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Dec. 23 2016

用日常材料,做一棵「螢光聖誕樹」

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  • 用日常材料,做一棵「螢光聖誕樹」

實驗室裡的聖誕樹,來點螢光化學風~不需要特別的試劑,日常物品就能點亮多彩螢光。

聖誕節的裝飾品總少不了聖誕樹,但千篇一律的裝飾風格實在沒啥意思。聖誕樹如何與科學完美結合?鐵架台聖誕樹大概是實驗室裡的最佳選擇。在鐵架台上固定好高低錯落的瓶子,裝上各色溶液,就變成了化學風的聖誕彩球裝飾。而今天,我們再給鐵架台聖誕樹加點料——把它變成螢光的!

前段時間,我們就在網路上看到化學教授瓦格納(Brian Wagner)曬出了一棵十分酷炫的螢光聖誕樹:

看過之後,很想嘗試DIY一下,但是並沒有這麼高端的螢光染料,這該怎麼辦?沒關係,日常生活中的一些尋常物品其實也能做出多彩的螢光效果。接著,我們就來做一個更居家版本的螢光聖誕樹。

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安全提示:下面用到的螢光溶液安全風險都很小,不過螢光要在紫外光下觀察,使用紫外燈需要注意安全防護,尤其是保護眼睛。日常觀察螢光建議使用小型的紫外驗鈔燈,這種小紫外燈效果沒那麼好,但使用起來比較安全,可以不做特殊防護。注意不要直視燈光,也不要長時間開紫外燈觀察,必要時佩戴防紫外護目鏡。一定不能使用紫外消毒燈,這種紫外燈發出的短波紫外線對眼睛殺傷力很大。

工具和材料:

  • 鐵架台1個
  • 鐵夾若干
  • 可固定在鐵夾上的錐形瓶、圓底燒瓶、試管等
  • 紫外燈(驗鈔燈)
  • 通寧水
  • 薑黃粉
  • 綠色菜葉
  • 黃色水性螢光筆
  • 乙醇(我們這裡用的是無水乙醇)
  • 選擇性物品:裝飾彩帶,其他裝飾品

第一步:準備螢光溶液

一些化學物質在受光的激發(一般是紫外光)之後進入激發態,然後再從激發態回到基態的時候會以可見光的形式釋放出能量,這就是螢光了。螢光可能看起來高端大氣,但其實在生活中也一樣可以找到各色螢光物質,在這裡,我們挑選了四種日常生活中就能找到(而且夠安全)的東西來提供不同顏色的螢光:

藍色螢光:通寧水

這個準備起來最為簡單,直接把買來的通寧水倒進容器即可。通寧水(Tonic Water)是從治療瘧疾的藥水演變而來的飲料,至今其中還會加入少量奎寧(現在的含量和過去相比減少了很多,所以基本上不具備藥效了,只提供淡淡的苦味)。奎寧就是一種天然的螢光物質,在紫外光的激發下會顯現藍色。

通寧水的藍色螢光,這螢光來自右邊的奎寧。/ 左圖來自:wikipedia

綠色螢光:螢光筆水

黃色水性螢光筆一般會使用一種名叫「溶劑綠7號」的螢光染料,直接觀察時是亮黃色,而在紫外燈下它會發出明亮的綠色螢光。

黃色螢光筆的綠色螢光和其中的染料成分「溶劑綠7號」(8-羥基-1,3,6-芘三磺酸三鈉)。/ 圖片來自:Reactions

拆開螢光筆殼,取出筆芯在水中擠上幾滴,就可以得到螢光溶液。這個螢光很明亮,很稀的溶液就可以了。

PS:綠色螢光筆水也可以得到類似的螢光,但更弱一些,這是因為綠色筆水其實是用黃色螢光筆和藍色螢光筆的顏料成分配成的,而藍色的部分並沒有螢光。

黃色螢光:薑黃素溶液

薑黃是一種廚房裡的香辛料,咖哩中就少不了它的顏色和風味。薑黃的黃色來自其中的薑黃素,這種天然色素很適合用來做化學小實驗:它遇鹼會變成紅色,而且在溶液中還會顯示出黃綠色螢光。

不過,把薑黃粉倒進水裡可不行。薑黃素在常溫水中的溶解度非常小(因此衣服上的咖哩污漬也會顯得很難洗),這次我們需要乙醇作為溶劑。在乙醇中撒上一點薑黃粉,讓顏色充分溶出然後過濾即可。

薑黃粉溶於乙醇的螢光,以及薑黃素的化學結構。/ 左圖來自:Brian Wagner

紅色螢光:葉綠素溶液

光合作用必不可少的葉綠素,它本身是綠色的,但溶在乙醇溶液裡用紫外燈一照,就能看到它的另一面——漂亮的紅色螢光。

取一些綠菜葉(像是菠菜)在研磨缽中磨碎,加乙醇提取然後過濾,就得到了紅色螢光溶液。

葉綠素乙醇溶液的紅色螢光,手機拍攝。

PS:丙酮其實也可以(這個實驗大家高中時做過嗎?),不過氣味太醉人……還是乙醇好一些。

第二步:組裝聖誕樹

組裝的要點其實就是在同一個鐵架台上裝上高低長短錯落的鐵夾,然後再把裝有螢光溶液的瓶子固定到上面。具體按自己喜好調整即可,就是要注意一定要選擇比較穩定的鐵架台,並且把組件都固定牢靠,要不然摔到地上,可有得收拾了……

初步組裝圖。你能認出這些溶液都對應著上面的哪一個嗎?

第三步(可選):裝飾

螢光聖誕樹本身已經就位,可以根據喜好再添加一些裝飾品。

呃,似乎沒有太明顯的改善……無色的通寧水中加了一點食品色素,下面白色的東西是一坨高吸水性樹脂的人造雪。

第四步:觀察螢光

開燈狀態的螢光聖誕樹可能其貌不揚,但關上燈、打開紫外燈照射時,螢光效果還是蠻漂亮的。

局部圖:

從左至右依次為:薑黃溶液(黃)、螢光筆水(綠)、通寧水(藍)、葉綠素溶液(紅)。

對比圖:

如果用光比較弱的小驗鈔燈來觀察,同時照亮全部瓶子會有些困難,但逐一觀察還是可以的。在我們準備的這四種溶液中,螢光筆水溶液的螢光是最明亮最容易觀察的(畢竟是種專門的螢光染料),而通寧水準備起來最方便,螢光也比較明顯,只用這兩種溶液來做個簡略版也可以。

最後還是提醒大家使用紫外燈一定要注意安全,缺乏防護的情況下不要貿然使用大功率紫外線燈。

撰文:窗敲雨 / Lyroat

本文來源於果殼網(微信公眾號:Guokr42),這是一個開放、多元的泛科技主題網站,提供負責任、有智趣的科技主題內容,歡迎關注他們。如需轉載請直接聯繫media@guokr.co

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