Люминофоры: сахароза и органический краситель. Phosphors: sucrose and organic dye

Обнаружив ошибку на странице, выделите ее и нажмите Ctrl + Enter

Люминофоры (сахароза и органический краситель): устойчивость к хранению на воздухе
Phosphors (sucrose and organic dye): resistance for storage on air

В источнике, откуда я взял рецепт люминофоров на основе сахара (М. А. Грабовский, А. Б. Млодзеевский, Р. В. Телеснин, М. П. Шаскольская, И. А. Яковлев; Под ред. проф. В. И. Ивероновой - Лекционные демонстрации по физике. М., "Наука", 1972 г. 640 с.[ссылка]) сказано, что такие люминофоры неустойчивы при хранении: аморфный сахар кристаллизуется за несколько дней, люминофор прекращает светиться. Чтобы отсрочить этот процесс исходный раствор сахара (с добавкой красителя) рекомендуется фильтровать или использовать небольшую добавку уксусной кислоты.

Сказано черным по белому: "срок жизни - несколько дней", что неясно? Но есть научный принцип: "Не доверяй и перепроверяй", поэтому решил проверить (тем более, что в конкретном случае это несложно - нужно оставить образцы на определенное время, после чего посмотреть, кристаллизуются ли они и будут ли светиться?) С люминофорами на основе борной кислоты такое уже делал (Люминофоры с борной кислотой: устойчивость к хранению на воздухе. Boric acid phosphors (resistance for storage on air) [ссылка]).

Чтобы эффект был более четким (и не пришлось сравнивать по памяти, что светилось ярче, а что более тускло), оставил полученные ранее люминофоры в открытом виде в лотках на полу кухни не на насколько дней, а на два месяца(красители: флуоресцеин или эозин). После этого проверил, как изменился их внешний вид, и как изменилось свечение. Явные признаки расстеклования (кристаллизации стекла) наблюдались только у одного из четырех оставленных образцов. Два образца с эозином и один с флуоресцеином остались без видимых изменений (на вид, как обычные сахарные леденцы), один образец с флуоресцеином помутнел (признак кристаллизации - образец стал похож на засахарившийся мед).

Свечение под ультрафиолетовой лампой: помутневший образец светился заметно более тускло, но все равно ярко. Три других образца светились примерно так же, как и сразу после их приготовления.

Вывод: кристаллизация сахарной матрицы со временем имеет место, и она приводит к падению яркости свечения люминофора. Но в конкретном эксперименте за два месяца это произошло только у одного образца из четырех.

Если задаться целью, можно попытаться стабилизировать сахарные люминофоры добавками, которые тормозят кристаллизацию, только целесообразность сомнительна: по сути, они - "одноразовые игрушки".

Люминофоры: сахароза, родамин и флуоресцеин / Phosphors: sucrose, rhodamine and fluorescein

Приготовил люминофоры с родамином и (в качестве контрольного образца) с уранином (натриевая соль флуоресцеина).

Приготовил растворы по 0.04 грамма красителя в 100 мл воды.

Использовал навеску 10 грамм сахара + 5 мл флуоресцентного красителя (уранин).

Включаем минимальный нагрев:

Кипение раствора спокойное, проблем в процессе не возникает. Снял с огня, когда температура достигла 145°С.

Вылил расплав на стальную пластину:

Вот такой красивый люминофор получился:

Аналогично поступил и с родамином. Взял 10 грамм сахара + 5 мл красителя.

Когда температура превысила 100°С, вода закипела, и сироп начал активно пениться. Пришлось очень осторожно то подносить к огню, то отодвигать подальше (в противном случае, либо испарение воды прекратилось, либо содержимое ложки благополучно покинуло бы её).

Чем дальше, тем сложнее было удерживать пену на допустимом уровне.

В конце концов, получился вот такой засахаренный образец...

Повторил эксперимент.

Взял прежнюю навеску (10 грамм сахара + 5 мл раствора родамина), + добавил несколько кристалликов лимонной кислоты.

Проблему пенообразования это не устранило, но стало полегче.

Зато в результате получилась очень красивая "карамелька".

На солнечном свету флуоресцирует оранжевым:

А на просвет розовая:

Сравнение сахарных люминофоров:

флуоресцеин (уранин), родамин, родамин + лимонная кислота.

А вот эти же люминофоры в ультрафиолетовом свете.

Увы, пока переносил в затемнённое помещение, флуоресцеиновый ~~леденец~~ люминофор соскользнул с подложки и разбился. Ну, ничего, для текущего эксперимента некритично.

Люминофор из родамина с лимонной кислотой самый яркий. Ураниновый практически ему не уступает (возможно, тусклее кажется только из-за своего цвета). "Засахаренный родамин" выглядит тусклее всего, но всё равно остаётся на приличном уровне.

Субъективно мне показалось, что по яркости данные люминофоры не уступают люминофорам на основе борной кислоты (но могу быть неточен, так как образцы не сравнивал).

Был ещё один эксперимент (нулевой по счёту). Пробовал сделать ураниновый люминофор без контроля температуры. По аналогии с обычной карамелью: греть, пока не испарится вся вода (не прекратится пузырение), а после разлить по формам.

Но, увы, не сработало. Оказывается, температура полного отделения воды достаточна высока, чтобы краситель разложился. Так что без термометра тут никак (на глаз определить почти невозможно).

Обнаружив ошибку на странице, выделите ее и нажмите Ctrl + Enter

Люминофоры: сахароза и родамин / Phosphors: sucrose and rhodamine

Светящийся густой сироп.

Используемые вещества:

* m(воды) = 16 г,

* m(сахара, 1) = 32 г,

* m(сахара, 2) = 46 г,

* m(сахара, 3) = 66 г;
m1 + m2 + m3 = 32 + 46 + 66 = 144 г,

* m(лимонной кислоты) = 0.24 г,

* m(р-ра эозина, 1 %) = 2.88 г.

Порядок действий:

1) Добавляем первую порцию сахара к воде и ставим на умеренный нагрев. Получается раствор, насыщенный при 20°C.

2) Добавляем вторую порцию сахара (например, при 40°C). Получается раствор, насыщенный при 100°C.

3) Как только температура раствора достигнет 100°C, добавляем третью порцию сахара. Получается 90 % раствор.

4) Когда ещё раз температура достигает 100°C, добавляем лимонную кислоту (нужно аккуратно попасть прямо в суспензию и перемешать), засекаем время - примерно 30 мин.

5) Плавно доводим температуру до 115°C и растворяем сахар. Температуру при этом следует держать от 110 до 120°C.

6) Как только раствор слегка пожелтеет (на это обычно уходит 30 мин), снимаем с плиты и аккуратно по каплям (возможно вскипание капель!) при перемешивании вводим раствор эозина. Даже если сахар к этому моменту не весь растворился.

7) Разливаем в формочку!

Объём полученного леденца - примерно 100 мл. Использовал плоскодонную колбу на 250 мл. Нельзя, чтобы расплав стал коричневым, иначе свечение будет слабым. Перемешивал сахар в колбе чаще всего качением, вращением - реже. На всё про всё времени ушло полтора часа.

Получилось найти воспроизводимую методику. Сахар поделён на 3 части лишь для удобства растворения, чтобы раствор или суспензия была всегда подвижной. Попробую найти другие красители.

Комментарии

^К1 Подозреваю, что при перегреве краситель не просто разлагается, но вступает в реакцию поликонденсации с сахаром, образуя неактивные продукты.