружил невидимые лучи, проникающие сквозь плотные тела. Это было крупным научным событием. О природе рентгеновых лучей высказывались разные предположения. Французский математик Анри Пуанкаре выдвинул гипотезу, говорящую, что испускание лучей Рентгена связано с флюоресценцией стекла в трубке Крукса. Анри Беккерель занялся проверкой этой идеи. И пришел к неожиданным результатам…[18]
— Сергей Владимиров, «Как была открыта радиоактивность», 1966
Сначала он держал урановую соль на ярком солнечном свете, затем подносил к ней фотографическую пластинку, завернутую в чёрную бумагу. Если при флюоресценции кроме лучей обычного света выделяются и невидимые лучи, то для них, как и для лучей Рентгена, бумага будет прозрачна. Если пластинка при проявлении останется светлой, рассуждал Беккерель, значит, невидимых лучей нет, и Пуанкаре ошибочно связал х-лучи Рентгена с флюоресценцией. Пластинка почернела. Беккерель был готов заявить о подтверждении гипотезы математика, но, повторив опыт, заметил, что вблизи урановой соли пластинка чернеет даже в том случае, если уран хранился в полной темноте и не подвергался освещению.[18]
— Сергей Владимиров, «Как была открыта радиоактивность», 1966
Флюоресценция в мемуарах, письмах и дневиковой прозе[править]
И обратно — как легко служить молебен или панихиду хорошо знакомым людям или таким, в которых чувствуешь добрых богомольцев, когда они стоят близко около аналоя, вникают в слова молитв. Но почему мне легко молиться, когда я активен, и много труднее молча участвовать в чужой молитве? Не тщеславие ли это? Не флуоресценция ли под влиянием чужих лучей?[8]
Губы его зашевелились: он хотел заговорить и не мог. И почти в тоже мгновение у него явилось необъяснимое побуждение утаить свое открытие от этих людей, желание говорить совершенно прошло. Он молча смотрел на свои голые ноги, весь дрожа.
Ему дали выпить какой-то розовой жидкости с зеленоватой флуоресценцией и с привкусом мяса, и силы его быстро поднялись.
— Это… помогает… Мне лучше теперь, — выговорил он с трудом.
Кругом послышался почтительный шёпот одобрения.[4]
Вот и Авронская улица. Два фиакра катятся один за другим. Трамвайный вагон визжит вдоль всей улицы, словно вонзая в нее иглу. Мелькают огни. Там и сям кучка мужчин в картузах занимает угол тротуара. Прохожих очень мало. Кафе зияют пустотой. Но стенки улицы сохраняют флюоресценцию многолюдия.[5]
Для меня это было не слишком трудно. Но моему танковидному спутнику пришлось долго хрустеть своими ломкими гранями, прежде чем околоосевая щель была взята, и мы оба, цепляясь за зубья и винты, стали осторожно нырять внутрь движущейся тьмы часового механизма. Сначала наши глаза ничего не различали; потом смутное алое свечение помогло нам различить какие-то очертания и контуры стальных выступов, шумно трущихся и со звоном ударяющихся друг о друга. Это был свет, сочащийся из самоцветного тела рубинов, вправленных в сталь: их призрачная флуоресценция вела нас своими дрожащими алыми бликами с зубца на зубец, часто спасая от их страшных ударов, протянувшихся из темноты.[7]
Словом, я решила заняться только живописью, как бы это ни было трудно. Решила ― и Вы не можете себе представить, как легко стало у меня на душе. Я еще не оставила курсы, на днях сдала три экзамена, хожу на интересный семестр по флюоресценции.[19]
Флюоресцирующие элементы защиты банкноты в 50 евро при ультрафиолетовом освещении
Так светят седины: Так древние главы семьи ― Последнего сына, Последнейшего из семи ―
В последние двери ―
Простертым свечением рук…
(Я краске не верю!
Здесь пурпур ― последний из слуг!) …Уже и не светом: Каким-то свеченьем светясь… Не в этом, не в этом ли ― и обрывается связь.
Так светят пустыни.
И ― больше сказав, чем могла:
Пески Палестины, Элизиума купола…[6]
— Марина Цветаева, «Не краской, не кистью!..», 9 октября 1922
Ему ― расстояние,
Ему ― отречение,
А ей ― сияние,
А ей ― свечение. И, обдавая сиянием, Она проплывает над зданием,
А он соскользнувшим лучом
Закалывается, как мечом,
И на своей арене,
На перекрестке ночном
Истекает стихотвореньем ―
Светящимся красным пятном.[20]
— Иван Елагин, «Учёный умно втолковывает...» (из книги «Дракон на крыше»), 1970
можно, видимо… Прошёптывая проборматывая
слышно все, как в золотом сечении, ―
в каждом уголке и в каждом атоме
трепет выпрямление свечение[21]
— Виктор Кривулин, «Проект» (из книги «Концерт по заявкам»), 1993
↑ 12Севергин В. М. Начертаніе технологіи минеральнаго царства, изложенное трудами Василья Севергина... Томъ первый. С. Петербургъ. При Императорской Академіи Наукъ. 1821 г.
↑ 12А. М. Бутлеров Сочинения в 3 томах. — М.: Издательство Акдемии Наук СССР, 1953-1958 гг.
↑ 12Розенбергер Ф. История физики. — Москва-Ленинград, ОНТИ Государственное технико-теоретическое издательство: 1934 г.
↑ 12Герберт Уэллс Полное собрание фантастических романов, — Л.: «Земля и фабрика», 1929 г.
↑ 12Жюль Ромэн. Собрание сочинений: В 4 томах. Том 4. Кн. 2: Люди доброй воли: Детская любовь. Парижский эрос: Романы. Перевод с французского И. Мандельштама. — М.: ТЕРРА, 1994 г.
↑ 12М.И. Цветаева. Собрание сочинений: в 7 томах. — М.: Эллис Лак, 1994-1995 г.
