Беседы о физике и технике

Глухов Николай Данилович

Никого уже сейчас не удивляют люминесцентные рекламы, дорожные и указательные знаки, шкалы измерительных приборов, освещение люминесцентными лампами помещений магазинов, промышленных предприятий, станций метро. Они удобны в сортировочных и колориметрических цехах текстильных фабрик. Это позволило в них ввести трехсменную работу вместо укороченной односменной, связанной с естественным освещением.

ЧТО ТАКОЕ ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЙ АНАЛИЗ?

Люминесцентный анализ — метод исследования различных объектов, основанный на наблюдении их люминесценции. Для люминесцентного анализа можно использовать как собственную люминесценцию исследуемых объектов, так и люминесценцию специально для этого применяемых люминесцирующих красителей — флуорохромов.

Ввиду

того что люминесценция непосредственно связана с излучающим веществом, его составом и структурой, по спектральному составу излучения и его длительности в ряде случаев можно определить излучающее вещество. Это и составляет содержание качественного люминесцентного анализа.

Количественный анализ основан на том, что при соблюдении определенных условий интенсивность люминесценции пропорциональна концентрации люминесцирующего вещества. Для измерения интенсивности люминесценции при люминесцентном анализе пользуются фотометрами различного типа.

Химический люминесцентный анализ превосходит по точности обычный химический анализ, позволяя обнаруживать стомиллиардные доли грамма искомого вещества.

Существенно, что при этом анализе исследуемое вещество не подвергается изменению.

В наши дни широко применяют сортовой люминесцентный анализ.

Он основан на том, что различные сорта сходных объектов (стекла, семян и т. п.) под действием ультрафиолетовых лучей светятся по-разному.

В зависимости от цвета свечения и производится их сортировка. Этот принцип лег в основу способа сортировки оптических стекол, разработанного под руководством С. И. Вавилова.

Вынуждающее свечение при люминесцентном анализе обычно производят с помощью ртутно-кварцевых ламп, как наиболее мощных и испускающих наибольший поток ультрафиолетового излучения. Такие лампы обычно применяют с фильтрами из специального увиолевого стекла. Эти стекла с добавкой оксида никеля пропускают длинноволновое ультрафиолетовое излучение (300–400 нм), являющееся биологически безвредным. Схема установки для люминесцентного анализа приведена на рис. 55. Здесь 2 — ртутная лампа в кожухе 3, 1 — светофильтр, который пропускает на исследуемый препарат 4 только ультрафиолетовое излучение. Его люминесценцию наблюдают глазом или регистрируют специальной аппаратурой.

Научные исследования люминесценции ведутся весьма интенсивно.

Рис. 55. Схема установки для люминесцентного анализа в ультрафиолетовом свете

КАКОВЫ ПРАКТИЧЕСКИЕ ПРИМЕНЕНИЯ ЛЮМИНЕСЦЕНТНОГО АНАЛИЗА?

В производстве и в народном хозяйстве люминесцентный анализ применяют для исследования чистоты продуктов и обнаружения в них иногда ничтожных примесей.

В фармацевтической промышленности его используют для установления чистоты лекарственных веществ, в химической промышленности — для установления качества исходного сырья, в геологии — для определения состава горных пород, в пищевой промышленности — для определения качества продуктов, их зараженности и т. д.

Люминесценция окрашенных срезов тканей различных органов позволяет изучить их строение. По составу излучения выделений различных органов человека можно судить о правильности их функционирования, определять характер заболеваний. Люминесценция особенно хорошо определяет грибковые заболевания кожи и устанавливает появление инфекции на коже, волосах и т. д. В криминалистике по свечению незаметных пятен можно определить их природу и происхождение. При ультрафиолетовом облучении обнаруживаются незаметные надписи, подделки банкнотов и деловых бумаг.

В ультрафиолетовом свете прочитывается стертый текст, попорченные надписи на старинных документах, проявляются рисунки под позже нанесенным слоем

краски и т. д.

Люминесцентный анализ внедрен для изучения состава нефти, битумов и минеральных масел, а также для поисковых целей. Люминесценция кернов из скважин и вытяжек из них, а также вод скважин помогает геологам судить о характере и условиях залегания того или иного полезного ископаемого.

Трудно указать (ввиду их многочисленности) другие области науки и техники, где применяют люминесцентный анализ. Укажем лишь, что это почвоведение, текстильная промышленность (для изучения структуры волокон), химическая промышленность (определение качества препаратов и реактивов), палеонтология, археология, биология и многие другие. Люминесцентные микроскопы, радиолокационные установки, рентгеновские экраны (в том числе усиливающие действие рентгеновских лучей на фотоэмульсию пластинок), трубки катодных осциллографов с люминесцирующим экраном, телевизионные трубки — вот далеко не полный перечень физических приборов, без которых невозможны современная техника и быт человека.

Еще одно интересное применение люминесценции — это люминесцентная дефектоскопия. Часто на металлических изделиях в процессе отливки и дальнейшей их механической обработки появляются мельчайшие, невидимые глазом трещины и раковины.

На поверхность такого изделия наносят люминофор (в растворе или в порошке), который заполняет трещины. Спустя некоторое время люминофор удаляется (смывается или стирается) с поверхности изделия и оно облучается ультрафиолетом. Оставшийся в трещинах люминофор под действием ультрафиолетовых лучей «покажет» наличие дефекта изготовленной детали (рис. 56). В металлургии люминесцентную дефектоскопию широко применяют для стопроцентного контроля изделий механических, термических, литейных цехов и, что особенно важно, для изделий из немагнитных сплавов (литье из алюминиевых, магниевых сплавов, аустенитных сталей и т. д.), т. е. тех изделий, которые благодаря сложности своей конфигурации исключают другие виды дефектоскопии (рентгеновский, ультразвуковой).

Рис. 56. Дефектоскопия металлических деталей. Видны люминесцирующие трещины

ЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ И РАДИАЦИЯ — ЕСТЬ ЛИ МЕЖДУ НИМИ СВЯЗЬ?

В науке и технике большое значение имеет обнаружение быстродвижущихся частиц вещества — электронов, протонов, осколков ядер и др. В некоторых случаях это удается сделать с помощью люминесцентного экрана, на который попадают невидимые частицы, вызывая вспышки свечения, или сцинтилляции. Люминесцентные вещества, применяемые для получения сцинтилляций, называют сцинтилляторами. Такие вспышечные экраны (помимо специальных счетчиков или в совокупности с ними) составляют основу специальных приборов для определения полученной дозы вредных радиации — дозиметров. Дозиметры отзываются на рентгеновские и -кванты, -излучение (поток быстрых электронов), а-частицы (ядра гелия) и другие частицы, образующиеся в результате радиоактивного распада в естественных условиях, в ускорителях и на атомных электростанциях.

Итак, если еще недавно слово «люминесценция» было знакомо только физикам, теперь оно стало широко распространено, как слова «электричество», «радио», «телевидение», «космос», «атомная энергия». А без самого явления люминесценции и его использования мы не можем себе представить не только современной науки и техники, но и быта современного человека.

16. Человеку должен служить только мирный атом

Наша прекрасная планета Земля родилась 4 млрд. лет тому назад, около миллиона лет отделяют нас от появления первого человека, три тысячи лет тому назад появились первые науки (математика, астрономия, философия). Так неужели разумные люди допустят, чтобы все это погибло, чтобы этот мир был снова окутан глубокой тьмой, чтобы погибла цивилизация, может быть, единственная в нашей обозримой части Вселенной?