162_6202.JPGLuminofoorid Luminophores

 
 
 
 
 
Koostis / struktuur
 

Luminofoorid on ained, mis kiirgavad luminestsentskiirgust, st valguskiirgust, mille spektraalne koostis ja intensiivsus ei vasta* aine temperatuurile. (Temperatuuril 293 K (20 ºC) vastab musta keha kiirgusmaksimumile lainepikkus 10 mm.) Erineva keemilise koostise (nii anorgaanilised kui orgaanilised) ja faasiolekuga (tahkised, vedelikud) ained**. Materjalide luminestsentsomadused on sageli määratud põhiaines sisalduvate lisandite-aktivaatoritega (lisandimolekulid, -aatomid, -ioonid) või struktuursete defektidega. Tuntud luminofoorideks on vase jt ioonidega aktiveeritud tsinksulfiid (ZnS:Cu) ja orgaaniline värvaine fluorestseiin. Looduslik luminofoor on geneetiliselt kodeeritud roheline fluorestseeruv proteiin (GFP = green fluorescent protein).

*Harilikult tähendab see kiirguse liiga võrreldes tasakaalulise soojuskiirgusega viimase maksimumist lühematel lainepikkustel. Eksisteerib ka negatiivse luminestsentsina tuntud nähtus, kus keha kiirgab teatud lainepikkustel vähem, kui seda on tasakaaluline soojuskiirgus. Nii on see nt teatud pooljuhtides, kus IR kiirguse poolt genereeritud elektron-auk paaridel ei lasta rekombineeruda, vaid nad kõrvaldatakse rakendatud elektrilise pingega.

**Kitsamas tähenduses peetakse luminofooride all sageli silmas pika järelhelendusega anorgaanilisi tahkismaterjale – fosfoore. Soojuslikult mittetaskaalulist kiirgust võivad kiirata ka gaasid  ja plasma (nt gaaslahenduses), mida siinkohal aga ei käsitleta.

 

 

FluorestseiinFluorestseiini molekul, kiirgusmaksimum vees 521 nm.

 

 
 
 
 
 
 

 

 
 
Omadused

 

Luminofoorid töötavad energiamuundajatena, mis transformeerivad erinevaid energialiike valgusenergiaks (fotoluminestsentsi erijuhul: muundavad materjalile langevat valgust erineva spektriga – üldiselt pikemalaineliseks – valguseks). Luminestentsi oluliseks tunnuseks on asjaolu, et väljakiiratav energia on luminofooris mingiks ajaks salvestunud kõrgemate elektronseisundite energiana (kvantmehhaaniliselt kirjeldatav elektronide energia aatomites). Viimane määratlus eristab luminestsentsist radioaktiivse kiirguse, mis tekib aatomituuma-siseste protsesside tagajärjel. Kuigi radioaktiivsuse avastamisel peeti seda luminestsentsi eriliigiks, on selline eristamine mõistlik, kuna (1) tuumprotsessidel kiiratakse lisaks elektromagnetvälja kvantidele – footonitele - enamasti ka teisi osakesi ja (2) kiiratavate foononite energiad on oluliselt suuremad nähtava valguse omadest (gammakiirgus). Käesolevas ei käsitleta ka nn karakteristlikku röntgenkiirgust, mis tekkib raskete aatomite elektronkatte sisekihtides tekitatud vakantside täitumisel, termin “röntgenluminestsents” viitab luminestsentsi ergastamisele röntgenkiirgusega. Sõltuvalt energia loomusest, millega elektronseisundeid ergastatakse (asustatakse), eristatakse järgmisi luminestsentsiliike [09.02.08] [1]:

A. Fotoluminestents – luminofoori ergastamiseks vajalik energia saadakse sellele langeva (välise) valguse kvantide neelamisest. Aine elektronseisundite loomus, mille vahelise ülemineku tagajärjel luminestsentsi kiiratakse, määrab luminestsentsi kustumisaja pärast ergastuse väljalülitamist. Selle põhjal eristatakse fluorestsentsi [2] (kustumisaeg nanosekundiapasoonis, nimetus tuleneb mineraal fluoriidi – CaF2 - nimetusest) ja fosforestsentsi*, mille kustumisaeg on tüüpiliselt millisekunddiapasoonis, aga võib ulatuda ka tundidesse. Pikima järelhelendusega (> 10 h) on haruldaste muldmetallidega aktiveeritud fosfoor SrAl2O4 : Eu2+, Dy3+ [27.01.08]. Kustumisaegade suure erinevus põhjuseks on elektronseisundite iseloom, mille vahel vastavad siirded toimuvad. Fosforestsentsi (T1 ® S0 siire) korral peab muutuma elektroni spinnseisund, mis muudab taolise siirde märksa vähemtõenäoliseks kui fluorestsentskiirguse (S1 ® S0 siire, spinnseisund ei muutu). Luminestsentskiirgus on ergastusest pikemalainelisem** (Stokesi seadus). Fluorestsentsist tuleb eristada nn kiireid hajumisprotsesse (Rayleigh, Brillouini ja Raman-hajumine).

*Nimetus tuleneb (eksitavalt) element fosfori nimetusest, mille õhus jälgitav nõrk helendus on tegelikult keemilist päritolu (kemoluminestsents) ja seotud fosfori aeglase oksüdeerumisega.

**Lõplikul temperatuuril võib (harilikult väike) osa luminestsentsist olla ergastavast kiirgusest ka lühilainelisem, see osa luminestsentskiirgusest kannab anti-Stokes’i luminestsentsi nimetust vastandina pikemalainelisele Stokes’i luminestsentsile.

 

 

Luminestsents

 

Joonisel ülal vasakul: luminofoori energianivoode skeem. Valguskvandi neeldumisele järgneb kiire energeetiline relaksatsioon, mille käigus osa neeldunud kvandi energiast muundub soojuseks ja kiirguva luminestsentsi kvantide energiad on väiksemad. Ka võib osa energiat jääda valgusena välja kiirgumata ja muundub soojuseks hilisema relaksatsiooni käigus. (Täpselt rääkides vastab toodud skeem nulltemperatuurile, kus luminofoor on algselt seisundis minimaalse energiaga E0.) Paremal: luminofoori neeldumis- ja kiirgusspekter (nulltemperatuuril), suurem lainepikkus vastab kvantide väiksemale energiale.

 

B. Elektroluminestsents – tekkib aines (pooljuhtmaterjalis) sellel rakendatud elektrilise pinge tulemusel, elektronide ja aukude rekombineerumise tagajärjel p-n siirdel. Elektroluminestsentsi eriliigiks on katoodluminestsents, mille ergastamine toimub luminofoori kiiritamisel elektronidega. Elektroluminestsentsiks ei loeta ülijuhtide Josephsoni siirdele [23.03.08] alalispinge rakendamisel genereeritavat mikrolainelist mittesoojuslikku kiirgust.
C. Kemoluminestsents – kaasneb keemilise reaktsiooniga (nt difenüüloksalaadi oksüdeerumusel vabaneva energiaga ülekande tõttu sobivale luminofoorile). Erijuhul bioluminestsents, mida ilmutavad jaanimardikad ( Eestis “jaaniussid” - Lampyris noctiluca [3]), paljud süvamereloomad, mereplankton (
vaguviburvetikad – Dinoflagellata - jt), seened (nt hariliku külmaseene [10.02.08] Armillaria mellea mütseel). Bioluminestsents tekib pigment lutsiferiini oksüdatsioonil ensüüm lutsiferaasi toimel. Vähestele organismidele omase spetsiifilise bioluminestsentsi kõrval kiirgavad kõik organismid mitmeid suurusjärke nõrgemat (kemo)luminestsentskiirgust (ülinõrk bioluminestsents [23.03.08], autoluminestsents), mida seostatakse lipiidide oksüdatsiooniga [4].

Kemoluminestsentsi alla paigutatakse harilikult ka kiirgus, mis kaaneb kristallisatsiooniga lahustest (kristalloluminestsents) ja (eelnevalt kiiritatud) tahkiste lahustumisega (lüoluminestsents).

D. Mehhanoluminestsents, sh triboluminestsents, mis ilmneb kahe ainetüki vastastikusel hõõrdumisel (kvartsi erimid, suhkur) ja luminestsents, mida on täheldatud plastide deformeerimisel ja mõnede tahkiste purustamisel (fraktoluminestsents). Paljudel juhtudel ilmselt seotud piesoelektriliste nähtustega – laengute eraldumisega tahkise deformatsiooni tagajärjel ja järgneva elektrilahendusega.

E. Radioluminestsents, mida ergastavad kõrge energiaga osakesed. Radioluminestsentsiks ei klassifitseeru nn Tšerenkovi kiirgus, mida tekitavad (antud keskkonnas) valgusest kiiremini liikuvad laetud osakesed (nt elektronid).

F. Termoluminestsents, mille allikas on materjalis struktuursete defektidena salvestunud energia, mis vabaneb soojendamisel (on palju lühilainelisem kui tasakaaluline soojuskiirgus samal temperatuuril). Sama päritoluga on nn optiliselt stimuleeritud luminestsents.
G. Sonoluminestsents – ilmneb mõnedes vedelikes tugevas ultraheliväljas.

 

Formaalselt võib luminestsentsiks lugeda ka kõrvalekallet musta keha kiirgusspektrist, mis on tingitud kiirgusvõime sõltuvusest kiiratava valguse lainepikkusest (kandoluminestsents). Nähtust on ajalooliselt kasutatud gaasi- ja petroolilampide heleduse suurendamiseks, astades nende leeki vastavast materjalist ( nt tseerium/tooriumoksiid) võrgu (Welsbach mantle), mille kiirgusvõime nähtavas piirkonnas on suurem kui infrapunases.

 

Luminestsentsi ja luminofooride uuringud Eestis algatas 1950-tel aastatel Tartus Feodor Klement, selles tegevuses (luminestsentsinähtuste teoreetilised ja eksperimentaaluuringud, luminofooride disain) on tulemuslikult osalenud paljud Eesti füüsikud (Karl Rebase ja Tšeslav Luštšiku koolkonnad).

 

 

Text Box:  

Feodor Klement
(1903 - 1973)
Text Box:  

Karl Rebane
(1926 - 2007)
Text Box:  

Tšeslav Luštšik
(s 1928)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

189_8981.JPG162_6202.JPGren_7598.jpg

 

 

 

 

 

 

 

Vasakult: 1. Selles Toome Tähetorni nn Struve majas Tartus alustas aastal 1954 Feodor Klementi juhtimisel tegevust luminestsentsiuuringutele keskendunud ENSV TA Füüsika ja Astronoomia Instituudi eksperimentaalfüüsika sektor. 2. TÜ Füüsika Instituudi [16.02.08] ioonkristallide füüsika laboris sünteesitud-uuritud monokristalsed ja pulbrilised luminofoorid UV-valgususel. 3. Mikrospektroskoopiline kompleks luminestsentsi ja Raman-hajumise mõõtmiseks TÜ Füüsika Instituudi laserspektroskoopia laboris.

 
Saamine

 

Erinev sõltuvalt struktuurist ja koostisest. Kuigi luminestsentsi ilmutavad ka mõned looduslikud mineraalid, saadakse rakendustes olulisi luminofoore keemilise süntees abil. Luminofoormaterjalide valikut ja võimalusi on oluliselt laiendanud nanokristallide kasutuselevõtt, mille suuruse varieerimine lubab tüürida nende luminestsentsispektrit (nn kvantpunktid). Natiivseid fluorofoore saadakse ekstraheerimisel neid sisaldavatest organismidest (nt GFP meduusist Aequorea victoria), eluorganismidesse saab neid viia ka insenergeneetiliste meetoditega, viies organismi genoomi vastavat proteiini sünteesiva geeni. Fluorestseiini on võimeline sünteesima patogeenne bakter Pseudomonas aeruginosa [23.03.08], seda asjaolu kasutatakse tema diagnostikas.

 

Ajaloost

           

Ei saa kahelda, et mõned bioluminestsentsi nähtused (“merehelendus”, helendavad putukad) köitsid juba ürgsetel aegadel inimeste tähelepanu ja leidsid ka rituaalset või isegi praktilist rakendust. Väidetavalt kasutati muistses Hiinas (pool)läbipaistvasse konteinerisse kogutud jaanimardikaid (lühiajalise) laternana, kirjalikke ülestähendusi bioluminestsentsi kohta leidub Antiik-Kreeka allikates (Aristoteles, Plinius).  Rootsi ajaloolane ja Uppsala peapiiskop Olaus Magnus (1490 - 1557) on oma suurteoses “Historia de Gentibus Septentrionalibus” (1555) kirjeldanud Põhja-Skandinaavia asukate võtet tähistada teerada bioluminestseeruvate puutükikestega selle pimedas nähtavaks tegemiseks (2. raamat, 16. ptk, puulõige) [5]. Benjamin Franklini soovitusel kasutati bioluminestsentsi 1775 a David Bushnell poolt ehitatud USA esimese sõjaallveelaeva Turtle [12.02.08] sisevalgustuseks. Vana-Hiina allikatest [09.02.08] [6] pärineb esimene teadaolev viide luminofoorvärvide (fosfooride) kasutamisele, millel võib seega olla paarituhande-aastane ajalugu, paraku ei sisalda ülestähendus andmeid konkreetsete ainete koostise kohta. On muidugi küsitav, kas paljudes legendides meieni jõudnud “helendavatel kividel” võis olla mingi seos tegelike luminestsentsinähtustega, või oli selle taga lihtsalt inimlik unistus võita pimedust [7]. Ajalooliselt esimeseks teadaolevaks sünteesitud luminofooriks (fosfooriks) oli nn Bologna kivi (“päikesekivi”, Lapis Solaris), baariumsulfiid (BaS), mille Itaalia saapaparandaja ja amatööralkeemik Vincenzo Cascariolo sai aastal 1603 loodusliku mineraali barüüdi [19.01.08] (baariumsulfaat, BaSO4) taandamisel söe manulusel [8, 9]. Luminofooride leiutamise varasemast ajaloost on tuntud nimed Wilhelm Homberg (1652 – 1715) - CaCl2, John Canton (1718 – 1772) – CaS, Christian Adolph Balduin (1632-1682) – Ca(NO3)2. Fluorestsentsinähtuse käsitlemisel oli oluline Kesk-Ameerikast pärineva puidu (tuntud kui Lignum nephriticum) leotise fluorestsentsi avastamine ja uurimine (esmakirjeldus Nicolas Monardes, Sevilla, 1565). Nähtus pälvis omal ajal selliste tuntud teadlaste nagu Isaac Newton, Robert Boyle jt tähelepanu ning leidis äramärkimist nende teostes. Boyle oli ka esimene, kes täheldas leotise fluorestsentsi tugevat sõltuvust lahuse aluselisisusest ja viitas fluorestsentsi kasutusvõimalusele  pH-indikaatorina (nagu me tänapäevases kõnepruugis ütleme). Lignum nephriticumi täpne botaaniline identifikatsioon on mõneti vaieldav, tõenäoliselt oli selleks puuks Mehhikost pärinev Eysenhardtia polystachya. Triboluminestsentsi rituaalse kasutamise kohta on andmeid Ameerika indiaanikultuuridest. Uncompahgre Ute [09.02.08] (Kesk-Colorado) indiaanlased valmistasid pühvli toornahast kõristeid, mida täitsid kvartsikristallikestega. Öiste tsermooniate ajal kumast nahast läbi kõristi raputamisel tekkinud luminestsentsvalgust. Francis Bacon [31.01.08] (1561-1626) on oma teoses “The New Organon” /Book Two/ [31.01.08] öelnud: “It is well known that all sugar, whether candied or plain, if it be hard, will sparkle when broken or scraped in the dark. In like manner sea and salt water is sometimes found to shine at night when struck violently by the oar.” (“On hästi teada, et suhkur, olgu siis karamellina või paljalt, kui aga on kõva, sädeleb, kui seda murda või kraapida pimeduses. Samamoodi nähakse mõnikord merd ja soolast vett öösel helendamas, kui seda tabab äkiline aerutõmme.” JK tõlge). Meie terminoloogias räägib FB siis tribo- ja bioluminestsentsist. Eesti varaseim seos luminofooridega kulgeb küllap Tallinnas-Revalis sündinud ja praeguse Gustav Adolfi Gümnaasiumi lõpetanud, siis aga Saksamaale õppima siirdunud Thomas Johann Seebecki (1770 – 1831) [10, 11] kaudu. Kuigi TJS sai maailmakuulsaks oma uurimustega termoelektri (Seebecki efekt [17.02.08]) ja fotoelastsuse [12] alal, tegeles ta ka luminestsentsinähtuse ja valguse keemilise toime uurimisega. Viimast dokumenteerib peatükk “Statt des versprochenen supplementaren Teils” [17.02.08] (eestikeelne tõlge / resümee) Johann Wolfgang von Goethe teosest “Zur Farbenlehre” (“Värvusõpetusest”, 1810), mille autor juhatab sisse järgmiselt: “Isegi kui me ülalpool meie poolt juba nimetatud põhjustel loobume üksikasjalikult meenutamast, mis viimase  kahekümne aasta jooksul meie alal juhtus, siis ei tohi me mööda minna olulisimast punktist, milleks eriti Herschel ajendit on andnud. Selle all me mõtleme värvilise valgustuse mõju “valguskividele” (Leuchtsteine), metallioksiididele ja taimedele; peatükk, mis meie kavandis on ainult visandatud, peab omama üha suuremat tähtsust keemias. Me ei saa siin paremini oma kohustust täita, kui lisades põhjaliku artikli härra dr Seebeckilt Jenast, mis annab kenasti tunnistust autori teravast ja täpsest vaatlusvõimest ja tema ainulaadsest eksperimentaatoriandest ning äratab teaduse sõprades soovi, et autor jääks alati järgima oma loomulikku ja kinnitust leidnud uurija-elukutset.” Uraanisoolade (kaaliumuranüülsulfaadi, K2UO2(SO4)2·2H2O jt) luminestsentsi uurimine viis Antoine Henri Becquereli [31.01.09] aastal 1896 radioaktiivsuse avastamisele.

 

 

Rakendused

 

Valgusallikates, sh nn luminestentslampides transformeerimaks gaaslahenduse kiirgust silmale sobiva spektriga valguseks. Optiliselt pumbatavates tahkislaserites, nt rubiinlaser (Al2O3:Cr3+), Nd:YAG laser, titaan-safiirlaser (Al2O3:Ti3+, timmitava lainepikkusega 650 ... 1100 nm) jt. Luminestentsvärvides (sh pika järelhelendusega fosfooride [13] baasil) pindade katmiseks kunstilis-dekoratiivsetel [14] jt eesmärkidel. Nn neoonvärvides kombineeruvad “harilik” (valgust selektiivselt neelav) pigment ja UV-kiirgusega ergastatav luminofoor, andes värvile näiva > 100% valguse hajutusvõime. Samal põhimõttel töötavad nn optilised valgendajad – UV-kiirgusega ergatatavad sinises spektripiirkonnas kiirgavad luminofoorid, mis sedasi kompenseerivad mõnede materjalide (nt paber – välja arvatud rahapaber) suuremat neeldumist lühematel lainepikkustel ja sellest tingitud kollakat tooni, neid lisatakse ka pesupulbritele. Orgaaniliste fluorofooride (rodamiinid, stilbeenid jt) lahuseid kasutatakse muudetava lainepikkusega laserikiirguse saamiseks värvilaserites. Turvaelementidena rahatähtedel ja muudel väärtpaberitel. Pinnapragude avastamiseks ja visualiseerimiseks materjalides (luminestsentsvärv tungib pragudesse, mis muutuvad UV-ergastusel luminestsentskiirguses kontrastselt nähtavateks), lekete leidmiseks. Silma diagnostikas on kasutusel fluorestseiin-angiograafia, kus vere liikumist silmapõhja veresoontes uuritakse verre viidud efektiivse orgaanilise fluorofoori – fluorestseiini – luminestsentsi abil. Fluorestsentsvärve on kasutatud vee liikumise jälgmiseks looduslikes veekogudes. Luminestsentsanalüüs on kasutusel väikeste ainehulkade ülitundlikuks määramiseks, nt luminestsentsmarkeritega varustatud biomolekulide analüüsil, sh nende mikroskoopilise ruumilise jaotuse uurimiseks (luminestsentsmikroskoopia), immunofluorestsentsi meetodis kasutatakse uuritavate molekulidega seonduvaid ja fluorestsentsmarkeritega varustatud antikehi. Õlireostuse distantssondeerimiseks ja biomassi määramiseks veekogudes (LIDAR = LIght Detection And Ranging tehnoloogia). Meditsiinis ja kriminalistikas leiab kasutust asjaolu, et päevavalguses pea eristamatud vanad haavaarmid muutuvad hästi nähtavaks (on tumedamad) UV-ergastatud naha loomulikus fluorestsentsis. Speleoteemide (koobastes moodustunud sekundaarsed mineraalid – stalagmiidid, stalaktiidid jt) (mikro)luminestsentsanalüüs annab rikkalikku informatsiooni moodustumise ajal valitsenud ilmastikuliste, hüdrogeoloogiliste jt tingmuste kohta (paleoluminestsents). Skorpionide loomulikku fluorestsentsi UV-kiiritusel kasutatakse nende öise eluviisiga lülijalgsete otsimisel ja püüdmisel.  Dekoratiivsetel eesmärkidel on akvaariumikalade genoomi viidud fluorestseeruvaid proteiine sünteesivaid geene, mis muudab kalad sobivas valgustuses helendavaks. Sellist võimalust on demonstreeritud ka mõnede imetajate (sead, kassid, küülikud) korral [15]. Elektroluminofoore pooljuhtmaterjalide (GaAs jt) baasil kasutatakse valgusdioodides (LED= Light Emitting Diod) [16] ja dioodlaserites [17]. Nanopoorse räni (porous silicon) luminestsents (spekter tüüritav poorsusastmega) on äratanud huvi võimaluse tõttu valmistada optoelektroonikaelemente ränikiipide kaugele arendatud tehnoloogia baasil. Nn kvantkaskaadlaserites [23.03.08] kasutatakse pikalainelist infrapunakiirgust, mis tekib pooljuht-supervõres (InGaAs/InAlAs baasil) elektroni üleminekul erinevate alamtsoonide vahel. Röntgenoluminofoore kasutatakse meditsiinilises (jm) introskoopias uuritavat objekti läbinud röntgenkiirguse ruumilise jaotuse visualiseerimiseks. Katoodluminestsents leiab kasutust kineskoopides ja katoodluminestsentsmikroskoopias looduslike mineraalide ning tehismaterjalide uurimisel. Kemoluminetsentsi kasutatakse autonoomsetes (välistest energiallikatest sõltumatutes) valgusallikates (kasutatavad nt välitingimustes)*. Luminooli kemoluminestsentsi, mida katalüüsib vere hemoglobiinis sisalduv raud, kasutatakse kriminalistikas verejälgede määramiseks [18, 19, 20]. Radioluminofoore kasutakse ülipika elueaga (kuni 15 aastat) autonoomsetes valgusallikates (betalights), kus neid ergastab triitiumi lagunemisel tekkiv beetakiirgus. Varem isehelendavate numbrilaudade (kellad jt seadmed) valmistamiseks kasutatud raadiumi ja luminofooride segude kasutamine lõpetati raadiumi kiirguse ohtlikkuse tõttu. Stsintillaatoritena kõrge energiaga osakeste registreerimisel – transformeerivad nende energia nähtavaks valguseks (NaI:Tl, aktiveeritud CsI, antratseen jt – ka dispergeerituna vedelikes või plastides). Stsintillaatoris tekitatud valgussähvatuse energia on võrdeline osakese energiaga, andes võimaluse viimase määramiseks. Stsintillaatorite puhul on oluline järelhelenduse väike kestvus, erinevalt pika järelhelendusega fosfooridest. See tagab registratsiooni kõrge ajalise lahutuse ja võib ülikiiretel stsintillaatoritel olla < 100 ps. On uuritud võimalusi päikesevalguse luminestsentstransformeerimiseks, saavutamaks paremat spektraalset kooskõla päikesepatareide valgustundlikkusega. Rubiini luminestsentsi kasutavaid mikroskoopilisi rõhuandureid kasutatakse optilistes kõrgrõhurakkudes. Haruldaste muldadega aktiveeritud pika järelhelendusega SrAl2O4 luminofoori  kiirguse temperatuuritundlikkust on pandud ette kasutada optilises termomeetris. Keemiline luminestsents-sensoorika (luminestsentsoptoodid) tugineb asjaolul, et analüüsitava ainega seondumisel muutuvad luminofoori kiirguskarakteristikud (intensiivsus, spekter, luminestsentsi kustumisaeg). Nt on hapnikuandurites kasutatav asjaolu, et hapnik kustutab efektiivselt mõnede värvainete fosforestsentsi. Jääva hapnikusisalduse korral on meetod kasutatav gaasirõhu mõõtmiseks – rõhu pindjaotuse visualiseerimiseks. On näidatud, et mereplanktoni luminestsents (plinkimise sagedus) sõltub nihkepingest (kiiruse ristgradiendist) veevoolus (reaktsiooni lävi suurusjärgus 0,1 N/m2), milles plankton asetseb. Seda saab kasutada veevoolu ruumilise jaotuse visualiseerimiseks ja uurimiseks, sh looduslikes tingimustes – laevade* ja merloomade ümbruses (kunstilises kujutuses vt M. C. Escher “Delfiinid” [21.01.08]). Karpvähilist Vargula hilgendorfii (paiskab luminogeene ümbritsevasse merevette) kasutasid Jaapani sõdurid II Maailmasõja ajal luminestsentsvalgusallikana, kuna kuivatatud loomakeste (bio)kemoluminestsents ilmne taas veega niisutamisel [21]. Termoluminestsents leiab kasutust geoloogilisel (laavavoolud, settekivimid) ja arheoloogilisel (keraamika) dateerimisel ning dosimeetrias. Dateerimiseks “laadib” näidise temas leiduvate radioaktiivste isotoopide lagunemine, millel tekkinud kiired a-osakesed tekitavad materjalis struktuurseid defekte. “Termoluminestsentskella” nullib viimane kuumutamine (laava, keraamika) või eksponeerimine päikesevalgusele (settekivimid). Optiliselt stimuleeritud luminestsentsi kasutatakse IR kiirguse (IR-valgusdioodid, -laserid) visualiseerimiseks (IR-detektorkaardid). Eksperimentaalselt on demonstreeritud võimalust katsekeha optiliseks jahutamiseks (luminestsentsjahutamiseks) anti‑Stokes’i luminestsentsi abil toatemperatuurilt temperatuurini 208 K jahutusvõimsusel 29 mW [22].

*Väidetavalt andis viimase Vahemeres I maailmasõja käigus (1918) uputatud Saksa allvelaeva U-34 ära just tema liikumise poolt tekitatud “merehelendus”.

 

164_6418.JPGEri värvi (RGB) luminofooride helendavad täpikesed televiisoriekraanil.

 

 

 

 

 

 

 

162_6259.JPGVärvilasersis kasutatakse laserikiirguse genereerimiseks värvilahuse fluorestsentsi. Pildil argoonlaseriga (514 nm) pumbatav värvilaser TÜ Füüsika Instituudi laserspektroskoopia laboris, mis töötab rodamiin 6G lahuse baasil. Vasakult sisenev argoonlaseri sinine kiir transformeeritakse paremalt väljuvaks kollakas- punaseks laserikiireks, mille lainepikkus on muudetav vahemikus 577 - 620 nm.

 

 

 

 

SM.jpgTänapäevased valguse registratsioonimeetodid on muutunud nii tundlikuks, et lubavad  registreerida üksikmolekulide luminestsentsi. See muudab luminestseeruvad lisandid tahkistes tundlikeks nanosondideks, mis annavad informatsiooni materjali struktuuri ja lokaalsete protsesside kohta lisandi naabruses. Pildil TÜ Füüsika Instituudi laserspektroskoopia laboris registreeritud üksikmolekulide luminestsentskujutised (terrüleeni lisand bifenüüli molekulaarkristallis). Alumisel väljavõttel on digitaalselt arvutatud variatsioon üle suure hulga piltide – heledamad toonid näitavad, et luminestsentsi intensiivsus antud kohas on muutunud, oma jälje on pildile jätnud ka üks “rändav” molekul.

 

 

 

 

 

 

 

 

Näidised

 

165_6521.JPGE100.1. Fluorestseeruvate turvaelementidega rahatähed (vt D100.1).

 

 

 

 

 

 

 

162_6204.JPGE100.2. Fluorestsentsmarker-pliiats (vt D100.7).

 

 

 

 

 

 

 

168_6884.JPG168_6885.JPGE100.3. Valgusdiood (LED) on pooljuhtdiood, mis kiirgab p-n siirde päripingestamisel mittekoherentset spektraalselt kitsaribalist valgust (elektroluminestsents). Pildil mitmevärviline LED koos toite-juhtimisskeemiga, millega tagatakse värvide vaheldumine väikeses patareitoitelises autonoomses seadmes (vt D100.3, D100.24).

 

 

 

 

161_6164.JPG161_6165.JPGE100.4. LONGLITE järelhelendav evakuatsioonitähis (vasakul välisel valgustusel, paremal pimedas järelhelenduses, vt D100.4, D100.10).

 

 

 

 

 

 

169_6970.JPGE100.5. Luminool Bluestar®. Komplekt koosneb kahest  tabletist, millest üks sisaldab uurea-vesinikperoksiidi, teine naatriumhüdroksiidi ja luminooli, piisav 125 ml lahuse valmistamiseks, millega saab töödelda 25 m2 pinda (vt D100.5).

 

 

 

 

 

 

167_6767.JPGE100.6. Kemoluminestsents-valguspulgad (vt D100.2).

 

 

 

 

 

 

 

163_6369.JPG163_6364.JPG163_6369.JPGE100.7. Betalight mikrotulukesed, mis pimeduses helendamiseks (keskmine foto) vajaliku energia saavad radioaktiivse triitiumi lagunemisest (poolestusaeg 12,3 aastat). Küsimus huvilistel: kui palju (kaaluliselt) selline tulukene triitiumi sisaldab, kui tema maksimaalseks aktiivsuseks väidab pakendil olev info 0,02 TBq?

 

 

 

167_6724.JPG167_6727.JPGE100.8. Wint O Green Life Saver karamellid (D100.11).

 

 

 

 

 

 

 

162_6248.JPGE100.9. Säästulamp (ka kompaktlamp, compact fluorescent lamp [27.01.08]) on luminofoorlamp, mis võrreldes hõõglambiga tarbib samal valgustugevusel oluliselt vähem elektrivõimsust (nt 20 W säästulamp vastab valgustugevuselt 100 W hõõglambile) ja kestab 6-15 korda kauem. Paigaldamise hõlbustamiseks varustatud hõõglambi standardse sokliga. Valgust annab väärisgaasi (argoon) ja elavhõbedaaurude keskkonnas toimuv gaaslahendus, elavhõbeda UV-kiirguse transformeerivad nähtavaks valguseks kolvi sisepinnale kantud luminofoorid. Seoses Els kavandatava hõõglampide müügi keelustamisega aastast 2012 peaks säästulampide populaarsus kiiresti kasvama, alternatiivideks hõõglampidele on aga ka kiiresti odavnevad valgusdioodid (LEDid). Kompaktlampide puudusteks on nende valguse pulseeriv iseloom ja elavhõbedasisaldus (vt D100.6).

 

167_6755.JPGE100.10. UV kompaktlamp. UV-lambid erinevad harilikest luminestsentslampidest (E100.9) selle poolest, et neis kasutatakse vaid ühte UV-piirkonnas kiirgavat luminofoori. Nn BLB-lampidel (BlackLightBlue) on kolb valmistatud nähtavat valgust (> 400 nm) blokeerivast klaasist (vt D100.23).

 

 

 

 

 

162_6228.JPGE100.11. Neoonvärvides plastlipikud (vt D100.8).

 

 

 

 

 

 

 

162_6280.JPGE100.12. Fluorestseiin on tahkel kujul punakaspruun pulber, mis ei fluorestseeru, fluorestseeruvad ta lahused (vt D100.12).

 

 

 

 

 

 

 

170_7056.JPGE100.13.  “Päikesekollektor”. Fluorestseeruvate lisanditega (ülal: kumariin 152A, keskel: 5,10-ditsüanoantratseen, all: pürrometeen 650) polümetüülmetakrülaadist (PMMA) kiled (vt D100.25).

 

 

 

 

 

 

169_6979.JPG169_6981.JPGE100.14. Narra (Pterocarpus indicus) puit on Kagu-Aasiast (Malaisia, Filipiinid) pärit puitmaterjal, mille vesileotisele on omane tugev sinine fluorestsents, paremal narra saepuru leotise valmistamiseks (vt D100.19).

 

 

 

 

 

165_6568.JPGE100.15. Fosforestseeruvad postmargid (vt D100.22) võeti kasutusele kirjade masinsorteerimiseks 1950-te aastate lõpul. Filatelistide jaoks lisab see asjaolu muidugi veelgi põnevust margimaailma saldustele.

 

 

 

 

 

 

170_7094.JPGE100.16. IR detektorkaart HT582-30x50 on kaetud luminofooriga, mida “laeb” nähtav valgus ja mis kiirgab IR kiirgusega (800 – 1400 nm) kiiritamisel (fotostimuleeritud luminestsents), vt D100.26.

 

 

 

 

 

 

E12.1. Kaltsiidikristall. (vt D100.17)

 

Demod, katsed

 

D100.1. Turvaelementide fluorestsents Eesti rahatähtedel (E100.1) UV-ergastusel (suured failid – 2 MB!): 2-kroonine (esikülg, tagakülg), 5‑kroonine (esikülg, tagakülg), 10‑kroonine (esikülg, tagakülg), 25‑kroonine (esikülg, tagakülg), 50‑kroonine (esikülg, tagakülg), 100-kroonine (esikülg, tagakülg), 500-kroonine (esikülg, tagakülg).

 

167_6762.JPG167_6746.JPG167_6752.JPGD100.2. Valguspulkade kemoluminestsents. Vasakult: valguspulgad (E100.6) tavavalguses, aktiveerituna pimedas helendamas ja aktiveerimata UV ergastusel (luminofooride kiirguse tekitab viimasel juhul neeldunud UV valgus – tegemist on fotoluminestsentsiga). Kemoluminestsentsiks vajalik energia saadakse difenüüloksalaadi (Cyalume®) oksüdeerimisel vesinikperoksiidiga, ained segunevad valguspulga aktiveerimisel (paenutamisel puruneb lahuseid eraldav vahesein), ergastusenergia kantakse üle erinevatele luminofooridele, millest sõltub kiiratava valguse värvus.

 

167_6782.JPG167_6784.JPGSamad valguspulgad 24 h hiljem: sama (vasakul) ja 10x pikem säriaeg. Klipp (.avi, 30 kB, reaalne kestvus 86 s, 10´ kiirendatud): valguspulga kiirguse intensiivsus kasvab soojendamisel (pulgale puhutakse fööniga kuuma õhku) – aga see on nagu väsinud hobuse piitsutamine, veidi aega liigub küll kiiremini, aga seda rutem kokku kukub. Siiski suudab pimedusega harjunud silm tabada valguspulkade nõrka helendust ka aegadel üle 100 h.

 

 

 

168_6890.JPG168_6891.JPG168_6892.JPGD100.3. Mitmevärviline LED (E100.3), pildistatud erinevatel ajahetkedel, klipp (.avi, 3360 kB, 12 s).

 

 

 

 

 

 

161_6176.JPG161_6177.JPG161_6179.JPGD100.4. LONGLITE evakuatsioonitähise järelhelendus kestab pimeduses ca 15 min. Vasakult: 1. Näidis E100.4, mis on osaliselt kaetud trükikirjaga paberiga. 2. Sama näidise fosforestsents pimeduses pärast kiiritamist luminestsentslambiga. Valge paber katab endiselt näidist, aga ei eristu pimeduses tumerohelisest mittefosforetseeruvast foonist – on nähtav vaid seal, kus temast kumab läbi fosforestsents. 3. Sama pärast paberriba kõrvaldamist. Luminofoori on salvestunud trükikirja kujutis: kõige heldamad on muidugi kiiritamise ajal paberiga katmata olnud osad, aga ka paberi valgest osast läbi kumanud valgus on suutnud luminofoori piisavalt ergastada – vaid mustas trükikirjas numbrite alla jäänud luminofoor ei ergastunud ega kiirga ka seetõttu.

 

169_6973.JPG169_6974.JPG169_6975.JPGD100.5. Luminool leiab verejälje. Mida kujutavad endast tumedad plekid tumedal riidel vasakpoolsel pildil? Piserdamine luminoolilahusega annab vastuse – veri!. Luminooli (E100.5) kemoluminestsents põhineb tema katalüütilisel oksüdeerimisel vesinikperoksiidi poolt, mida katalüüsib vere hemoglobiinis sisalduv raud. Keskmine pilt on tehtud pimedas vahetult pärast eseme piserdamist pulverisaatori abil luminoolilahusega, parempoolne ca 30 s hiljem, kui enamus luminooli on jõudnud juba ära reageerida (helendab vaid laigu perimeeter, kus verd on vähem ja luminooli “tarbitakse” aeglasemalt).

 

163_6344.JPGD100.6. Luminofoorlamp ja hõõglamp. Vasakpoolsel fotol olevat valget pinda valgustavad pildi tsentrist samal kaugusel asetsevad 21 W säästulamp (E100.9) ja 25 W hõõglamp, kujuures tsentraalsest mustast ribast paremal asetsevat tumedat riba valgustab vaid hõõglamp, vasakule jäävat sama laia heledamat riba ainult säästulamp.

 

 

 

 

 

162_6207.JPG162_6223.JPGD100.7. Fluorestsentsmarkeri (E100.2) jälg UV valgustusel (vasakul fotol). Pange tähele ka optiliselt valgendatud paberi sinist fluorestsentsi. Võrdluseks sama kujutis fotovälguga valgustatuna (paremal).

 

 

 

 

 

162_6229_32.JPGD100.8. Neoonvärvide luminestsents. Fotol on kujutatud neoonvärvides plastlipikud E100.10. Foto alumine pool on pildistatud luminestsentslambi valguses, ülemine pool UV-valgustuses. Vasakpoolne valge võrdlusriba on polüetüleenkile, millele valge värvuse annab valgust hajutav täiteaine (titaanoksiid), mis ei fluorestseeru ja pole seetõttu UV-valgustusel nähtav (valge punktiir trasseerib nähtamatu osa piirjoont).

 

 

 

 

161_6182.JPG161_6183.JPGD100.9. Pesupulber OMO fluorestseerub lisatud optilise valgendi tõttu. Vasakul fotol pesupulbri terakesed portselanalusel tavavalgustusel, paremal UV-valgustusel.

 

 

 

 

 

162_6201.JPG161_6198.JPGFotodel on kõrvuti pesemata (vasakul) ja OMOga pestud (paremal) samast riidest (sits, ilmselt veel “vana hea veneaegne” materjal ) ribad: vasakul luminestsentslambi valgusel (on näha, et “originaalne” riba on kollakam kui pesupulbriga pestud riba) ja paremal UV-valgustusel.

 

 

 

 

 

161_6194.JPG161_6195.JPG161_6196_proc.JPGD100.10. Laserivalgus kustutab fosforestsentsi. Fosforestseeruva märgi (E100.4) kiiritamisel rohelise laservalgusega (532 nm, < 5 mW) kahaneb kiiritatud piirkonnas fosforestsentsi intensiivsus. Selle põhjuseks on neeldunud laserkiirguse poolt materjalis indutseeritud  elektronsiirded fosforestseeruvast seisundist kõrgematesse elektronseisunditesse, kust kiirguseta üleminek põhiseisundisse on tõenäosem. Vasakult: 1. Foto näidisest luminestsentsvalguses. 2. Foto laserkiirituse ajal (“laseritäpi” näiv läbimõõt on tegelikust oluliselt suurem kaamera tugeva üleküllastuse tõttu). 3. Foto pärast laserkiiritust, suurendatult on näidatud kiiritatud piirkond. Vast usub lugeja, et viimasel fotol nähtav tume täpp – kustutatud luminestsentsi piirkond – pole permanentne, vaid kaob luminofoori järgmisel “üleslaadimisel.”

 

LifesaverD100.11. Suhkru triboluminestsents on eriti hästi nähtav Wint O Green Life Saver karamellide (E100.8) korral. Neis sisalduv maitseaine metüülsalitsülaat (C6H4(HO)COOCH3) on hea fluorofoor, mis transformeerib nähtavasse spektripiirkonda (400 ... 500 nm) ka suhkru frakto(/tribo-)luminestsentsi UV osa. Pildil on digitaalselt võimendatud kaader klipist, kus kompvek puruneb haamrilöögi all (... maitse üle ei vaielda, aga koostaja arvates need kompvekid palju mujale kui haamri alla ei kõlbagi).

 

 

 

162_6280.JPG162_6281.JPGD100.12. Fluorestseiini (E100.12, struktuurvalem) luminestsents ja vedeliku dünaamika. Tahkel kujul fluorestseiin ei luminestseeru (võrrelge vasakut ja paremat fotot luminofoorlambi ja UV-valguses, viimasel on hästi näha aluspaberi fluorestsents).

 

 

 

 

163_6328.JPG163_6314.JPGMolekulaarselt dispergeeritud kujul lahustes on tal aga intensiivne roheline fluorestsents (vasakpoolne foto, vesilahus, UV-valgustus). Läbivas valges valguses on lahus kollast värvi, st neelab sinises spektriosas (parempoolne foto).

 

 

 

 

164_6452_cropped.JPG164_6466_cropped.JPG164_6472_cropped.JPGFotodel UV valgustuses nähtavate helendavate “jugade” allikaks on veepinnal ujuvad fluorestseiiniterakesed (parempoolsel fotol nähtavad pealtvaates), millest pidevalt luminofoori juurde lahustub. Suurema tiheduse tõttu langeb lahus allapoole.

 

 

 

 

 

 

 

 

163_6359.JPGD100.13. Pakketeibi triboluminestsents on mõnda tüüpi teipide (nt pildil kujutatute) korral jälgitav, kui teipi rullilt kiiresti lahti rebida – helendab joon, mille kohal teip rullilt irdub. Luminestsents on hästi jälgitav, kui silmad on pimedusega mõne minuti harjunud, on aga liialt nõrk fotograafiliste tavavahenditega jäädvustamiseks.

 

 

 

 

 

167_6798.JPG167_6797.JPGD100.14. UV-valgus teeb nähtavaks vanad haavaarmid, võrdle vasakut (luminestsentslambi valguses) ja paremat (UV-valguses) fotot.

 

 

 

 

 

 

166_6680.JPGD100.15. Kiirgav pind. Ülalt nõrgalt valgustatud fluoretseiinilahuses näib kiirgavat vaid selle pind. Miks? See on nii seepärast, et sisepeegeldumise tõttu töötab veepind luminestsentkiirguse ruumilise integreerijana. Silm integreerib piki vaatesirget tulevat kiirgust, vedeliku pind aga on juba eelnevalt kokku integreerinud luminestsentsi piki talle täieliku sisepeegeldumise piirnurga (vees 49°) all langevaid kiiri (vt joonis).

 

 

 

Pindfluorestsents

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

166_6669.JPG166_6670.JPGD100.16. Spinatifluorestsents. Taimelehtedele annab rohelise värvuse fotosünteesiv pigment klorofüll. Parempoolsel fotol (tehtud läbi punase filtri) nähtavad UV-valguses punakalt helendavad laigud on tekkinud atsetooniga niisutatud purustatud spinatilehtededest. Punakas kiirgus on klorofülli luminestsenst. Miks terve leht (fotol vasakul) sama tugevasti ei fluorestseeru? Aga ei peagi – neelduv valgus ei pea ju välja tagasi kiirguma, vaid transformeeritakse taimes sünteesitavate ühendite keemiliseks energiaks, mis käivitab eluks vajalike biokeemiliste reaktsioonide ahela.

 

166_6616.JPG166_6613.JPGD100.17. Kaltsiidi luminestsents. Islandi pao kristall UV ergastusel (blacklight läbi UFS-5 filtri, altvalgustus) jälgitav punakas fluorestsents. Paremal seesama läbi punase filtri (KS-13), mis lõikab maha ergastusallikast lähtuva sinise kiirguse.

 

 

 

 

 

165_6507.JPG165_6506.JPGD100.18. “Fluorotoposkoopia”. Plastkujukese (vasakul) plastiliini pressitud õõneskoopia on täidetud fluorestseiinilahusega ja pildistatud ülaltvaates UV-valguses. Kas ja kuivõrd “Surnud hingede” surematu autor selliselt fluorestsentskujutiselt ära tuntav on, on muidugi vaieldav, aga teatud sarnasus plastoriginaali ja fluoretsentskoopia vahel on loodetavasti täheldatav. Fluorestsentsi intensiivsus on (teatud sügavuste piires) võrdeline vedelikukihi paksusega ja sedasi konverteeritakse pinnareljeef fluorestsentsi intensiivsuse pindjaotuseks.

 

 

170_7012.JPG170_7016.JPG170_7019.JPGD100.19. Narra (E100.14) leotise fluorestsents [23] on sarnane keskajal tähelepanu pälvinud Kesk-Ameerikast pärit Lignum nephriticumi (see on ajalooline, mitte botaaniline nimetus) puidu leotise fluorestsentsile. Fluorestseeruv leotis on saadud näpuotsatäie saepuru lisamisel ca 100 ml kraaniveele, päikesevalgus langeb purgis olevale leotisele vasakult. Neeldumine lahuses on suhteliselt tugev (parempoolne pilt läbivas valguses) – kogu ergastav valgus neelatakse ära juba lahuse esimestes (ülemistes, päikesepoolsetes) kihtides – need siis ka fluoretseeruvad. Pole imestada, et nii intensiivne kiirgus juba ammu uurijate tähelepanu köitis!

 

ABC.jpgD100.20. “Toniseeriv fluorestsents”. Tooniku sinise fluorestsentsi põhjustajaks on joogile kibekat maitset andev kiniin [10.02.08] – esimene efektiivne malaariaravim, mida ekstraheeritakse Lõuna-Ameerikas kasvava kiinapuu (perekond Cinchona) koorest. Kiniiinsulfaadi vesilahuste fluoretsentsi uurimine Sir John Frederick William Herscheli [24] ja Sir George Gabriel Stokes’i [25] töödes viis fluorestsentsinähtuse kaasaegse käsitluse sünnile, sh tõi GGS käibele termini “fluorestsents”. Fotol: (A) tooniku pudel harilikus valguses, (B) UV-valguses, (C) sama pudel võrdluseks veega täidetuna UV-valguses.

 

 

167_6711.JPG166_6699.JPGD100.21. Skorpioni fluorestsents UV-kiiritusel. Skorpionide fluorestsentsi põhjustajaks on kaks fluorofoori: b-karboliin (b-carboline) ja 7-hüdroksü-4-metüülkumariin (7-hydroxy-4-methylcoumarin [08.02.08]), selle bioloogiline otstarve (kui üldse olemas), on teadmata. Fluorestsents tugevneb looma vananemisega, seda nähtust on seotud looma hüaliinkattes toimuvate struktuursete muutustega, mis on sarnased inimsilmas katarakti kujunemisele [26]. Fluorestsents on täheldatav ka kaua pärast looma surma, isegi veel sadade miljonite aastate vanustest kivististes. Piltidel on imperaatorskorpion Pandinus imperator TÜ zooloogiamuuseumis [08.02.08], pildistatud harilikus valguses ja UV-kiiritusel, viimases ka lühike klipp (.avi, 112 kB, 3 s).

 

D100.22. Postmarkide fosforestsents.

 

0123

 

 

 

 

 

 

 

Fotodel kujutatud Soome postmark (E100.15) helendab mõned kümnendikud sekundid ka pärast UV-valguse (vasakpoolne kaader) väljalülitamist (kaadrite vahe on umbes 0,06 s, fosforestsentsi intensiivsust on kaadritel 2-4 digitaalselt võimendatud ühesuguse teguri võrra). Fosforestsentsi spekter on oluliselt pikalainelisem (“rohelisem”), kui UV-ergastatud fluorestsents (muidugi annab vasakpoolsel kaadril ka fosforestsents mingi panuse, see aga on suhteliselt väike).

 

167_6774.JPG167_6775.JPGD100.23. Harilik (E100.9) ja UV-kompaktlamp (E100.13) võrdluses omas valguses, taustaks (optiliselt valgendatud - fluorestseeruv) trükipaber, samad säritustingimused. UV-kompaktlambi kolb, kust mingil määral ka nähtavat valgust läbi tuleb, on tumedam kui tema kiirguses fluorestseeruv paber.

 

 

 

 

168_6898.JPGD100.24. Valgusdiood fotodetektorina. Valgusdiood töötab ka “tagurpidi”: pingestamata dioodi valgustamine tekitab ta otstel elektrilise pinge kuni paar volti [27]. LEDi E100.3 valgustamisel ca 5 cm kaugusel oleva fluorestentslambiga näitab multimeeter pinget 0,36 V.

 

 

 

 

 

170_7029.JPG170_7049.JPG170_7053.JPGD100.25 “Päikesekollektor” töötab. Fluorofooridega aktiveeritud polümeerkiledele (E100.12) langev valgus transformeerub kiles luminestsentsvalguseks, millest läbi kile pinna pääseb välja vaid see osa, mis langeb kilele täieliku sisepeegeldumise piirnurgast q = arcsin(1/n) väiksemate nurkade all, kus n on kile murdumisnäitaja fluorestsentsvalguse jaoks. Ülejäänud luminestsents, mis moodustab (n2‑1)1/2/n osa kogukiirgusest (tõestage!),  väljub läbi kile serva (eeldusel, et ta kiles ei neeldu ega haju), kus seetõttu on täheldatav luminestsentskiirguse kõrge kontsentratsioon. On tehtud ettepanekuid taolise lahenduse kasutamiseks päikesekiirguse energia kontsentreerimiseks, piiravaks asjaoluks on kõrged nõuded fluorofooride fotostabiilsusele. Meie näidistes kasutava PMMA korral n = 1,49 (q  = 42°) ja kogutakse kokku 74% luminestsentsist.

 

170_7095.JPG171_7103.JPGD100.26. IR detektorkaart töötab. Fotol nähtav hele täpp on IR-laserpointeri (1064 nm, 20 mW) kiire jälg IR detektorkaardil E100.16: klipp (.avi 230 kB, 7 s). Sellel klipil (.avi 166 kB, 5 s) on näha, kuidas paigalseisev IR pointeri kiir (umbes 25× nõrgendatud) kaardi suht kiiresti tühjaks laadib.

Kaart suudab detekteerida ka IR-puldist (vasakpoolne foto) väljuvat oluliselt nõrgemat kiirgust: parempoolne foto, klipp (.avi 378 kB, 7 s) – pange tähele kiirguse pulseerivat iseloomu (pulsatsiooni ebaühtlus on tingitud sünkronisatsiooni puudumisest puldi ka kaamera vahel).

Tegelikult saaks sarnased demopilte (küll kaugeltki mitte nii eredaid ja kontrastseid) teha ka ilma kasutatud detektorkaardita – kuigi inimsilm tõepoolest ei näe ei kasutatud laseri ega ka IR puldi kiirgust, tunneb neid kasutatud digikaamer valgustundlik maatriks. Seda asjaolu saab kasutada huvitavate visuaalsete efektide tekitamiseks infrapunafotograafias.

 

172_7214.JPG172_7218.JPGD100.27. Hammaste autofluorestsents, st nende loomulik fluorestsents on kasutatav stomatoloogilises diagnostikas. Vasakpoolne pilt tehtud harilikus valguses, parempoolne UV-lambi valguses. Viimasel pildil eristub teistest erinevate luminestsentskarakteristikutega (heledam) kunsthammas (kolmas nähtav ülareas vasakult).

 

 

 

 

D1.2. Rubiinvarda luminestsents.

D18.1. Triboluminestsents.

D18.2. Termoluminestsents.

D43.2. Polüstüreeni fluorestsents.

D60.2. Uranüülklaasi luminestsents. Katsed uranüüliooni sisaldava soola kaalium-uranüülsulfaadi luminestseeruvate kristallidega viisid Antoine Henri Becquereli [23.03.08] aastal 1896 radioaktiivsuse avastamisele. 

D60.5. Kumb pool käis tinavannis?

D88.5. Elavhõbe annab valgust.

 

Viited:                1. Luminescence. Wikipedia [09.02.08] – sisaldab viited artiklitele luminestsentsi eriliikide kohta, kus põhjalikum käsitlus.

                        2. Termini fluorestsents võttis kasutusele inglise füüsik ja matemaatik Sir George Gabriel Stokes [17.03.08] aastal 1852 (vt viide [25]).  Stokesi nime kannab spektraalne nihe neeldumis- ja fluorestsentsispektri maksimumide vahel (Sokesi nihe).

                        3. Urmas Kokassaar, Mati Martin, “Jaanikuu ööde helendav kutse”, Horisont 3/2000 [10.02.08]

                        4. Michel Havaux et al, “Autoluminescence imaging: a non-invasive tool for mapping oxidative stress”, TRENDS in Plant Science, 11, 480-484, 2006 [23.03.08].

                        5. Mida meie oma esiisad-emad asjast arvanud on? Muidugi räägitakse palju igasugustest kahtlastest tulukestest rahaaukude kohal, sõnajalaõitest jms, aga nt rahvausundi ja muistendite andmebaasi Rehepapp [10.02.08] märksõnaga “jaani*” rehitsedes leiame vaid ühe poeetilise loo jaaniussikeste tekke kohta Halliste kihelkonnast: “... Nii uputas neiukene end sinna, kuhu järvelaene ta kallikese enne oli matnud, aga ta silmapisarad hiilgavad iga öösi jaanipäeva ümber alles kivi ümber ja neid kutsutakse jaaniussikesteks.” / E 5246 (24)/. Eesti Eesti kõnekäändude ja fraseologismide andmebaasist Justkui [10.02.08] leiame võrdluse “Nagu jaaniuss. [Viletsa, hädise lambi vm. tule kohta.]” ZBI veebis “Satikad” [10.02.08] viidatakse veel järgmistele uskumistele [10.02.08] seoses jaaniussikestega: “Jaanipäeva kombestikus on jaanimardika rööviku leidmine õnnetoov. Jaanitulelt mindi jaaniussikesi otsima, leidjal oli oodata õnne, peatset abiellumist. kes jaaniööl jaaniussi ära tapab, sel tuleb tulekahju; jaaniussikeste ja mee segu on ravim marutõve vastu. Ilmaprognoosis kuulutas jaaniussikeste ilmumine sadu, suurt kastet, ilmamuutust, varane ilmumine sooja suve, kauane nähtaval püsimine suvelõpul sooja sügist.

6. William M. Yen, Marvin J. Weber, “Inorganic Phosphors: Compositions, Preparation and Optical Properties”, CRC Press, 2004, p. 446. Katkend viidatud Hiina allikast: “...Ta omandas samal ajal maali sellel kujutatud lehmaga: maal, kui seda vaadata päevavalguses kujutas lehma söömas rohtu väljaspool avatud tarandikku; kui aga vaadata pimeduses, kujutas see lehma puhkamas laudas.” (JK tõlge)

7. John A. Tvedtnes, “Glowing Stones in Ancient and Medieval Lore”, Journal of Book of Mormon Studies, 6/2, 99–123, 1997 [31.01.09]. JAT: Kuigi idee kividest, mis võivad pimeduses helendada, võib näida kaasaegsele mõtlemisel veidrana [Ei, miks? JK], nägime, et sellised uskumused olid varasematel aegadel laialt levinud. Kivide kirjeldus, mida kasutati andmaks valgust jeredlaste pargastel*, sobib vägagi hästi antiik- ja keskaegse kirjanduse suuremasse kogumisse, sh lugudega, mis on otseselt seotud piibli ainestikuga. Selles essees ei ole ma püüdnud seletada, mis pani kivid hiilgama.” (JK tõlge) Seda viimast on tehtud järgnevas: John A. Tvedtnes, “More on Glowing Stones, FARMS Insights, 19/7, --, 1999 [31.01.09]

      * Viide Mormoni Raamatule: Eter 3:1 “... ja sulatas kaljust välja kuusteist väikest kivi; ja need olid valged ja puhtad nagu läbipaistev klaas; ...Eter 6:3Ja nõnda lasi Issand kividel pimeduse särada, et anda valgust ...” Täiendava nüansi lisab siia asjaolu, et ajal, mil Joseph Smith need read kirja pani (1827-1829), luminofoore (fosfoore) juba tunti. Aga JAT viitab sarnastele kirjeldustele ka varasemates allikates. Selle koha pealt võib lugeja mõtisklusi jätkata. Siia oleks ehk sobiv lisada, et “helendavaid kive” leidub ka suure müüdimeistri John Ronald Reuel Tolkieni loomingus, neist tuntuimad silmarillid [31.01.09], samas kui Frodo Bagginsile kingitud Galadrieli viaal [31.01.09] (väike helendav pudelike vedelikuga) meenutab pigem mõnda kemoluminestsentsvalgustit.

8. Aldo Roda, The Discovery of Luminescence: “The Bolognian Stone” [19.01.08]

9. Tuntud Saksa poeet, kirjanik ja loodusuurija, sh ja eriti valgusnähtuste vastu huvi tundnud Johann Wolfgang von Goethe on igavikustanud  Bologna kivi oma “Noore Wertheri kannatustes”, kasutades seda peategelase tunnete poeetiliseks võrdluseks: “18. juuli ... Bononi helkivast päevakivist pajatab legend, et kui see kivi päikese kätte panna, neelab ta päikesekiiri, öösel aga helendab siis kaua aega tagantjärele. Nii oli ka minul selle poisiga.” (originaal Die Leiden des jungen Werther, 1774, tõlkinud Edla Valdna, JK kursiiv). Sõnaühend “Bononi päevakivi” eestikeelses tõlkes (Eesti Päevaleht, 2007, lk 49) vajab selgitust. Originaalis [07.02.08] on see Bononischen Steine, täpsem oleks seega “Bononia kivi” – Bononia [07.02.08] = Bologna ladinakeelne nimetus. Kuigi ka päevakivid [07.02.08] on silikaatsete mineraalide rühmana täiesti olemas, ei pidanud suur kirjanik ilmselt mitte neid silmas. Aga eks tõlkimisega ole ka suuremates keeltes nagu just on: huviline lugeja võib guugeldada sõnaühendeid “bononian stone” ja “bonona stone”, ning vaadata, mis vastu tuleb.

10. Enn Velmre, “Tallinnast võrsunud avastaja. Thomas Johann Seebeck (1770-1831)” [17.02.08]

11. Enn Velmre, “Thomas Johann Seebeck (1770–1831)”, Proc. Estonian Acad. Sci. Eng., 13, 276–282, 2007 [17.02.08].

12. Hillar Aben, “On the role of T. J. Seebeck in the discovery of the photoelastic effect in glass”,  Proc. Estonian Acad. Sci. Eng., 13, 283–294, 2007 [17.02.08].

13. Phosphors. Wikipedia [22.01.08] – sisaldab palju andmeid konkreetsete fosfooride kohta (koostis)

14. Flickr: The  Blacklight Art & UV-Spaces - Schwarzlichtkunst – Pool [22.01.08]

15. Fluorotransgenism – ehk tuleks nii nimetada seda uut kunstivoolu (sest kunst on see, mida kunstnik teeb ja kunstnik on see, kes teeb kunsti)? Eduardo Kac: “Mu transgeneetiline kunstiteos “GFP jänku[24.01.08, jänku nimi on Alba – ta on albiino. JK] koosneb roheliselt fluorestseeruva küüliku loomisest, sellest projektist tekitatud avalikust arutelust ja küüliku sotsiaalsest integratsioonist. GFP tähendab rohelist fluorestseeruvat proteiini.” [JK tõlge] Vivienne Baillie Gerritsen on öelnud, viidates sellele arutelule geenitehnoloogia eetikast: “Well, why not. I wonder what Alba thinks.

16. Light-emitting diode. Wikipedia [13.01.08] See on väga põhjalik artikkel!

17. Võib laserikiir niidist / Veel peenem olla tead / Ning galliumarseniidist / Sa maalid roosaks sead /  Ja laboris on pime / Sööd infrapunast lund / ...

Tõnu Trubetski, Valguse võimendamine ergutatud kiirguse abil (JK kursiiv)

Luuletajal-muusikul on õigus: esimene dioodlaser (Robert N. Hall, 1962) kasutas oma tööks tõepoolest GaAs infrapunast    kiirgust.

18. Luminol. Wikipedia [06.03.08]

19. Howstuffworks “How luminol works” [22.01.08]

20. “... Kas te ei mõista, et see võimaldab eksimatult vereplekke kindlaks teha. Tulge siia!” Suures agaruses haaras ta mul kuue käisest kinni ja tõmbas mu oma töölaua juurde. “Võtame natuke värsket verd, “ ütles ta, torkas pika nõelaga endale sõrme ja tõmbas torkehaavale valgunud veretilga pipetti. “Nüüd lisan selle väikese verekoguse liitrile veele. Te näete, et saadud segu näeb välja nagu puhas vesi. Suhe ei saa olla suurem, kui üks miljoni vastu. Ometi ei kahtle ma põrmugi, et saavutame iseloomuliku reaktsiooni.” Seda öeldes viskas ta nõusse mõned valged kristallid ja tilgutas sinna siis pisut mingit läbipaistvat vedelikku. Silmapilkselt omandas sisu tuhmi mahagonivärvuse ja klaaspurgi põhja vajus õhuke pruunikas sade.”

Arthur Conan Doyle, “Etüüd punases” (originaal A Study in Scarlet, 1887, tõlge A. Tann).

Sellise tundlikkusega verejälgede avastamise meetod on tõepoolest olemas, kuigi ei tööta just päris nii nagu geniaalse detektiivi leiutis. Luminool sünteesiti esmakordselt 1853 aastal, selle kemoluminestents kokkupuutel verega avastati aga alles 1928. Aga ka suure detektiivi teed ristusid luminestsentsinähtustega: “... Isegi surmatardumuses näis veel, nagu tilguks tema päratute lõugade vahelt leegitsevat vahtu, ja tema väikesi, õelaid, sügaval asetsevaid silmi piirasid tulerõngad. Ma puudutasin seda hiilgavat koonu, ja kui käe tagasi tõmbasin, hõõgusid ja särasid ka minu sõrmed pimeduses. “Fosfor,” ütlesin ma. “Mingi kaval preparaat sellest,” ütles Holmes ...” “Baskerville’ide koer”  (originaal Hound of the Baskervilles, 1902, tõlge Villem Pedajas). Mõlemad tsitaadid raamatust Arthur Conan Doyle “Sherlock Holmesi lood I”, Varrak, 2003.

21. Sea-Firefly Vargula hilgendorfii [09.02.08]

Mere bioluminestsentsi juhtumeid on viimastel aastatel täheldatud ka Läänemeres [16.02.08].

Ja bioluminestsentsi kajastusi kirjandusklassikas: “ ..., sest Tom ütles, et meil kaevamise juures oli valgust vaja, aga et latern andis liiga palju valgust ja võis meid hätta viia ja et me seepärast vajasime kõdunenud puutükke [that's called fox-fire], mis pimedas mahedasti kumavad.”

Mark Twain, “Huckleberry Finni seiklused” (Looduse Kuldraamat 11),  K. Mattiesen, Tartu, 1932, tõlkinud Marta Sillaots. Ja loomulikult on tõlkija  hätta jäänud – no ei ole eesti keeles kena vastet sellele “rebasetulele” (Miks? Meiegi metsades teda ju kohata!) – ning läinud lihtsama vastupanu teed (või mida muud teha oligi) ja jätnud jupikese ingliskeelset originaali (kandilistes sulgudes) lihtviisil tõlkimata. Aga soomlastel on oma “kollikuld” (peikonkulta [12.02.08]) olemas! No võiks siis meilgi olla: olgu ta näiteks laanehuum, kui me liiga otse ei taha inglastelt-soomlastelt ümber panna . Sakslaste  “helendav puu” (leuchtendes Holz) on küll sakslaslikult täpne, aga no vähemasti Goethel, kes ka nähtuse vastu huvi tundis [Johann Sulpiz Melchior Dominikus Boisserée mälestustest: “1815, 12. August ... Vor Schlafengehen betrachteten wir noch leuchtendes Holz, das Goethe aus Wiesbaden mitgebracht hatte.“ / Enne magamaminekut vaatasime me veel helendavat puud, mida Goethe oli Wiesbadenist kaasa võtnud (tõlge JK)/ Goethes Gespräche. Herausgegeben von Woldemar Freiherr von Biedermann, Band 1–10, Leipzig 1889–1896, Band 3, S. 213 [16.02.08]] võinuks nii puise nimetuse pärast küll häbi olla.

22. J. Thiede et al, “Cooling to 208 K by optical refrigeration”, Appl. Phys. Lett.  86, 154107-1/3, 2005 [20.01.08].

23. Mark Muyskens, The Fluorescence of Lignum nephriticum: A Flash Back to the Past and a Simple Demonstration of Natural Substance Fluorescence”, Journal of Chemical Education, 83, 765-768, 2006.

24. John Frederick William Herschel, “'AμóρΦωτα  No. I. On a Case of Superficial Colour Presented by a Homogeneous Liquid Internally Colourless”, Phil. Trans, 135, 143-145, 1845; “'AμóρΦωτα No. II. On the Epipolic Dispersion of Light, Being a Supplement to a Paper Entitled, “On a Case of Superficial Colour Presented by a Homogeneous Liquid Internally Colourless””, Phil. Trans., 135, 147-153, 1845.

25. George Gabriel Stokes, “On the Change of Refrangibility of Light”, Phil. Trans., 142, 463-562, 1852.

       I am almost inclined to coin a word and call the appearance fluorescence, from fluor-spar, as the analogous term opalescence is derived from the name of a mineral.”, ibid, p. 479.

26. S. J. Stachel et al,  The fluorescence of scorpions and cataractogenesis”, Chemistry and Biology, 6, 531-539, 1999. [link: .pdf ScienceDirect]

27. Paul Dietz, William Yerazunis, Darren Leigh, “Very Low-Cost Sensing and Communication Using Bidirectional LEDs”, Mitsubishi Electric Research Laboratories, TR2003-035, 2003 [15.03.08].

28. Ja X-failid ikka kah – tulnukröövide fluorestsentsjäljed:
Eve Frances Lorgen, “
The 'Afterglow' of the UFO Abduction Experience. Fluorescence Markings Found On Claimants Of Alien/Extraterrestrial Contact” [10.02.08]

Võite uskuda ... või mitte uskuda ... aga kõige parem oleks, kui laseksite ennast ära röövida ja vaadata, kas jäävad jäljed peale!

 

 

Tänu: Anne Arold, Tea Avarmaa, Kerly Ilves, Ülle Kikas, Aarne Maaroos, Aleksandr Luštšik, Loide Maasepp, Eve Pormeister, Martti Pärs, Indrek Renge, Peter Schellenberg, Artur Suisalu, Netti Žurakovskaja, Kai Tabun, Aivo Tamm, Lõuna-Eesti Turismikeskus, TÜ Zooloogiamuuseum, TÜ Kliinikumi Verekeskus

 

Koostas: JK

 

Viimati toimetatud: 31.01.09

 

Taust: Sool-geel meetodil saadud TiO2 kile, AFM: Kristjan Saale