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荧光材料会产生有害辐射吗?

荧光有辐射吗?夜光产品有辐射吗?

_whyCD 发表于  2013-03-01 18:05

从演唱会的荧光棒,到夜光的手表钥匙扣,人们与荧光材料的接触不断加深时,对其产品的安全性也产生了不少疑问——他们会不会放出有害辐射?

什么是荧光材料

通常意义上来说,荧光材料指的是受到电子束或特定频率的光(射线)照射后能发出某种可见光的一类材料。比如经常在犯罪现场中看到用来检验血痕的鲁米诺(Luminol)试剂,与血液中的铁(一说为血红素)发生反应后用紫外线照射即发出蓝色荧光。

早在1575年,就有人在阳光下观察到菲律宾紫檀木切片的黄色水溶液呈现极为可爱的天蓝色。1852年,G.G.斯托克斯用分光计观察奎宁和叶绿素溶液时,发现它们所发出的光的波长比入射光的波长稍长,由此判明这种现象是由于物质吸收了光能并重新发出不同波长的光线,而不是光的漫射作用引起的,斯托克斯称这种光为荧光。以稀土化合物作为原料的荧光材料,历经约50年的发展后,凭借其吸收能力强、转换率高、物理化学性质稳定、有丰富的能级和4f电子跃迁等特性,有取代传统荧光材料并成为主流的趋势。

荧光是如何发出来的

荧光是物质从激发态失活到多重性相同的低能状态时所释放的辐射,最常见的是吸收紫外线后发出可见光。化合物能够产生荧光的最基本的条件是它发生多重性不变的跃迁时所吸收的能量小于断裂最弱的化学键所需要的能量。其次,在化合物的结构中必须有荧光基团如=C=O、-N=O、-N=N、=C=N-、=C=S等。

对于具有荧光特性的分子来说,在吸收了入射光的能量后,里面的电子就像在森林中奔跑的小白兔一样,从基态S0跑到(实质是电子跃迁)具有相同自旋多重度[5]的激发态S2那里玩:S0+hvex→S2(h为普朗克常数,vex为入射光光子的频率)。处于激发态的电子可以通过各种不同的途径释放其能量回到基态:比如电子可以从S2经由非常快的内转换过程(这个过程所用时间比10-12秒还短),在不发出任何辐射的情况下跃迁至能量稍低并具有相同自旋多重度的激发态S1,然后再马不停蹄地从S1以发光的方式释放出能量回到基态S0:S1→S0+hvf,于是我们就看到荧光了。

对于发光细胞而言,荧光是氧化反应的“产物”,因此必要条件是有氧的环境。细胞中的发光酵素及醛类发光基质在氧气与能量物质(来自黄素单核酸,有别于萤火虫)的参与下共同反应从而发出荧光,这种荧光称为生物荧光。

我们生活中的那些荧光

夜光涂料(材料)

夜光涂料,指的是能在黑暗中能发光的一类材料,分为自发光型和蓄光型两种。其中自发光型夜光材料的基本成分为放射性材料,不需要从外部吸收能量,可持续发光,其放射性可能对人体造成一定危害(视成分而定),故应用时受限制较大;而蓄光型夜光材料很少会使用放射性物质,主要是靠吸收外部的光能再进行缓慢释放,而且要储备足够的光能才能保证持续一段时间发光,使用基本不受限制,但辉度不如自发光型材料。近年来,蓄光材料朝着无毒无放射方向发展,铝系、钡锶系掺入稀土元素经高温烧结而得的蓄光材料,亮度是传统材料的上百倍。

反光材料

这种材料广泛应用在各种交通指示牌。最早是美籍华裔科学家董棋芳博士研发出定向玻璃微珠,而后各式反光布、反光涂料才相继问世。其实目前的交通指示牌分为两类:一类是完全反光材料,即依靠将入射光线反射回去达到警示目的;另一类是光致发光,不仅仅能反光,还能在受到光照时能辐射出光子,比普通的反光材料看上去更醒目,比如硫系材料。这些通常情况下都不会产生对人体有害的辐射,但至于其是否具有化学毒性就得看具体成分具体分析了。

荧光棒和荧光钥匙扣

节日晚会、各种演唱会上必用到的荧光棒里面主要由三种物质组成:过氧化物、酯类化合物和荧光染料。把它摇几下或者抖几下后,过氧化物和酯类化合物发生反应,再将反应后的能量传递给荧光染料,最后由染料发出荧光,整个过程中都不会发出伤害人体的射线。虽然荧光棒不会放出有害射线,但是里面的液体不可食用,也应尽量避免与皮肤接触,特别是眼睛。所以,只要你不拿刀子剪刀去破坏、不用力扭曲荧光棒,拿去尽情地摇吧!

荧光钥匙扣也是类似原理。使用时只要和使用荧光棒一样注意不对它施暴,那么它在你身边只会给你带来方便,潜在危险仍然来自于里面化学成分的毒性而不是辐射。

再附上个关于荧光棒的小知识:荧光棒发光时间的长短与环境温度成反比,即所处环境温度越高,荧光棒的发光时间越短。所以当手中的荧光棒变暗时,可以将其放入冰箱或者冰柜中,低温环境能抑制两种液体的化学反应,需要的时候再拿出来,这样就能重复使用了。

荧光增白剂

为了让纸张看上去很白,部分商家会在里面添加荧光增白剂,或叫荧光漂白剂,是一种复杂的有机化合物。这种增白剂吸收紫外线后发出蓝色的光,与纸张的黄色光叠加后互补形成白色,达到增白的效果,广泛用于造纸、纺织、洗涤剂等多个领域中。这种物质不会对人产生有害辐射,但如果看书的时候肚子饿了,千万别把纸张往嘴里塞,避免遭受其可能的化学毒性危险。

荧光灯

荧光灯的发光原理是:荧光管内充满氩氖混合气体及汞蒸汽,灯管电极的放电使汞发出紫外波段的光,灯管内侧表面的磷质荧光漆吸收了紫外线,取决于磷质成份的比例,发出不同颜色的荧光。发光过程中灯管内侧表面的磷质荧光漆吸收了绝大部分的紫外线,正常情况下使用质量合格的荧光灯,即时荧光漆涂层上有一些细微裂隙,也不会增加人使用荧光灯的健康风险。关于荧光灯的更多内容,请阅读需要担心节能灯的紫外线辐射吗? 辐射超标的节能灯还能用吗?

天然荧光

萤火虫在城市里现在很难看见了,令人感叹以后又少了个泡妹纸的方法。萤火虫的发光,简单来说,是荧光素在催化下发生的一连串复杂生化反应,而反应产物之一就是它们屁屁上的光。人家那么可爱的动物,自然不会对你有害,只要你不学贝爷见啥吃啥。

极光也是高层大气中的荧光现象。极光是太阳风进入地球磁场导致的光辉,大家见到极光兴奋还来不及吧。

含有某些稀土元素的萤石和方解石也能发出荧光。但稀土含量极少,而且也不会天天接触,有害的辐射微乎其微,只要你不揣在怀里戴在手上脚上脖子上。

最受欢迎的当然要最后出场!其实这里要说的是印刷防伪技术——目前大部分国家的钞票及证件等需要防伪的物品都会利用特殊的油墨在紫外线下发出荧光的特点防伪,用紫外灯照射人民币时出现的那个数字啦!当然这种油墨的使用也是安全无害的,如果你还是不太相信的话,我很乐意为你保管。

结论

综合来看,常见的荧光材料所发出的荧光都是非放射性光,对人体不会造成有害辐射。之所以有观点认为荧光物质会伤害人体,是因为在某些夜光手表、钥匙扣、信号照明灯中加入了放射性物质,如高档手表里的氚气和β灯里面使用的氚、黄磷与硫化锌的混合物。但值得庆幸的是,氚的β衰变只会放出高速移动的电子(即β粒子),穿透能力很弱,连薄薄的有机玻璃片都无法通过,更别说穿透人体,因此只有大量吸入时才会对人体有害。换言之,只要是正规厂家生产的合格产品,不用来做奇葩的事情,荧光材料就不会对人体产生危害。

参考文献

  1. 李强,高镰,严东生. 稀土化合物纳米荧光材料研究的新进展,无机材料学报
  2. 王艳忠,黄素萍. 新型荧光材料的应用及其发展趋势,化工新型材料
  3. 杨冰,李瑛 等. 有机荧光材料研究进展,化学研究与应用
  4. 自旋多重度(S)的定义:S=2|s|+1,其中小写字母s是体系的总自旋角动量,它与体系内的自旋未被抵消的单电子数(N)相关。s=N/2或者s=-N/2。
  5. 萤火虫屁屁发光的能量来自三磷酸腺ATP。

热门评论

  • 2013-03-02 11:09 ccyg8774

    有一天和同学用液氮做实验,做完了还剩一瓶液氮,没法储存(放到第二天早就蒸发完了),打算冻点什么来玩。
    正好,包里有几根留做应急光源的荧光棒……我就掰亮了一根用绳子拴好之后放进了液氮里。然后荧光棒完全不亮了……
    用绳子拽出来之后解冻,又亮了……

    [4] 评论

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全部评论(115)
  • 1楼
    2013-03-01 18:18 写程序的羊

    杀~~
    来自NOKIA Lumia 820

    [0] 评论
  • 2楼
    2013-03-01 18:52 makagoniv

    以前手表的夜光是用镭做的。。很给力啊。。。。

    [1] 评论
  • 3楼
    2013-03-01 19:46 跟头快到我碗里来
    引用文章内容:再附上个关于荧光棒的小知识:荧光棒发光时间的长短与环境温度成反比,即所处环境温度越高,荧光棒的发光时间越短。所以当手中的荧光棒变暗时,可以将其放入冰箱或者冰柜中,低温环境能抑制两种液体的化学反应,需要的时候再拿出来,这样就能重复使用了。

    小时候这么干过,可是重新拿出来,亮度也明显不复当初了,为什么?

    [0] 评论
  • 4楼
    2013-03-01 20:05 Hyderay

    不用来做奇葩的事情……

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  • 5楼
    2013-03-01 20:49 钻地球的

    光本身就是辐射

    [0] 评论
  • 6楼
    2013-03-01 21:28 毛驴骑着阿凡提
    引用@猴妹家的土豆 的话:小时候这么干过,可是重新拿出来,亮度也明显不复当初了,为什么?


    反应不是可逆的。。。。反应完就不亮了,放冰箱也会反应

    [0] 评论
  • 7楼
    2013-03-01 21:47 whistler

    我很想知道淘宝上的小氚灯能不能当钥匙扣。。。
    天天睡觉都要放枕头边的。。。也天天揣口袋里的。。。
    虽然知道β粒子比较弱。。。虽然我自己也是工科以数据是说话的。。
    但是还是有点微担心啊。。。有木有人知道有木有问题的。。。

    [1] 评论
  • 8楼
    2013-03-01 23:47 伤脑筋的昵称

    我想说其实纸篓里的餐巾纸也是有荧光的……

    [0] 评论
  • 9楼
    2013-03-02 00:26 注册果壳用户的好处
    引用@whistler 的话:我很想知道淘宝上的小氚灯能不能当钥匙扣。。。天天睡觉都要放枕头边的。。。也天天揣口袋里的。。。虽然知道β粒子比较弱。。。虽然我自己也是工科以数据是说话的。。但是还是有点微担心啊。。。有木有人知道有木有问题的。。。

    才知道居然有这种高科技玩意,而且还淘宝这么便宜就能买到,我也心动了
    不过转眼一想如果只是氚还好,万一它提取不纯,混入其他放射性气体如氡之类的就不好玩了,鉴于这种小玩具都是小作坊产的我觉得什么都有可能

    ps:你有没有感觉到β辐射累计的电子会产生静电啊

    [0] 评论
  • 10楼
    2013-03-02 01:00 whistler
    引用@注册果壳用户的好处 的话:才知道居然有这种高科技玩意,而且还淘宝这么便宜就能买到,我也心动了不过转眼一想如果只是氚还好,万一它提取不纯,混入其他放射性气体如氡之类的就不好玩了,鉴于这种小玩具都是小作坊产的我觉得什么都有可能ps:你有没有感觉到β辐射累计的电子会产生静电啊

    买回来去借个盖革计数器怎么样。。。。

    [0] 评论
  • 11楼
    2013-03-02 09:07 喵大很大

    我要一个会发光的小鸡鸡!!!

    [0] 评论
  • 12楼
    2013-03-02 09:36 mishung
    引用@注册果壳用户的好处 的话:才知道居然有这种高科技玩意,而且还淘宝这么便宜就能买到,我也心动了不过转眼一想如果只是氚还好,万一它提取不纯,混入其他放射性气体如氡之类的就不好玩了,鉴于这种小玩具都是小作坊产的我觉得什么都有可能ps:你有没有感觉到β辐射累计的电子会产生静电啊


    混入氡很少吧
    买点花岗石地板氡气释放也就多的

    [0] 评论
  • 13楼
    2013-03-02 09:44 溶液怎么依数
    引用文章内容:目前大部分国家的钞票及证件等需要防伪的物品都会利用特殊的油墨在紫外线下发出荧光的特点防伪,用紫外灯照射人民币时出现的那个数字啦!

    这个应该是紫色可见光吧

    [0] 评论
  • 14楼
    2013-03-02 10:45 铬天青S
    引用文章内容:10-12秒

    这个-12应该是个上标,@_whyCD

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  • 15楼
    2013-03-02 10:51 铬天青S

    做过荧光就知道荧光光线就是普通的光线啊,只是激发原理不一样罢了,要说有毒也是荧光物质可能有毒性。

    [0] 评论
  • 16楼
    2013-03-02 11:09 ccyg8774

    有一天和同学用液氮做实验,做完了还剩一瓶液氮,没法储存(放到第二天早就蒸发完了),打算冻点什么来玩。
    正好,包里有几根留做应急光源的荧光棒……我就掰亮了一根用绳子拴好之后放进了液氮里。然后荧光棒完全不亮了……
    用绳子拽出来之后解冻,又亮了……

    [4] 评论
  • 17楼
    2013-03-02 12:23 自在自在

    化妆品里在萤光灯下发白的那是什么?精华液那种,有害的么?

    [0] 评论
  • 18楼
    2013-03-02 14:03 X_Deus

    很好奇什么叫奇葩的事。。。。把防火器拆了,用里面的放射性材料做个核反应堆么?。。。= =|||

    [1] 评论
  • 19楼
    2013-03-02 14:22 NobleRot

    第一张图太有说服力了!

    [0] 评论
  • 20楼
    2013-03-02 15:30 你爹临死前曾经说过

    "主要是靠吸收外部的光能,再进行缓慢释放"。这种连荧光和磷光都分不清的人,现在也敢厚着脸皮来写"科普文"了,跪了。

    [1] 评论
  • 21楼
    2013-03-02 15:59 你爹临死前曾经说过

    注解中,ATP是三磷酸腺苷,不是三磷酸腺。

    [1] 评论
  • 22楼
    2013-03-02 16:09 你爹临死前曾经说过
    引用@狂咲丿Scarlet 的话:很好奇什么叫奇葩的事。。。。把防火器拆了,用里面的放射性材料做个核反应堆么?。。。= =|||

    烟雾探测器里用的是Americium dioxide,这玩意算是相对稳定的衰变产物。这玩意价格太贵了,所以没人拿他当核燃料。

    [0] 评论
  • 23楼
    2013-03-02 16:43 _whyCD 无机非金属材料工程学士,户外达人
    引用@im大头 的话:这个-12应该是个上标, 。

    嗯 这个“-12”是上标的~

    [0] 评论
  • 24楼
    2013-03-02 16:57 _whyCD 无机非金属材料工程学士,户外达人
    引用@你爹临死前曾经说过 的话:"主要是靠吸收外部的光能,再进行缓慢释放"。这种连荧光和磷光都分不清的人,现在也敢厚着脸皮来写"科普文"了,跪了。

    如果我没记错的话 荧光和磷光的本质区别在于余辉的长短 而在我的原稿中 这句话本来是用来介绍蓄光材料的

    [1] 评论
  • 25楼
    2013-03-02 16:58 _whyCD 无机非金属材料工程学士,户外达人
    引用@NobleRot 的话:第一张图太有说服力了!

    是指鲁米诺溶液的那张?

    [0] 评论
  • 26楼
    2013-03-02 17:05 morph-_-

    淘宝上的荧光粉呢
    玩了不少啊

    [0] 评论
  • 27楼
    2013-03-02 18:33 牧狼
    引用@wasw 的话:淘宝上的荧光粉呢玩了不少啊

    同问啊,便宜又量大,毕业的时候宿舍里刷了不少

    [0] 评论
  • 28楼
    2013-03-02 18:49 注册果壳用户的好处
    引用@你爹临死前曾经说过 的话:烟雾探测器里用的是Americium dioxide,这玩意算是相对稳定的衰变产物。这玩意价格太贵了,所以没人拿他当核燃料。

    完了,被你们一说我又平静不下来了,原来每天工作的地方头顶上就存在一个γ射线源啊

    [0] 评论
  • 29楼
    2013-03-02 19:08 oO暗影天神Oo

    编辑没说氚光管!!! 作为一个比较成功的,新兴的荧光技术没有出现在这实在是说不过去啊

    [0] 评论
  • 30楼
    2013-03-02 19:12 oO暗影天神Oo
    引用@注册果壳用户的好处 的话:才知道居然有这种高科技玩意,而且还淘宝这么便宜就能买到,我也心动了不过转眼一想如果只是氚还好,万一它提取不纯,混入其他放射性气体如氡之类的就不好玩了,鉴于这种小玩具都是小作坊产的我觉得什么都有可能ps:你有没有感觉到β辐射累计的电子会产生静电啊

    →_→ 我戴一只鲁美诺斯3051 上面有16根氚光管→_→ 从来没感觉怕…… 即便有泄露这点量也没多少吧……

    [0] 评论

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