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用日常材料,做一棵“荧光圣诞树”

圣诞节的装饰品总少不了圣诞树,但千篇一律的装饰风格实在没啥意思。圣诞树如何玩出科学范儿?铁架台圣诞树大概是实验室里的最佳选择。在铁架台上固定好高低错落的瓶子,装上各色溶液,就变成了化学风的圣诞彩球装饰。而今天,我们再给铁架台圣诞树加点料——把它变成荧光的!

前段时间,我们就在网上看到化学教授布莱恩·瓦格纳(Brian Wagner)晒出了一棵十分酷炫的荧光圣诞树:

看过之后,很想尝试DIY一下,但是并没有这么高端的荧光染料,这该怎么办?没关系,日常生活中的一些寻常物品其实也能做出多彩的荧光效果。下面,我们就来做一个更居家版本的荧光圣诞树。

安全提示:下面用到的荧光溶液安全风险都很小,不过荧光要在紫外光下观察,使用紫外灯需要注意安全防护,尤其是保护眼睛。日常观察荧光建议使用小型的紫外验钞灯,这种小紫外灯效果没那么好,但使用起来比较安全,可以不做特殊防护。注意不要直视灯光,也不要长时间开紫外灯观察,必要时佩戴防紫外护目镜。一定不能使用消毒紫外灯,这种紫外灯发出的短波紫外线对眼睛杀伤力很大。

工具和材料:

  • 铁架台1个
  • 铁夹若干
  • 可固定在铁夹上的锥形瓶、圆底烧瓶、试管等
  • 紫外灯(验钞灯)
  • 汤力水
  • 姜黄粉
  • 绿色菜叶
  • 黄色水性荧光笔
  • 乙醇(我们这里用的是无水乙醇)
  • 可选项:装饰彩带,其他装饰品 

第一步:准备荧光溶液

一些化学物质在受光的激发(一般是紫外光)之后进入激发态,然后在从激发态回到基态的时候会以可见光的形式释放出能量,这就是荧光了。荧光可能看起来高端大气,但其实在生活中也一样可以找到各色荧光物质,在这里,我们挑选了四种日常生活中就能找到(而且足够安全)的东西来提供不同颜色的荧光:

蓝色荧光:汤力水

这个准备起来最为简单,直接把买来的汤力水倒进容器即可。汤力水(Tonic Water)是从治疗疟疾的药水演变而来的饮料,至今其中还会加入少量奎宁(现在的含量和过去相比减少了很多,所以基本上不具备药效了,只提供淡淡的苦味)。奎宁就是一种天然的荧光物质,在紫外光的激发下会显示蓝色。

汤力水的蓝色荧光,这荧光来自右边的奎宁。左图来自:wikipedia

绿色荧光:荧光笔水

黄色水性荧光笔一般会使用一种名叫“溶剂绿7号”的荧光染料,直接观察时是亮黄色,而在紫外灯下它会发出明亮的绿色荧光。

黄色荧光笔的绿色荧光和其中的染料成分“溶剂绿7号”(8-羟基-1,3,6-芘三磺酸三钠)。图片来自:Reactions

拆开荧光笔壳,取出笔芯在水中挤上几滴,就可以得到荧光溶液。这个荧光很明亮,很稀的溶液就可以了。

PS:绿色荧光笔水也可以得到类似的荧光,但更弱一些,这是因为绿色笔水其实是用黄色荧光笔和蓝色荧光笔的颜料成分配成的,而蓝色的部分并没有荧光。

黄色荧光:姜黄素溶液

姜黄是一种厨房里的香辛料,咖喱中就少不了它的颜色和风味。姜黄的黄色来自其中的姜黄素,这种天然色素很适合用来做化学小实验:它遇碱会变成红色,而且在溶液中还会显示出黄绿色荧光。(更多阅读:酷炫动图(二十一):万圣节篇

不过,把姜黄粉倒进水里可不行。姜黄素在常温水中的溶解度非常小(因此衣服上的咖喱污渍也会显得很难洗),这次我们需要乙醇作为溶剂。在乙醇中撒上一点姜黄粉,让颜色充分溶出然后过滤即可。

姜黄粉溶于乙醇的荧光,以及姜黄素的化学结构。左图来自:Brian Wagner

红色荧光:叶绿素溶液

光合作用必不可少的叶绿素,它自然是绿色的,但溶在乙醇溶液里用紫外灯一照,就能看到它的另一面——漂亮的红色荧光。

取一些绿菜叶(比如菠菜)在研钵中研碎,加乙醇提取然后过滤,就得到了红色荧光溶液。

叶绿素乙醇溶液的红色荧光,手机拍摄。

PS:丙酮其实也可以(这个实验大家高中时做过吗?),不过气味太醉人……还是乙醇好一些。

第二步:组装圣诞树

组装的要点其实就是在同一个铁架台上装上高低长短错落的铁夹,然后再把装有荧光溶液的瓶子固定到上面。具体按自己喜好调整即可,就是要注意一定要选择比较稳定的铁架台,并且把组件都固定牢靠,要不然摔到地上可有得收拾了……

初步组装图。你能认出这些溶液都对应着上面的哪一个吗?

第三步(可选):装饰

荧光圣诞树本体已经就位,可以根据喜好再添加一些装饰品。

呃,似乎没有太明显的改善……无色的汤力水中加了一点食品色素,下面白色的东西是一坨高吸水性树脂的人造雪。

第四步:观察荧光

开灯状态的荧光圣诞树可能其貌不扬,但关上灯、打开紫外灯照射时,荧光效果还是足够漂亮的。

局部图:

 从左至右依次为:姜黄溶液(黄)、荧光笔水(绿)、汤力水(蓝)、叶绿素溶液(红)。

对比图:

如果用光比较弱的小验钞灯来观察,同时照亮全部瓶子会有些困难,但逐个观察还是可以的。在我们准备的这四种溶液中,荧光笔水溶液的荧光是最明亮最容易观察的(毕竟是种专门的荧光染料),而汤力水准备起来最方便,荧光也比较明显,只用这两种溶液来做个简略版也可以。

最后还是提醒大家使用紫外灯一定要注意安全,缺乏防护的情况下不要贸然使用大功率紫外线灯。戳这里了解紫外光对眼睛的影响

The End

发布于2016-12-21, 本文版权属于果壳网(guokr.com),禁止转载。如有需要,请联系果壳

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窗敲雨

药学硕士

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    Lyroat

    地球物理专业,果壳实验室成员

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