隨著物質生活水平的不斷提升,人們越來越追求美。俗話說「一白遮三丑」,為了滿足大家對美的追求,科學家紛紛研發出各種螢光增白劑,供商家添加到商品中。洗衣粉中的增白劑能使洗後的衣服更鮮亮,書本紙張添加增白劑可以看起來更潔白,就連女人們的化妝品里也添加了增白劑以營造使用後的「美白」效果。
一張據說是添加了超量螢光增白劑的化妝面膜
隨著螢光增白劑的廣泛使用,有些人越來越擔心起自己的健康問題。因為一些輿論說這東西有毒,對身體健康有害,甚至可能會「致癌」!於是大家又紛紛「回歸自然」,去選擇那些沒有添加螢光增白劑的產品,以致於有些聲稱「不添加增白劑」的產品大賣,又賺了個盆滿缽滿。
「本色紙」重新流行起來
螢光增白劑到底是什麼?它為什麼能「增白」?螢光究竟是什麼光?它又是如何產生的?我們今天就來好好聊聊,為你揭開謎底,解除疑慮。
什麼是螢光?
螢光是自然界廣泛存在的一種現象,它不同於反射光,而是物質的一種發光形式。螢光是指電磁輻射被物質吸收再發射出光,在大多數情況下,物質發射的光比它吸收的輻射波長更長,因此能量更低。比如說,光線中的紫外線波長比可見光更短、能量也更高,但人眼看不見,而螢光物質在被紫外線照射時,它發出的螢光因為波長更長,變成了可見光。
許多天然礦物質都能在紫外光下發出可見光
不只是礦物質能發出螢光,自然界中的許多細菌、動植物,甚至我們人類也能發出螢光,不同的只在於輻射強度的高低。例如:枯草芽孢桿菌(奶油色至棕色),紫色色桿菌(紫羅蘭色),藤黃微球菌(黃色),微球菌(粉紅色),奇異變形桿菌、銅綠假單胞菌(棕色) ,螢光假單胞菌(天然藍綠色螢光),粘質沙雷氏菌(粉紅色或橙色),金黃色葡萄球菌(黃色),釀酒酵母(黃白色),黃麴黴(黃綠色),赭麴黴(黃色),出芽短梗霉(黑色),白色念珠菌(白色淺黃色),假絲酵母、念珠菌屬(白色)。2008年諾貝爾化學獎獲得者、生物化學家Roger Tsien和他的實驗室的科學家根據不同的生物螢光蛋白可以發出不同顏色螢光的原理,用上述的一些細菌為「顏料」在瓊脂上畫了下面這幅「螢光畫」,你在白天看不見它,但只要將其放在紫外燈下,就可以看見椰樹、大海和太陽。
科學家用不同細菌畫的「螢光畫」
大海里的許多珊瑚和魚類也能在藍光照射下發出不同顏色的螢光,這些螢光通常用於同一物種成員之間的私下交流,其它的掠食性魚類很可能看不見它們。藍光會被水散射,長波光更容易被吸收,許多掠食性魚類對這些波長的光幾乎沒有敏感性,因此發出紅、橙、黃和綠色等波長光的魚可以更好地隱藏自己。綠色是生物螢光光譜中最常見的顏色,紅色最罕見。
許多深海魚類可以發出螢光
除細菌和深海魚蝦外,一些陸地生物如蝴蝶等昆蟲、蜘蛛蠍子等節肢動物、兩棲的蛙類、鸚鵡等鳥類,也能夠在一定光線的照射上發出螢光。植物的葉綠素可以在紫外線下發出微弱的紅色螢光,還有許多植物通過花的螢光來吸引授粉者光顧。
動植物能發出螢光主要因為螢光蛋白髮揮功能。可能因為偽裝是螢光的最常見用途之一,通常依賴於偽裝的物種往往表現出最大的螢光多樣性。另外,生物螢光可以在溝通、交配、誘餌、紫外線防護和抗氧化、光致變形等方面發揮著重要作用。
一隻蠍子因其角質層中存在β咔啉蛋白而發出螢光
螢光的產生
螢光是被輻射物質粒子由激發態回到基態時對外輻射的光。我們知道當玻璃、水、空氣分子或其它透明物質在受到光子照射時,它們的電子也會被激發到更高能級,並且在電子從高能級向基態躍遷回來時會向外輻射同樣的光子。但螢光材料的分子卻不是這樣,它們的電子從激發態回到基態的過程中,有一部分受輻射的能量被轉化成了熱能,因此它向外釋放的光子比之前接收到的耦合光子能量更低,這意味著它釋放的光子波長更長。
螢光激發時光子能量變化
這裡的hν為光子能量的通用術語,其中h=普朗克常數,ν=光頻率。激發光和發射光的特定頻率取決於特定系統,S₀為螢光分子的基態,S₁是其第一個電子激發單線態。同時,heat是部分能量被螢光分子的振動轉化為了熱能消耗,因此理論上hνem 於是我們看到它發出的光與照射到它上面的光不一樣了:當受到波長更短、能量更高的紫外線照射時,螢光材料會發熱,同時向外發出波長更長、能量較低的光,這些光可以被我們的肉眼看見。同樣地,某些螢光物質可以吸收藍色可見光而發出綠色、橙色甚至是紅光。 不同螢光材料在紫外光下的反應 請注意,並非所有的物質在受光照射時都必然發生斯托克斯位移,有許多材料是非螢光材料,它們的電子在從激發態回到基態時會釋放幾乎一樣的光子。而對於有的材料,比如摻雜了氧化釓的硫化釔是一種常見的工業反斯托克斯顏料,它會吸收近紅外光譜的光,在可見光區發射。光子上轉換是另一個反斯托克斯過程,在這個過程中它會因為晶格中熱聲子的耗散而冷卻。 我們已經知道自然界中有許多化合物可以產生螢光,它不僅包括眾多的無機化合物和礦物質,也包括一些有機化合物和蛋白質。螢光產生的過程被稱為光致發光過程。 光致發光過程 早期最廣泛的螢光應用當屬日光燈的發明,它利用電激發真空燈管中的汞蒸氣發射紫外光,紫外線被塗在燈管內壁的螢光粉吸收後發出可見光。由於老式日光燈發出的光只是接近於白色,它的光譜不連續,所以在這種燈光下人的臉色會顯得很難看。隨著螢光粉材料技術的不斷改進,現在的日光燈已經大幅改善了這個問題。 今天的發光二極體(LED)同樣也是通過半導體發出的藍色光轟擊沉積在微晶片上的磷光體。繼續通過磷光體的藍色、綠色和紅色螢光的組合,最後產生白光的淨髮射。 一些螢光藝術品在紫外燈下照亮 除了用於照明,螢光材料還廣泛用於分析化學、光譜分析、生物化學、醫學成像、法醫取證、工業非破壞性測試、道路交通標誌標牌和螢光增白等許多領域。 螢光素鈉是螢光素的鈉鹽,它被廣泛用作眼科的診斷,其中局部螢光素用於診斷角膜擦傷、角膜潰瘍和皰疹性角膜感染。靜脈注射或口服螢光素可以進行螢光素血管造影,用於診斷和區分血管疾病,包括視網膜疾病黃斑變性、糖尿病性視網膜病、炎性眼內疾病和眼內腫瘤。同時它在腦腫瘤手術中也越來越多地被使用。 螢光素滴眼液經常用於眼科檢查 螢光增白不同於漂白,它實際上是利用光化學化合物,吸收自然光線中的紫色光和一部分紫外線(波長通常在340-370nm,我們眼睛對這些光不敏感),並將其轉化為藍色可見光(波長為420-470nm)發出來,這部分藍色光會彌補物品表面藍色光的反射的不足,使物品本身的黃色光線看起來沒那麼顯眼,從而造成「美白」效果。 簡單地說就是在洗衣粉里添加螢光劑,把一些我們看不見的光線變成了藍色光,藍色的反光「中和」了衣服的黃色,使衣服顯得更白一些,從而更討喜。那些添加在其它用品里的螢光增白劑也是同樣的道理。 螢光增白劑通常是人工合成的一些化學物質,它的主要成分是二苯乙烯。比如4,4'-二氨基-2,2'-芪二磺酸,它就是一種流行的螢光增白劑。 4,4'-二氨基-2,2'-芪二磺酸 商業上有90多種螢光增白劑,常用的通常也就只有幾種。由於螢光增白劑是作為生活日用品的添加劑,它的添加量受到嚴格的標準限制,並且在安全性上已經經過長時期的檢驗。一般來說只要按標準進行添加,並不會對人體健康造成影響。有少數人會對螢光劑產生皮膚敏感,只要停止接觸,敏感現象就會自然消除。 其實在很多情況下,螢光增白劑不是添得越多越好,過量添加會導致「綠化效果」,看起來「扎眼」,這並不是廠商想要的效果。 有的洗衣液在紫外燈照射下會發出螢光 目前沒有證據證明現有的螢光增白劑會對人體產生毒害作用,也沒有實際案例顯示某人因使用了含螢光增白劑的產品而致癌。「拋開劑量談毒性都是耍流氓」,只要是符合相關標準添加螢光增白劑的產品,我們大可以放心使用,不購買那些假冒產品就沒問題。 如果你實在對添加了螢光劑的產品不放心,可以選擇那些沒有添加的產品,目前市場上的選項很多。 螢光是一種發光現象,它通常是螢光物質吸收高能量光線,再對外發射低能量光線的現象。我們人眼對紫色及紫外線不敏感,當螢光物質將短波長的紫外線轉化為可見光發射時,我們便看到了螢光。 自然界許多物質都能發射螢光,包括:不含鐵和銅元素的礦物、各種細菌、動植物和一些人工合成的化合物。 矽鋅礦和方解石在紫外線下顯示出絢麗的色彩 包括螢光素在內的許多螢光物質得到廣泛應用,有一些已經被證明其對人體是安全的。 螢光增白劑利用了螢光物質將不可見紫外光轉化為肉眼可見藍色光,以抵消物品黃色反光的影響,使物品顯得更白。目前沒有證據證明合格商品中添加的螢光增白劑有毒,所以我們可以放心使用。螢光的應用
螢光增白的原理
螢光增白劑是否有害?
總結: