Флуоресценция друзы аметиста в ультрафиолете
Размер =1 см
В обычном свете кристалл белого цвета
Свечение бештаунита в ультрафиолете
Свечение ураносодержащих соединений в бештауните под ультрафиолетом. Использовался фонарик Sofirn со светодиодом от Nichia на 365 нм (без фильтра Вуда).
Флуоресценция минералов [7] - стереопары II.
После показа предыдущей части поста знакомым, оказалось, что смотреть на стереокартинки могут не только лишь все..
Повторяться не буду, так как здесь уже была масса постов по тому, как соединять глазами два изображения в одно и видеть 3D.
Там есть пошаговые подробные инструкции и изложены разные способы смотрения.
Как и в предыдущем посте, весьма удобно открыть картинку-длиннопост на весь экран и прокручивать Ctrl+колесико, это позволяет не терять фокусировку глаз при переходе от одного изображения к следующему.
Вот вам на всякий случай более простое изображение для тренировки и настройки:
Приятного погружения.
Флуоресценция минералов [6] - виды люминесценции
Для увлекшихся темой флуоресценции минералов важно понимать, что именно они наблюдают перед собой. Для этого необходим небольшой экскурс в природу свечений и иных оптических эффектов.
Внимание: в посте не только куча гифок, но и некоторые спрятаны в некоторые гиперссылки.
Свет - форма энергии. Для того, чтобы создать свет, нужна другая форма энергии. Есть два способа производства света - инкандесценция (кандолюминесценция, накаливание) и люминесценция.
Инкандесценция (кандолюминесценция) - это свет от тепловой энергии.
(лат. гл. incandescere - светиться белым, также вам знакомо восходящее к нему слово candle, а также кандела (от лат. candela — свеча; русское обозначение: кд; международное: cd) — единица силы света).
Иными словами, это люминесценция, возбуждаемая при рекомбинации радикалов на поверхности. Именуется также «калильным свечением», «температурной люминесценцией» или «люминесценцией накалённых тел». Проявляется в виде избыточной видимой светимости сверх теплового равновесного излучения за счёт переноса энергии из невидимой части спектра.
Если нагреть что-то до достаточно высокой температуры, оно начнет светиться. Когда нагреватель электрической плиты или металл в пламени начинают светиться "горячим красным", это и есть накаливание или инкандесценция. Когда вольфрамовая нить обычной лампы накаливания нагревается еще сильнее, она светится ярко "горячим белым" по тому же принципу. Такой же тип свечения у Солнца и других звезд.
Если вы поднимите камень, ваши мышцы поставляют в процесс энергию, чтобы поднять камень в позицию более высокой потенциальной энергии. Если вы затем отпустите камень, энергия, которую вы доставили в систему высвобождается, частично в форме звука, когда камень падает обратно в исходное положение с низким уровнем энергии.
То же самое с люминесценцией, только вместо земной гравитации тут сила электрического притяжения, вместо Земли - ядро атома, электрон вместо камня, и свет вместо звука.
Есть несколько разновидностей люминесценции, каждый из которых назван в соответствии с источником энергии, или триггером (запускающим механизмом) люминесценции:
Флуоресценция и фотолюминесценция - это такой тип люминесценции, где энергия в систему подается с помощью электромагнитного излучения (лучей, таких как световые, о чем будет сказано далее). Под фотолюминесценцией обычно понимается "люминесценция от любого электромагнитного излучения», в то время как флуоресценция часто используется только в отношении люминесценции, вызванной ультрафиолетовым излучением, хотя термин также может быть использован для других видов фотолюминесценции. Флуоресценция наблюдается в флуоресцентных лампах, парках аттракционов и кино, в спецэффектах, красном свечении рубинов в солнечном свете, «Неоновых» красках и маркерах, и в эмиссионных туманностях, которые видно в телескоп в ночном небе. Отбеливатели повышают свою отбеливающую силу с помощью белого флуоресцентного материала.
Фотолюминесценцию не следует путать с отражением, преломлением или рассеянием света, которые вызывают большинство цветов, которые вы видите при дневном свете или ярком искусственном освещении. Фотолюминесценция отличается тем, что свет зарядки поглощается в течение значительного времени, и обычно приводит к получению света с более низкой частотой (более высокой длины волны), которая ниже, чем частота (больше длины волны) поглощенного света.
(Например, светим ультрафиолетом, фиолетовым, а люминесценция исходит зеленым)
Этот термин может быть также использован в отношении люминесценции, вызванной рентгеновскими лучами, что также называется фотолюминесценцией.
Когда электрон в атоме вышибают на верхние орбитали в состояние высокой энергии, он может попасть там в ловушку на некоторое время
(как если бы вы подняли камень, а затем установили его на стол).
В некоторых случаях электроны избегают попадания во временные ловушки; в других случаях они остаются в ловушке, пока некий триггер не высвободит их (как если бы камень оставался на столе до тех пор, пока что-то бы его не столкнуло).
Многие светящиеся в темноте предметы, особенно игрушки для детей, включают в себя вещества (фотолюминофоры), которые получают энергию от детских душ от света
Триболюминесценция - вид фосфоресценции, вызванный механическим воздействием или вид электролюминесценции, возбужденный электричеством, вырабатываемым механическим воздействием. Некоторые минералы светятся при ударе или царапании, вы могли видеть это, ударяя друг о друга две кварцевых гальки в темноте.
(Испускаемый видимый свет часто является вторичным эффектом флуоресценции, вызванный электролюминесценцией в ультрафиолетовой области спектра)
Обычно процессы фосфоресценции имеют некую минимальную температуру, но во многих из них инициирующая минимальная температура бывает ниже нормальных температур и, как правило, такие процессы не вполне могут относиться к термолюминесценции.
Тенебресценция - не люминесценция, а фотохромизм (гифки) — явление обратимого изменения окраски вещества под действием видимого света, ультрафиолета. Воздействие света вызывает в фотохромном веществе атомарные перестройки, изменение заселённости электронных уровней. Параллельно с изменением цвета вещество может менять показатель преломления, растворимость, реакционную способность, электропроводимость, другие химико-физические характеристики. Фотохромизм присущ ограниченному числу органических и неорганических, природных и синтетических соединений.
В постах про минералы часто будет встречаться такая картина: при облучении солнечным светом или ультрафиолетом минерал в обычном освещении заметно сменит окраску на фиолетовую, которая затем, когда источник УФ убран, будет плавно затухать, что будет видно в обычном освещении.
Оптически стимулированная люминесценция - это фосфоресценция под действием видимого света или инфракрасного излучения. В этом случае красный или инфракрасный свет является триггером для высвобождения ранее накопленной энергии.
Увидеть пример не получится, поскольку обычно этот пример имеет место в лабораторных условиях и регистрируется в виде наносекундных эмиссий.
Небольшой геологический экскурс:
Я в свое время в полной темноте собирал образцы прибрежного песка на приподнятом метров на 40-50 побережье Камчатки. Нужно это было для определения даты, когда этот песок там отложился, когда его туда принес океан, когда площадка, с которой я его собирал, была на еще уровне океана.
Определив время, когда этот песок последний раз виделся с дневным светом, и измерив высоту поднятия, можно было определить, с какой скоростью побережье растет ввысь. (V=S/t)
Так вот, как определить время, когда свет последний раз светил на песок?
Существует такая вещь, как оптически стимулируемое люминесцентное датирование (ОСЛ-датирование) и фотолюминесцентное датирование (ФЛ-датирование).
Суть метода:
Все минералы содержат следовые количества радиоактивных элементов, включая уран, торий, рубидий и калий.
Они медленно распадаются в течение долгого времени, и испускаемое ими ионизирующее излучение поглощается другими элементами почвенных отложений, в частности, кварцем и полевым шпатом.
Возникающие радиационные повреждения сохраняются в виде дефектов кристаллической решётки, которые являются акцепторными электронными ловушками.
Если облучить образец синим, зелёным или инфракрасным светом, кристалл будет люминесцировать, поскольку сохранённая в дефектах энергия будет высвобождаться в виде света.
Интенсивность люминесценции изменяется в зависимости от поглощённой дозы радиации, накопленной в течение времени, пока образец находился в темноте. Радиационные повреждения накапливаются со скоростью, определяемой количеством радиоактивных элементов в образце.
Экспозиция дневным светом сбрасывает накопленную в дефектах решётки энергию, и таким образом можно определить время, в течение которого образец находился в темноте.
Есть определенные трудности в заборе образцов в колбы, возраст образца, в котором минеральные гранулы были экспонированы дневным светом в течение хотя бы нескольких секунд, сбрасывается в ноль; при возбуждении светом он уже не будет испускать никаких фотонов такого рода.
Чем старше образец, тем больше света он испускает.
И осталась еще одна разновидность,
Сонолюминесценция — явление возникновения вспышки света при схлопывании кавитационных пузырьков, рождённых в жидкости мощной ультразвуковой волной.
Типичный опыт по наблюдению сонолюминесценции выглядит следующим образом: в ёмкость с водой помещают резонатор и создают в ней стоячую сферическую ультразвуковую волну.
При достаточной мощности ультразвука в самом центре резервуара появляется яркий точечный источник голубоватого света — звук превращается в свет.
В 1990-х годах появились установки, дающие яркий, непрерывный, устойчивый сонолюминесцентный свет.
Как результат, появилась возможность изучать сонолюминесцентный свет не с помощью фотоплёнок (то есть накапливая свет за длительный промежуток времени), а в реальном времени, с отличным временным и пространственным разрешением.
Эксперименты показали, что сонолюминесцентное свечение возникает в результате следующего цикла:
• Стоячая ультразвуковая волна в фазе разрежения создаёт в воде очень низкое давление, которое приводит к локальному разрыву воды и образованию кавитационного пузырька.
• В течение примерно четверти периода ультразвуковой волны (то есть пока давление остаётся очень низким), пузырёк растёт, причём если стоячая звуковая волна сферически симметрична, то и пузырёк остаётся сферическим. В отдельных экспериментах диаметр пузырька достигал долей миллиметра.
• В фазе сжатия кавитационный пузырёк схлопывается, причём всё быстрее и быстрее. Процесс схлопывания ускоряет также сила поверхностного натяжения.
• В заключительные доли периода из центра схлопнувшегося пузырька вырывается очень короткая и яркая вспышка света. Поскольку в стационарном режиме кавитационный пузырёк рождается и схлопывается миллионы раз в секунду, мы видим усреднённый сонолюминесцентный свет.
Флуоресценция минералов [5] - стереопары I.
Собрал и немножко перевел стереокартинок.
Господа, вы знаете что делать))
Весьма удобно открыть картинку на весь экран и прокручивать Ctrl+колесико, это позволяет не терять фокусировку глаз.
Внизу пара вопросов к читателям по следующим постам ↓
Весьма насущный вопрос - большая часть материалов в моих постах собирается мною из зарубежных источников и переводится, поэтому: кому-то вообще интересно читать описания к образцам? Или достаточно картинок? А то очень много чем есть поделиться, а подписывать хочется если это действительно кому-то нужно.
И второй вопрос: хотите запилю пост про все существующие виды люминесценции как таковой с примерами в картинках и гифках?
Флуоресценция минералов [4]
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.
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:
Флуоресценция минералов [3]
Наткнувшись на эти картинки, я стал иначе смотреть на унылые, но дорогущие "шары из камня", продающиеся в разных сувенирных лавках. Надо бы теперь таскать с собой три УФ фонарика с длинами волн 254, 300, 395 нм, и открывать мир заново.
Гифки и картинки в качестве могу скинуть в комменты, если кому надо.