Флуоресценция минералов [4]⁠⁠

Флуоресценция минералов [3]

Флуоресценция минералов [2]

Флуоресценция минералов [1]

Сегодняшний пост будет из двух частей:

для начала развеем мифы и разберемся с ультрафиолетом и его проявлениями,

а вторая часть будет непосредственно про освещение для наблюдения флуоресценции минералов.

УФ излучение делится на 3 класса (по длине волны): A, B, C.

Ближний (длинноволновый) ультрафиолет, УФ-A лучи (UVA, 315—400 нм) LW

Средний (средние волны)  ультрафиолет, УФ-B лучи (UVB, 280—315 нм) MV

Дальний (коротковолновый) ультрафиолет, УФ-C лучи (UVC, 100—280 нм) SV

Разберемся с опасностью и безопасностью применения УФ-ламп.

Декоративные УФ-лампы излучают «длинные волны» (УФ-А), длина которых находится в диапазоне от 350 до 370 нм.

Интенсивность его не столь велика: если она в метре от глаз, глаза получают столько же УФа, сколько получали бы в пасмурный день.

Мягкий ближний ультрафиолет длинноволнового диапазона (315—400 нм) воспринимается сетчаткой как слабый фиолетовый или серовато-синий свет, но почти полностью задерживается хрусталиком, особенно у людей среднего и пожилого возраста.

Когда смотрите на такую лампу - видите фиолетовую "дымку", это флуоресцирует ваш хрусталик.

Ультрафиолетовые лучи проникают в ткани на 0,5-1 мм.

Бывают лампы для УФ-склейки, для затвердения клеев для стекла, например.

Они излучают тот же УФ-А, но ДРУГОЙ МОЩНОСТИ, и у них слегка сдвинут диапазон излучения в более коротковолоновый, но все же дело в мощности.

Сравните беловатый свет лампы для склейки и темнофиолетовый от декоративной.

Для отверждения (полимеризации) УФ-клея понадобится

УФ-лампа для склейки мощностью излучения УФ-А не менее 4 мВт/см2

и длиной волны излучателя в 365 – 400 нм.

4мВт/см2=40Вт/м2.

Работать с такими лампами нужно в перчатках и защитных очках, масках, иначе будет помутнение хрусталика и ожоги кожи рук, шеи, и т.д.

Взглянем на нормы воздействия таких ламп:

Допустимая интенсивность облучения работающих при наличии незащищенных участков поверхности кожи не более 0,2 м2 и периода облучения до 5 мин, длительности пауз между ними не менее 30 мин и общей продолжительности воздействия за смену до 60 мин - не должна превышать 50,0 Вт/м2 - для области УФ-А. (4557-88 Санитарные нормы ультрафиолетового излучения в производственных помещениях)

Если взять обычную декоративную УФ-лампу типа blacklight, скажем 120см T8 36Ватт, то мощность излучения УФ-А будет 14.6uw/cm2=0.14Вт/м2.

Мощность мягкого ультрафиолета декоративных УФ-ламп будет меньше почти в 300 раз, чем у ламп для УФ-склейки.

У детей хрусталик пропускает больше ультрафиолета: если у 30-летнего человека – около 10% УФ-излучения достигает сетчатки, то у 10-летнего ребенка – до 75% ультрафиолета класса А проникает через хрусталик.

Но даже это не аргумент в пользу вредности декоративных УФ ламп, потому что мощность их ультрафиолета ничтожно мала. Маломощные источники УФ-А излучения не представляют опасности для кожи и глаз. Сильные, с которыми работают на склейке или сварке - представляют и требуют соответствующей защиты.

Также следует учесть, что интенсивность излучения падает с расстоянием.

Вот пара графиков для бактерицидной "кварцевой" лампы.

Кстати о "кварцевых" лампах. Они так называются ошибочно, колбы таких ламп изготавливаются из увиолевого стекла. Существуют и так называемые «безозоновые» лампы, с покрытием из оксида титана, не пропускающим лучи с длиной волны менее 257 нм. В них юзается жесткий ультрафиолет UVC (200-280нм) для дезинфекции помещения. Понятно, что людей перед включением лампы выгоняют, она не только стерилизует микроорганизмы, но и может оставлять ожоги на сетчатке и коже.

Сварщики тоже имеют дело с ультрафиолетом. Там присутствуют все его виды и он опасен.

Основные тезисы:

Маломощные лампы и фонарики типа Blacklight  (LW UVA) с длиной волны выше 360нм БЕЗВРЕДНЫ и не требуют защиты при работе с ними.

Для наблюдения флуоресценции минералов используются также лампы 300нм (MW UVB) и 254нм (SW UVC). Их излучение уже представляет опасность и требуется соблюдать осторожность при работе, избегая освещения глаз и кожи.

Лампа чёрного света, или лампа Вуда (англ. Black light, Wood's light), лампа ультрафиолетового света — лампа, излучающая почти исключительно в наиболее длинноволновой («мягкой») части ультрафиолетового диапазона и, в отличие от кварцевой лампы, имеет сравнительно слабое видимое свечение.

Ультрафиолетовые лампы используются для сбора и для освещения выставок флуоресцентных образцов. Как правило, они состоят из источника питания, ультрафиолетовой лампы, механического корпуса и УФ-фильтра. Лампы и фильтры выбираются для оптимальной работы в конкретной части УФ-спектра. Источники питания предназначены для работы от тока и/или от аккумулятора. Технические характеристики сильно различаются у разных производителей.

Наиболее распространенные УФ-лампы (всех видов ультрафиолета) работают так же, как лампы дневного света, используемые в системах офисного освещения. Они содержат пары ртути низкого давления. Электрическая дуга, пробивающаяся через лампочку, производит излучение, в основном коротковолновое (SW UVC) ультрафиолетовое, но часто включает в себя немного средневолнового (MW UVB), длинноволнового (LW UVA) и видимый свет.

Взгляните на разницу реакции минералов на разные типы ультрафиолета (гифка будет ниже):

В флуоресцентной лампе для использования в офисе, трубка покрыта изнутри люминофором, который флуоресцирует белым. Таким образом, УФ в основном преобразуется в видимый свет и проходит через стеклянную трубку. Стеклянная трубка сама блокирует все коротковолновое УФ-излучение.

УФ-лампы работают по тем же принципам, что и обычные люминесцентные, с тем лишь отличием, что в производстве ламп "чёрного света" используется особый люминофор и (или) вместо прозрачной стеклянной колбы используется колба из очень тёмного, почти чёрного, сине-фиолетового увиолевого стекла с добавками оксида кобальта или никеля. Такое стекло называется стеклом Вуда (англ. Wood's glass, известный как "Blacklight Blue", маркировка ламп - BLB). Оно практически не пропускает видимого света с длиной волны больше 400 нм.

Для того чтобы получить пик излучения лампы в диапазоне 368—371 нм, в качестве люминофора используются легированный европием борат стронция (SrB4O7:Eu2+), в то время как для получения излучения в диапазоне 350—353 нм — легированный свинцом силикат бария (BaSi2O5:Pb2+).

Лампа "чёрного света" может быть сконструирована и без применения специальных люминофоров. В этом случае колба является светофильтром или в ней смонтирован светофильтр, который пропускает только (преимущественно) ультрафиолетовое излучение. Для светофильтра обычно используется стекло Вуда. Через светофильтр проходит излучение, генерируемое разрядом в парах ртути, с длинами волн 365,0153 нм, 398,3931 нм, 404,6563 нм и 407,783 нм. Именно таким образом производились самые первые лампы чёрного света.

УФ-лампы UVA от разных производителей имеют немного разные пиковые длины волн вблизи 365 нм линии ртути, которые могут дать существенно различный цвет флуоресценции в некоторых минералов.

В последние годы начали изготавливать УФ-лампы очень высокой мощности и низкой стоимости для театрального освещения, на основе дуговых ламп HMI. Новая технология с малым энергопотреблением использует светодиоды, излучающие в ближнем видимом диапазоне LW. Уровни мощности производимых ламп увеличиваются, и длины волн становятся короче. Благодаря малым размерам современных источников света, луч может быть сфокусирован, и светодиоды, как правило, не требуют фильтра, эта технология имеет большие перспективы для использования в качестве разведочного света для поиска минералов. Например, на рынке уже есть светодиодные фонари достаточно высокой мощности для обнаружения скорпионов.

В коротковолновой ультрафиолетовой (SW) UVC лампе не используется люминофор, но трубка должна быть изготовлена из кварца или специального стекла, которое позволяет коротковолновому УФ проходить с минимальным производством озона. Лампы эти, как правило,содержат пары ртути под низким давлением и излучают главным образом на длине волны 254 нм. Как указано выше, фильтр добавляется для подавления небольшой видимой световой компоненты. В небольшом объеме средне- и длинноволновый УФ, производимый парами ртути, также проходят через трубку и фильтр, что составляет около 7% от общего объема излучения. Фильтр деградирует с воздействием ультрафиолетового излучения и, в конечном счете, «сорялризуется» и начинает блокировать коротковолновое УФ. Раньше коротковолновые фильтры были довольно дорогими и жили всего около 500 часов, но более новый вид фильтра, введенный около 1980, продлил срок полезного использования раз в 10.

Бактерицидные лампы, дающие коротковолновый УФ (SW) UVC используются врачами, чтобы убивать микробов, а также в электронной промышленности для удаления памяти микросхем EEPROM.

EEPROM (англ. Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory) — электрически стираемое перепрограммируемое ПЗУ (ЭСППЗУ), один из видов энергонезависимой памяти (таких, как PROM и EPROM). Память такого типа может стираться и заполняться данными до миллиона раз.

Срендеволновые (MW) лампы становятся все более популярными среди коллекионеров флуоресцентных минералов в последнее время, потому что некоторые минералы флуоресцируют наиболее заметно на длине волны около UVB 311нм. Широкополосные (широкий диапазон излучения) UVB лампы были распространены некоторое время, в них использовался люминофор, приводимый в свечение эмиссией ртути низкого давления. В последнее время, узкополосные (узкий диапазон спектра) люминофоры были разработаны для использования в UVB фототерапии, и они также могут быть полезны для отображения определенного типа минеральной флуоресценции. Более мощные UVB лампы применяются для отверждения красок и полимеров. По сути это бесфильтровые ртутные лампы среднего давления.

Гифка различия в флуоресценции при облучении разными типами ультрафиолета.

С чего же начать?

Прежде всего захочется найти какие-нибудь доступные источники света подешевле. По мне так достаточно приобрести пару фонариков 365нм и 254нм в таком форм-факторе:

Но допустим, для начала вы захотите купить в интернете какой-нибудь мощный ультрафиолетовый популярный 385-395nm 100-светодиодный фонарик. Они обычно рекламируются как имеющие 100 светодиодов высокой мощности и, цитирую - "uvМонстр - НОВЕЙШАЯ РАЗРАБОТКА НАИВЫСШАЯ СВЕТИМОСТЬ Интенсивность ЭФФЕКТ СВЕТОВОГО НАВОДНЕНИЯ УФ фонарик Blacklight - 100 LED - мЕГА 18w 30ft УФ луч - Лучше всего подходит для коммерческого/бытового использования. Работает даже при фоновом дневном свете".

Все лгут. Это не 18 Вт; понятия не имею, о чем они говорят, но даже если быть предельно снисходительным, это в лучшем случае 4 Вт UVA. А скорее всего это около/менее 2 Вт. Он может разве что потреблять 18 Вт энергии, но в этом я тоже сомневаюсь.

Это не вполне пустая трата денег, но для серьезных минеральных энтузиастов есть лучшие (но более дорогие) варианты. Если вы ищете скорпионов, кошкачьи метки, грязь и разводы, и т.д. то предлагаемый фонарик, вероятно, подойдет просто отлично. Но если вы используете его для минеральной флуоресценции это ваще не катит.

Но, если вам все же приспичит юзать именно такой фонарик, то установите на нем фильтр, блокирующий видимый свет.

Лучше всего вставить кусок стекла Вуда, чтобы отфильтровать весь неприемлемый синий/фиолетовый свет, который помимо ультрафиолета испускают дешевые 395nm-светодиоды .

Полученный в результате свет почти приемлем для использования с минералами (но я все равно рекомендую вам потратиться на серьезный 365нм фонарик). (КСТАТИ - стекло Вуда для этого света на самом деле лучше, чем фильтр Hoya, поскольку УФ почти в видимой области спектра и Хойя не очень хорошо подходит).

Можно найти мануалы по установке стекла на фонарь, я вот этот нашел: http://mysku.ru/blog/china-stores/42047.html

Была выбрана кучка пород в качестве демонстрации. Сфотографировали их под светом фонарика без фильтра, а затем с фильтром. Также они были сфотографированы под светом дорогого светодиодного 365 нм фонаря с фильтром и под 254нм бактерицидной лампы. Анимация на гифке показывает различия:

Отдельные кадры для разглядывания: