פתיחת התפריט הראשי

פלואורסצנציה

פְלוּאוֹרֶסְצֶנְצְיָה (או פלואורסצנטיות; באנגלית: Fluorescence; בעברית גם: פְלוּאוֹרָנוּת, זְהִירָה) היא סוג של לומינסנציה והגדרתה היא פליטה ספונטנית של אור ממולקולה הנמצאת במצב מעוֹרָר, כתוצאה מבליעת אור או קרינה אלקטרומגנטית, כאשר ברוב המקרים אורך הגל של האור הנפלט יותר גדול מאורך הגל של האור הנבלע.

בשונה מסוגים אחרים של לומינסנציה כגון פוספורסצנציה, זמני החיים של תופעה זו קצרים יחסית והם מאופיינים בסדר גודל של פמטושניות.

בדומה לפיזור רמאן, גם פלואורסצנציה היא דוגמה להיסט סטוקס אך אף כי 2 התהליכים מביאים לתוצאה זהה — פליטת אור באורך גל גדול יותר ("אדום" יותר) — ישנם 2 הבדלים בין התופעות:

  • בפלואורסצנציה אין פיזור ואנרגיית העירור נבלעת לחלוטין.
  • פיזור רמאן, בניגוד לפלואורסצנציה, אינו מוגבל לטווח תדרים/אורכי גל בבליעה ולכן אינו נחשב תופעה תהודתית.

לפלואורסצנציה יש יישומים פרקטיים רבים הכוללים: מינרלוגיה, גמולוגיה, רפואה, חיישנים כימיים (ספקטרוסקופיה פלואורסצנטית), תיוג פלואורסצנטי, צבענים, גלאים ביולוגיים, גילוי קרניים קוסמיות ונורות פלואורסצנטיות.

היסטוריהעריכה

עדות ראשונה לתופעת הפלואורסצנציה תוארה ב-1560 על ידי ברנרדינו דה סאגון בקודקס הפלורנטיני וב-1565 על ידי ניקולס מונדרס בהקשר לתרופה ששימשה כחומר משתן והופקה מעץ שכונה "עץ הכליות".[1][2][3][4] התרופה נודעה בתכונתה לשנות את הצבע של המים בהתאם לאור ולזווית פגיעתו.

בשנת 1822 תיאר רנה ז'יסט אאיאי את התופעה בפלואוריט, ב-1833 תיאר סר דייוויד ברוסטר את הפלואורסצנציה בכלורופיל וב-1845 עשה זאת סר ג'ון הרשל לגבי כינין.[5][6][7]

במאמרו על "Refrangibility" (שינוי אורך הגל) של האור, תיאר ג'ורג' גבריאל סטוקס את היכולת של גביש פלואוריט וזכוכית אורניום לשנות אור אולטרה סגול בתחום הלא נראה לאור כחול.

הוא כינה תופעה זו פלואורסצנציה:[8]

אני כמעט נוטה לצקת מטבע לשון ולקרוא לתופעה זו פלואורסצנציה על שם הפלואוריט, באנלוגיה לתופעת האופאלסצנציה ששמה נגזר משם המינרל, אופאל

המקור באנגלית

I am almost inclined to coin a word, and call the appearance fluorescence, from fluor-spar [i.e., fluorite], as the analogous term opalescence is derived from the name of a mineral.

השם נגזר מהמינרל פלואוריט (סידן דו פלואורידי - CaF2), שלעיתים מכיל עקבות של אירופיום די ולנטי (2−Eu) אשר משמש זרז פלואורסצנטי לפליטת אור כחול.

בניסוי נוסף השתמש סטוקס במנסרה כדי לבודד קרינה אולטרה סגולה מאור השמש והבחין באור כחול שנפלט מתמיסת אתנול ובכך נחשף שהכילה את הפלואורופור כינין.[9]

עקרונות פיזיקלייםעריכה

 
דיאגרמת יבלונסקי של מולקולה אורגנית. ציר ה-Y מבטא אנרגיה ביחס למצב היסוד של המולקולה, קווים מלאים מתארים מעברים קרינתיים (מלווים בליעה או פליטה של פוטון) וקווים שבורים מתארים מעברים לא קרינתיים. משמאל: מעברים בבליעה מרמת היסוד לרמות סינגלט מעוררות (כיוון שמהמעבר האלקטרוני מהיר מסידור האטומים המולקולה תהיה במצב מעורר ויברציונית מיד לאחר הערור), במרכז: מעבר מהמצב המעורר S1 לרמת היסוד (שוב, לרמות ויברציה מעוררות) המלווה בפליטת פוטון - פלואורסצנציה, מימין: דעיכה מרמת טריפלט לרמת היסוד: פוספורסצנציה

פוטוכימיהעריכה

  ערך מורחב – פוטוכימיה

פלואורסצנציה מתרחשת כאשר אלקטרון הנמצא באורביטל מולקולרי, באורביטל אטומי או בננו-מבנה, מבצע רלקסציה מרמת סינגלט מעוררת לרמת היסוד על ידי פליטת פוטון:

  • עירור:  
  • פלואורסצנציה (פליטה):  

כאשר   הוא ביטוי כללי לאנרגיית פוטון, מכפלת קבוע פלאנק  בתדירות  . התדירויות הספציפיות לעירור ולפליטה  , תלויות בסוג החומר.

  נקרא מצב היסוד של הפלואורופור (מולקולה פלואורסצנטית), ו-  היא רמת הסינגלט המעוררת הראשונה (אלקטרונית).

מולקולה ב-  יכולה לעבור רקלסקציה בכמה תהליכים שונים מתחרים:

ברוב המקרים, לאור הנפלט יש אורך גל ארוך יותר, ולכן אנרגיה נמוכה יותר, מאשר הקרינה שנספגה. תופעה זו ידועה בשם היסט סטוקס. עם זאת, כאשר הקרינה האלקטרומגנטית הנספגת חזקה, מתאפשר לאלקטרון אחד לבלוע שני פוטונים. בליעת שני פוטונים (אנ') זו יכולה להוביל לפליטת קרינה בעלת אורך גל קצר יותר מאשר הקרינה הנספגת. הקרינה הנפלטת עשויה גם להיות באותו אורך גל כמו קרינה נספגת, המכונה "קרינת תהודה".[10]

מולקולות מעוררות באמצעות בליעת אור או תהליך אחר (למשל כתוצר של תגובה) יכולות להעביר אנרגיה למולקולה "מעוררת" שנייה, אשר מומרת למצב המעורר שלה ויכולה לפלוט אור פלואורסצנטי.

דיאגרמת יבלונסקיעריכה

דיאגרמת יבלונסקי מתארת את רוב מנגנוני הרלקסציה למולקולות במצב מעורר. התרשים מראה כיצד פלואורסצנציה מתרחשת עקב רלקסציה של אלקטרונים מעוררים מסוימים של המולקולה.[11]


נצילות קוונטיתעריכה

  ערך מורחב – נצילות קוונטית

הנצילות הקוונטית הפלואורסצנטית מבטאת את היעילות של תהליך פלואורסצנטי. הנצילות מוגדרת כיחס בין מספר הפוטונים שנפלטו לבין מספר הפוטונים שנבלעו:[12][13]

 

הנצילות הקוונטית הפלואורסצנטית המקסימלית האפשרית היא 1 (100%) - במצב זה, כנגד כל פוטון שנבלע יש פוטון שנפלט. גם תרכובות עם נצילות קוונטית נמוכה של 0.1 (10%) עדיין נחשבות פלואורסצנטיות.

דרך נוספת להגדיר את הנצילות הקוונטית של הקרינה היא על ידי קצב הדעיכה של המולקולה מהרמה המעוררת לרמת היסוד:

 

כאשר   הוא קצב הרלקסציה של המולקולה על ידי פליטה ספונטנית כתוצאה מהתהליך הפלואורסצנטי לבדו ואילו  הוא סכום קצבי הרלקסציה של המולקולה כתוצאה מכל התהליכים האפשריים (מעבר לא קרינתי (חום), פוספורסנציה, אינטראקציה עם מולקולה שנייה וכו').

זמן חייםעריכה

זמן חיים פלואורסצנטי מתייחס לזמן הממוצע שבו המולקולה נשארת במצב מעורר לפני פליטת פוטון. פלואורסצנציה ניתנת לתיאור על ידי משוואת קצב קינטית מסדר ראשון:

 

כאשר  הוא ריכוז המולקולות במצב מעורר בזמן  ,  הוא ריכוז המולקולות במצב מעורר ההתחלתי (בזמן  ) ו- הוא קצב הדעיכה ההופכי לזמן החיים הפלואורסצנטי,  .

זוהי דוגמה קלאסית לדעיכה מעריכית. תהליכים קרינתיים ולא קרינתיים שונים יכולים לגרום לאי אכלוס של הרמה המעוררת ולכן קצב הדעיכה הכללי,  , הוא הסכום של קצב התהליכים הקרינתיים,   וקצב התהליכי הלא קרינתיים   :

 


עבור תרכובות פלואורסצנטיות נפוצות, טווח זמני הרלקסציה האופייניים עבור פליטת פוטון מ-UV עד אינפרא אדום, נע בין 0.5 עד 20 ננו-שניות. זמן חיים פלואורסצנטי הוא פרמטר חשוב עבור יישומים מעשיים כגון: FRET ו-FLIM (אנ').

 
פלואורופור (כרומופור של חלבון פלואורסצנטי ירוק) בעל מומנט דיפול המשתנה בהתאם למצבו האנרגטי. כיוון הדיפול הוא מהאזור השלילי במולקולה לאזור החיובי, בהתאם לאלקטרושליליות של האטומים המרכיבים את המולקולה.


אנאיזוטרופיותעריכה

  ערך מורחב – אנאיזוטרופיות

פלואורופורים נוטים יותר להיות מעוררים על ידי פוטונים אם מומנט המעבר הדיפולי של הפלואורופור מקביל לווקטור החשמלי של הפוטון.[12] גם הקיטוב של האור הנפלט תלוי במומנט המעבר. מומנט המעבר הדיפולי תלוי בכיוון הפיזי של מולקולת הפלואורופור. עבור מולקולה הנתונה בתמיסה זה אומר כי עוצמת הקיטוב של האור הנפלט תלויה בדיפוזיה סיבובית. לכן, ניתן להשתמש במדידות אנאיזוטרופיות כדי לחקור תנועה של מולקולה בסביבה מסוימת.

כמותית ניתן להגדיר אנאיזוטרופיות כך:

 

כאשר  היא העוצמה הנפלטת בכיוון המקביל לקיטוב האור המעורר ואילו  היא העוצמה נפלטת בכיוון מאונך לקיטוב האור המעורר.[14]

חוקיםעריכה

 
סכמה של חוק קאשה. פוטון עם אנרגיה  מעורר אלקטרון של רמת הבסיס, של אנרגיה  , עד לרמת אנרגיה מעוררת ( או  ) או עד לאחת מרמות המשנה הויברציוניות.
 
תרשים לאנרגיית פרנק קונדון. בורות הפוטנציאל מראים שהמעבר העדיף הוא בין v = 0 לבין v = 2.
 
מעברי הרמות בפיזור רמאן.

חוק קאשהעריכה

החוק קובע כי הנצילות הקוונטית של לומינסציה אינה תלויה באורך הגל של קרינת העירור.[15] הסיבה לתופעה נעוצה בכך שבמולקולה מעוררת בדרך כלל מתרחשת דעיכה לרמה הוירבציונית הנמוכה ביותר של רמת העירור בטרם מתרחשת פלואורסצנציה. חוק זה ניתן לניסוח באופן אחר: ספקטרום הפלואורסצנציה כמעט ואינו תלוי באורך הגל של קרינת העירור.

חוק דמות מראהעריכה

עבור פלואורופורים רבים ספקטרום הפליטה הוא דמות מראה של ספקטרום הבליעה. חוק זה קשור לעיקרון פרנק-קונדון הקובע כי מעבר בין 2 רמות אנרגיה ויברציוניות אפשרי ושכיח יותר אם פונקציות הגל של 2 הרמות מתלכדות ולכן הרמות הויברציוניות של רמת העירור דומות לרמות הויברציוניות של רמת היסוד.

היסט סטוקסעריכה

 
ייצוג סכמטי של ספקטרום הבליעה והפלואורסצנציה על פי אנרגיית פנרק קונדון הסימטריה נובעת מהצורה השווה של בורות הפוטנציאל ברמת היסוד וברמה המעוררת.

באופן כללי, לאור הנפלט בפלואורסצנציה יש אורך גל ארוך יותר ואנרגיה נמוכה יותר מהאור הנבלע. תופעה זו, הידועה בשם היסט סטוקס, נובעת מאובדן אנרגיה בין הזמן שבו הפוטון נבלע, לבין הזמן שבו הוא נפלט. הגורמים וסדר הגודל של היסט סטוקס יכולים להיות מורכבים והם תלויים בפלואורופור ובסביבתו. עם זאת, יש כמה סיבות נפוצות. לעיתים קרובות ישנה דעיכה לא קרינתית לרמה הויברציונית הנמוכה ביותר של רמת העירור. גורם נוסף הוא שהפליטה מותירה את הפלואורופור ברמה ויברציונית גבוהה יותר מרמת היסוד.

פלואורסצנציה בטבעעריכה

ביופלואורסצנציהעריכה

התופעה מוגדרת כבליעת גלים אלקטרומגנטיים בתחום האור הנראה על ידי חלבונים פלואורסצנטיים באורגניזם חי ופליטת אור באנרגיה נמוכה יותר. צבע האור הנפלט שונה מצבע האור הנבלע. האלקטרון המעורר, עולה לרמה לא יציבה. חוסר היציבות של הרמה גבוה מאוד שכן חזרת האלקטרון לרמת היסוד היציבה מתרחשת כמעט מיידית. . חזרה זו תואמת לשחרורו של עודף אנרגיה בצורה של אור פלואורסצנטי. פליטת אור זו ניתנת לצפייה רק כאשר האור הממריץ עדיין מספק אור לאורגניזם והוא בדרך כלל צהוב, ורוד, כתום, אדום, ירוק או סגול.

אין לבלבל תופעה זו עם תופעות אור דומות:

ביולומיניסנציהעריכה

  ערך מורחב – ביולומינסנציה

ייצור ופליטת אור על ידי אורגניזם חי כתוצאה מריאקציה כימית שבה אנרגיה כימית הופכת לאנרגיית אור. בניגוד לביופלואורסצנציה אין הארה חיצונית שגורמת לעירור.

ביופוספורסצנציהעריכה

תופעה בה אנרגיה ממקור אור חיצוני נקלטת על ידי חלבונים פלואורסצנטיים באורגניזם חי ומשוחררת זמן מה לאחר מכן באורך גל ארוך יותר. בניגוד לביופלואורסצנציה זמן החיים של התופעה ארוך יותר.

מכניזמים של ביופלואורסצנציהעריכה

כרומטופוריה אפידמרליתעריכה

 
דגי ים פלואורסצנטיים

תאי פיגמנט המציגים פלואורסצנציה נקראים כרומטופורים פלורוסצנטיים, והם מתפקדים באופן דומה לכרומטופורים רגילים. תאים אלה הם דנדריטים, ומכילים פיגמנטים הנקראים פלואורוזומים. פיגמנטים אלה מכילים חלבונים פלואורסצנטיים המופעלים על ידי יוני K + (אשלגן). התנועה, הצבירה והפיזור שלהם בתוך הכרומטופור הזוהר הם הגורמים לדפוס פלואורסצנטי מכוון.[16][17] כמו כרומטופורים אחרים כגון מלנופורים, גם תאי פיגמנט מכילים מלנין. מערכת העצבים נשלטת על ידי דפוס פלואורסצנטי לטווח קצר.[16] ניתן למצוא כרומטופורים פלורסנצטיים בעור (למשל בדגים) ממש מתחת לאפידרמיס.

פלואורסצנציה מימיתעריכה

מים בולעים אור באורכי גל ארוכים כך שפחות אור מאורכי הגל הללו משתקף חזרה ומגיע לעין. לכן, צבעים חמים מספקטרום האור הנראה נראים פחות תוססים בעומקים הולכים וגוברים. מים מפזרים אור באורך גל קצר יותר מעל סגול, כלומר צבעים קרירים יותר חולשים על שדה הראייה באזור הצילום. עוצמת האור פוחתת פי 10 עם כל 75 מטר של עומק, כך שבעומק של 75 מטר, עוצמת האור היא % 10 מהעוצמה על פני השטח, ואילו בעומק של 150 מטר העוצמה היא רק % 1 מהעוצמה על פני השטח. בגלל סינון זה של האור, ניתן לראות חומרים שונים בעומקים שונים. [18][19][20]

דגיםעריכה

לדגי גרם החיים במים רדודים בדרך כלל יש ראיית צבע טובה בגלל מגוריהם בסביבה צבעונית. לפיכך, בדגי מים רדודים, פלואורסצנציה אדומה, כתומה וירוקה משמשת ככל הנראה אמצעי לתקשורת.[18]

דגים רבים המציגים פלואורסצנציה, כמו כרישים, דגי לטאה, דגי עקרב, דגי נוי ודגים שטוחים, הם בעלי מסנן תוך-עיני צהוב. מסננים אלו מאפשרים לדגים לשפר את הניגודיות והדפוסים הוויזואליים שלא נראים לעין דגים וטורפים אחרים חסרי תכונה זו.[21]

אלמוגיםעריכה

פלואורסצנציה משמשת למגוון רחב של פונקציות באלמוגים. חלבונים פלואורסצנטיים באלמוגים עשויים לתרום לפוטוסינתזה על ידי המרת אורכי גל שאינם שמישים אחרת לאלה שעבורם האצות הסימביוטיות של האלמוגים מסוגלות לבצע פוטוסינתזה.[22] כמו כן, החלבונים עשויים להשתנות במספרם ע"פ מידת האור הנבלע. [39] באופן דומה, חלבונים פלואורסצנטיים אלו עשויים להיות בעלי יכולות נוגדות חמצון בכדי לחסל רדיקלי חמצן המיוצרים על ידי פוטוסינתזה.[23] במילים אחרות, באמצעות אפנון פוטוסינתזה, החלבונים הפלואורסצנטיים משמשים כאמצעי לוויסות הפעילות של סימביוני האצות הפוטוסינתטיים של האלמוגים.[24]

 
Aequorea victoria, מדוזה ביו-פלואורסצנטית הידועה כנשאית GFP

סילוניותעריכה

ל- Subulata Alloteuthis ו- Loligo vulgaris, שני סוגים של דיונון כמעט שקוף, יש כתמים פלואורסצנטיים מעל עיניהם. כתמים אלה מחזירים את האור הפוגע ומשמשים לצורכי הסוואה ותקשורת.[25]

מדוזהעריכה

דוגמא נוספת ידועה לפלואורסצנציה באוקיינוס היא ההידרה Aequorea victoria. מדוזה זו חיה באזור מול חופה המערבי של צפון אמריקה וזוהתה כנשא של חלבון פלואורסצנטי ירוק (GFP) על ידי אוסאמו שיממורה. הגן של חלבונים פלואורסצנטיים ירוקים משמעותי מבחינה מדעית במחקרים גנטיים כדי להצביע על ביטוים של גנים אחרים.[26]

חסילוניםעריכה

לכמה מינים של חסילוני גמל שלמה יש סימנים פלואורסצנטיים צהובים לאורך קשקשתם לצורכי הגנה מפני טורפים. במהלך טקסי הזדווגות, החסילון זורח באופן פעיל ופולט אורך גל שיכול להקלט אצל חסילונים אחרים.[27]

פלואורסצנציה יבשתיתעריכה

דו חייםעריכה

צפרדע העץ נקודת פולקה (אנ'), הנפוצה באמזונאס, התגלתה כדו חיים הפלואורסצנטי הראשון בשנת 2017. עור הצפרדע הוא בעל צבע ירוק בהיר עם נקודות בצבע לבן, צהוב או אדום בהיר. הפלואורסצנציה של הצפרדע התגלתה שלא במתכוון בבואנוס איירס, ארגנטינה. את הפלואורסצנצי ניתן לייחס לתרכובת חדשה שנמצאה בלימפה ובעור.[28] התרכובת הפלואורסצנטית העיקרית היא Hyloin-L1 והיא מעניקה זוהר כחול-ירוק כאשר היא נחשפת לאור סגול או על-סגול. מדענים העומדים מאחורי התגלית מציעים כי הפלואורסצנציה משמשת לצורכי תקשורת. הם גם מעריכיםכי כמאה או 200 מינים של צפרדעים עשויים להיות פלורסצנטיים.[29]

פרפריםעריכה

לפרפרי זנב הסנונית יש מערכות מורכבות לפליטת אור פלואורסצנטי. כנפיהם מכילות גבישי פיגמנט המספקים אור פלואורסצנטי בצורה ישירה: כאשר הם בולעים אור רדיומטרי מאור השמיים הכחול

(אורך גל של 420 ננומטר), הם פולטים אור פלואורסצנטי. קרינה זו משמשת לצורכי תקשורת עם פרפרים אחרים.[30]

תוכאיםעריכה

 
עקרב פלואורסצנטי

לתוכאים יש פלומת פלואורסצנטית שעשויה לשמש באיתות בתהליך זיווג . מחקר שנערך בתוכונים מצויים הראה כי זכרים ונקבות העדיפו משמעותית ציפורים עם הפיגמנט הפלואורסצנטי. ממחקר זה עולה כי הפלומה הקורנת של התוכיים אינה סתם תוצר לוואי של פיגמנטציה, אלא איתות מיני מובנה.[31]

עכבישנייםעריכה

עכבישים זורחים תחת אור UV ומכילים בתוכם מגוון עצום של פלואורופורים.[32]

גם עקרבים זורחים בגלל נוכחות של בטא קרבולין בציפורן שלהם.[33]

צמחיםעריכה

פרח הז'ילאפה של מירביליס (אנ') מכיל פיגמנטים צהובים וסגולים פלואורסצנטיים. תחת אור לבן, חלקים מהפרח המכילים רק בטא-קסנטינים נראים צהובים, אך באזורים בהם קיימים גם בטא-קסנטינים וגם בטא-ציאנינים,הפלואורסצנציה דוהה בגלל מנגנוני סינון פנימייים.[34]

הכלורופיל הוא ככל הנראה המולקולה הפלואורסצנטית הנפוצה ביותר ומייצרת פליטה אדומה תחת מנעד רחב של אורכי גל מעוררים.[35]

פלואורסצנציה אביוטיתעריכה

 
פלואורסצנציה של ארגוניט

גמולוגיה, מינרלוגיה וגאולוגיהעריכה

אבני חן, מינרלים, עשויים להיות בעלי פלואורסצנציה ייחודית או לזרוח באופן שונה תחת מקורות אור שונים כגו: אולטרה סגול קצר גל או ארוך גל, אור נראה או קרני רנטגן.

סוגים רבים של קלציט וענבר יזרחו תחת קרינת אולטרה סגול קצר גלי, אולטרה סגול ארוך גלי ואור נראה. אודם, אמרלד ויהלומים מראים פלואורסצנציה אדומה תחת אור UV ארוך-גלי, אור כחול ולעיתים אור ירוק. יהלומים גם פולטים אור תחת קרינת רנטגן.

הפלואורסצנציה במינרלים נגרמת על ידי מגוון רחב של אקטיבטורים (אנ'). במקרים מסוימים, יש להגביל את ריכוז האקטיבטור מתחת לרמה מסוימת, כדי למנוע רוויה ודיכוי של פליטת הפלואורסצנציה. יתר על כן, המינרל צריך להיות נקי מזיהומים כמו ברזל או נחושת, כדי למנוע דיכוי פלואורסצנטי.מנגן דיולנטי, בריכוזים של עד אחוזים בודדים, אחראי לפלואורסצנציה האדומה או הכתומה של קלציט, לפלואורסצנציה הירוקה של וילמיט, לפלואורסצנציה הצהובה של האספריט ולפלואורסצנציה הכתומה של וולסטוניט וקלינוהדריט. אורניום הקסולנטי,זורח בכל הריכוזים בצבע ירוק צהוב, והוא הגורם לפלואורסצנציהשל מינרלים כמו אוטוניט או אנדרסונייט. כרום טריולינטי בריכוז נמוך הוא המקור לפלואורסצנציה האדומה של אודם. אירופיום דיולנטי הוא המקור לפלואורסצנציה הכחולה, כאשר הוא נראה במינרל הפלואוריט. לנתנידים טריולינטיים כמו טרביום ודיספרוסריום הם הגורמים העיקריים לפלואורסצנציה הצהובה שמפגין המינרל פלואור, ותורמים לפלואורסצנציה הכתומה של זירקון. (סידן מוליבדאט) ו(סידן טונגסטייט) ניאון באופן מהותי בצהוב וכחול, בהתאמה. כאשר הם נמצאים יחד בתמיסה מוצקה, מועברת אנרגיה מהטונגסטן בעלת האנרגיה הגבוהה יותר למוליבדן באנרגיה נמוכה יותר, כך שרמות נמוכות למדי של מוליבדן מספקות בכדי לגרום לפליטה צהובה עבור scheelite, במקום כחול. ספלייטריט ברזל נמוך (אבץ גופרתי), פלואורסצ'ים וזרחן במגוון צבעים, המושפעים מנוכחות זיהומי עקבות שונים.

נפט גולמי (נפט) מפריח במגוון צבעים, החל משחום עמום לשמנים כבדים וטרסים ועד לצבעי צהבהב בהיר וכחלחל-לבן לשמנים קלים ועיבוי קלים מאוד. תופעה זו משמשת בקידוח חיפושי נפט לזיהוי כמויות קטנות מאוד של שמן בגזרי קידוח ובדגימות ליבה.

יישומים מבוססי פלואורסצנציהעריכה

תאורהעריכה

  ערך מורחב – נורה פלואורסצנטית
 
ציור ופלסטיק מוארים על ידי צינורות UV.
 
פירוק של מקלות זוהרים (אנ')

הנורה הפלואורסצנטית הנפוצה מבוססת על פלואורסצנציה. שפופרת או צינור הזכוכית מכיל ואקום חלקי וכמות קטנה של כספית. פריקה חשמלית בצינור גורמת לאטומי הכספית לפלוט בעיקר אור אולטרה סגול. הצינור מרופד בציפוי של חומר פלואורסצנטי, הנקרא זרחן, אשר סופג את האור האולטרה סגול ופולט מחדש אור בתחום הנראה.

התאורה הפלואורסצנטית יותר חסכונית באנרגיה בהשוואה לתאורה מבוססת אלמנטי להט. עם זאת, ספקטרום לא אחיד של תאורה פלואורסצנטית עלול לגרום לצבעים מסוימים להיראות שונה לעומת תאורת להט או תאורת יום באותו צבע. ספקטרום פליטת אדי הכספית מכיל קו אולטרה סגול קצר גל ב-254 ננומטר (המספק את רוב האנרגיה לזרחנות) וקווי אור נראה ב-436 ננומטר (כחול), 546 ננומטר (ירוק) ו-579 ננומטר (כתום-צהוב). ניתן לראות 3 קווים אלו על גבי הרצף הלבן באמצעות ספקטרוסקופ היד, עבור האור הנפלט על ידי צינורות ניאון לבן רגיל. אותם קווים נראים לעין, בתוספת פליטה של אירופיום וטרביום מהווים את ספקטרום הפליטה שעליו מבוסס עקרון הפעולה של נורה פלואורסצנטית קומפקטית.[36]

מנורות פלואורסצנטיות הוצגו לציבור לראשונה בתערוכה העולמית של ניו יורק 1939. השיפורים מאז היו בעיקר פוספורים טובים יותר, זמן חיים ארוך יותר פריקה פנימית עקבית יותר וצורות קלות יותר לשימוש (כמו מנורות פלורסנט קומפקטיות). כמה מנורות פריקה בעוצמה גבוהה (HID) מקשרות את יעילותן החשמלית הגדולה עוד יותר עם פוספורים טובים יותר לצורך ביצועי צבע טובים יותר.

 
דיודות פולטות אור מסוגים שונים

דיודות פולטות אור לבנות (LED) הפכו לזמינות באמצע שנות התשעים של המאה ה-20 כמנורות LED, בהן אור כחול נפלט מחיכוך בין מוליכים למחצה לבין זרחן הנמצא על גבי שבב זעיר . השילוב של האור הכחול שנמשך דרך הזרחן והפלואורסצנציה בין ירוק לאדום מהזרחן מייצרת פליטה של אור לבן.

מקלות זוהרים (אנ') משתמשים לעיתים בחומרים פלורסצנטיים לספיגת אור מתגובה כימילומינסצנטית (אנ') ופליטת אור בצבע אחר.[37]

כימיה אנליטיתעריכה

 
מכשיר HPLC

תהליכים אנליטיים רבים כוללים שימוש בפלואורומטר, לרוב באורך גל מעורר יחיד ואורך גל לגילוי יחיד. בגלל הרגישות שהשיטה מעניקה, ניתן למדוד ריכוזי מולקולות פלואורסצנטיות בדיוק של עד אחד חלקי טריליון. [38]

מדידת פלואורסצנציה בכמה אורכי גל נעשית על ידי מערך גלאים, כדי לאתר תרכובות מזרימת HPLC. כמו כן, ניתן לבצע ויזואליזציה של פלטות TLC (אנ') אם התרכובת או מגיב הצביעה הוא פלואורופור. הפלואורסצנציה אפקטיבית יותר כאשר יש יחס גדול יותר של אטומים ברמות אנרגיה נמוכות בהתפלגות בולצמן. אם כן, קיימת סבירות גבוהה יותר לעירור ושחרור פוטונים על ידי אטומים בעלי אנרגיה נמוכה יותר, מה שמייעל את התהליך.

ספקטרוסקופיהעריכה

בדרך כלל ההתקן של תבחין (אנ') ביולוגי פלואורסצנטי מכיל מקור אור שפולט אורכי גל שונים של אור. באופן כללי, נדרש רק אורך גל יחיד כדי לבצע אנליזה ראויה, ולכן כדי לסנן סלקטיבית את האור הוא עובר דרך מונוכרומטור עירור. בהמשך עובר אורך הגל המסוים דרך תא הדוגמה. אחרי בליעה ורה-פליטה, אורכי גל רבים מתמזגים עקב היסט סטוקס ומעברי אלקטרון. כדי להפריד ולנתח אותם, הקרינה הפלואורסצנטית מועברת דרך מונוכרומטור פליטה ונמדדת סלקטיבית בגלאי.

ביוכימיה ורפואהעריכה

 
תמונת מיקרוסקופ של פלואורסצנציה עצמית של נייר כתוצאה מתאורה על סגולה.

פלואורסצנציה במדעי החיים משמשת ככלל כדרך לא מזיקה למעקב ולניתוח מולקולות ביולוגיות באצמעות פליטה פלואורסצנטית בתדירות ספציפית שבה אין קרינת רקע מהאור המעורר למעט רכיבים בעלי פלואורסצנציה חלשה (פלואורסצנציה עצמית). למעשה, ניתן "לתייג" חלבון או מרכיב אחר עם פלואורופור חיצוני, צבען פלואורסצנטי, שיכול להיות מולקולה קטנה, חלבון או נקודה קוונטית. לתיוג מסוג זה יש שימוש בהרבה יישומים ביולוגיים.[39]


הכימות של צבען נעשה באמצעות ספקטרופלואורמטר (אנ') ומשמש ביישומים נוספים כגון:

מיקרוסקופיהעריכה

טכניקות אחרותעריכה

 
דיאגרמת פעולה של מכשיר ה-FACS (מיון תאים פלואורסצנטי) באמצעות ציטומטרית זרימה (flow cytometry).

זיהוי פליליעריכה

ניתן לבצע ויזואלזיציה של טביעות אצבע בעזרת תרכובות פלואורסצנטיות כגון נינהדרין או DFO (דיאזפלואורן). דם וחומרים אחרים מתגלים לעיתים על ידי מגיבים פלואורסצנטיים כגון פלואורסצאין. סיבים וחומרים אחרים שנבדקים בתהליך הזיהוי הפלילי, הם לפעמים פלואורסצנטיים.

בדיקות אל הרסעריכה

בדיקות חודרניות פלואורסצנטיות משמשות לגילוי שברים ופגמים נוספים על גבי שטח איבר. עקיבת צבע, באמצעות צבענים פלואורסצנטיים, משמשת למציאת דליפות של נוזל או גז במערכות אינסטלציה.

שילוטעריכה

צבעים פלורסצנטיים משמשים לעיתים קרובות בשילוט, במיוחד שלטי דרכים. בדרך כלל ניתן לזהות צבעים פלורסצנטיים בטווחים ארוכים יותר מאשר הצבעים הלא פלואורסצנטיים, כאשר הכתום הפלואורסצנטי בולט במיוחד והוא נמצא בשימוש תכוף בשלטים ותוויות בטיחות.[40]

הבהרה אופטיתעריכה

תרכובות פלואורסצנטיות משמשות לרוב בכדי לשפר את מראה הבד והנייר, וגורמות לאפקט "הלבנה". משטח לבן המטופל במבהיר אופטי יכול לפלוט אור זורח יותר מזה שמאיר עליו, ולגרום לו להיראות בהיר יותר. האור הכחול שנפלט על ידי המבהיר מפצה את הכחול שהולך ומצטמצם של החומר המטופל ומשנה את הגוון מצהוב או חום ללבן. מבהירים אופטיים מצויים בחומרי ניקוי, כביסה, נייר, קוסמטיקה, ביגוד ועוד.

ראו גםעריכה

קישורים חיצונייםעריכה

הערות שולייםעריכה

  1. ^ cuña, A. Ulises; Amat-Guerri, Francisco; Morcillo, Purificación; Liras, Marta; Rodríguez, Benjamín (2009). "Structure and Formation of the Fluorescent Compound of Lignum nephriticum" (PDF). Organic Letters. 11 (14): 3020–3023. doi:10.1021/ol901022g. PMID 19586062. Archived (PDF) from the original on 28 July 2013.
  2. ^ Safford, William Edwin (1916). "Lignum nephriticum". Annual report of the Board of Regents of the Smithsonian Institution (PDF). Washington: Government Printing Office. pp. 271–298.
  3. ^ Valeur, B.; Berberan-Santos, M. R. N. (2011). "A Brief History of Fluorescence and Phosphorescence before the Emergence of Quantum Theory". Journal of Chemical Education. 88 (6): 731–738. Bibcode:2011JChEd..88..731V. doi:10.1021/ed100182h.
  4. ^ Muyskens, M.; Ed Vitz (2006). "The Fluorescence of Lignum nephriticum: A Flash Back to the Past and a Simple Demonstration of Natural Substance Fluorescence". Journal of Chemical Education. 83 (5): 765. Bibcode:2006JChEd..83..765M. doi:10.1021/ed083p765.
  5. ^ Brewster, David (1834). "On the colours of natural bodies". Transactions of the Royal Society of Edinburgh. 12 (2): 538–545. doi:10.1017/s0080456800031203. Archived
  6. ^ Herschel, John (1845). "On the epipŏlic dispersion of light, being a supplement to a paper entitled, "On a case of superficial colour presented by a homogeneous liquid internally colourless"". Philosophical Transactions of the Royal Society of London. 135: 147–153. doi:10.1098/rstl.1845.0005. Archived
  7. ^ Herschel, John (1845). "On a case of superficial colour presented by a homogeneous liquid internally colourless". Philosophical Transactions of the Royal Society of London. 135: 143–145. doi:10.1098/rstl.1845.0004. Archived
  8. ^ Stokes, G. G. (1852). "On the Change of Refrangibility of Light". Philosophical Transactions of the Royal Society of London. 142: 463–562. doi:10.1098/rstl.1852.0022. Archived
  9. ^ Stokes (1852), pages 472–473. In a footnote on page 473, Stokes acknowledges that in 1843, Edmond Becquerel had observed that quinine acid sulfate strongly absorbs ultraviolet radiation (i.e., solar radiation beyond Fraunhofer's H band in the solar spectrum). See: Edmond Becquerel (1843) "Des effets produits sur les corps par les rayons solaires" Archived
  10. ^ Holler, F. James; Skoog, Douglas A. and Crouch, Stanley R. (2006) Principles Of Instrumental Analysis. Cengage Learning. ISBN 0495012017
  11. ^ "Animation for the Principle of Fluorescence and UV-Visible Absorbance" Archived 9 June 2013 at the Wayback Machine.. PharmaXChange.info
  12. ^ 12.0 12.1 Lakowicz, Joseph R. (1999). Principles of Fluorescence Spectroscopy. Kluwer Academic / Plenum Publishers. ISBN 978-0-387-31278-1.
  13. ^ Valeur, Bernard, Berberan-Santos, Mario (2012). Molecular Fluorescence: Principles and Applications. Wiley-VCH. ISBN 978-3-527-32837-6. p. 64
  14. ^ Valeur, Bernard, Berberan-Santos, Mario (2012). Molecular Fluorescence: Principles and Applications. Wiley-VCH. ISBN 978-3-527-32837-6. p. 186
  15. ^ IUPAC. Kasha–Vavilov rule – Compendium of Chemical Terminology, 2nd ed. (the "Gold Book") Archived 21 March 2012 at the Wayback Machine. Compiled by McNaught, A.D. and Wilkinson, A. Blackwell Scientific Publications, Oxford, 1997.
  16. ^ 16.0 16.1 Wucherer, M. F.; Michiels, N. K. (2012). "A Fluorescent Chromatophore Changes the Level of Fluorescence in a Reef Fish". PLoS ONE. 7 (6): e37913. Bibcode:2012PLoSO...737913W. doi:10.1371/journal.pone.0037913. PMC 3368913. PMID 22701587.
  17. ^ Fujii, R (2000). "The regulation of motile activity in fish chromatophores". Pigment Cell Research. 13 (5): 300–19. doi:10.1034/j.1600-0749.2000.130502.x. PMID 11041206.
  18. ^ 18.0 18.1 Sparks, J. S.; Schelly, R. C.; Smith, W. L.; Davis, M. P.; Tchernov, D.; Pieribone, V. A.; Gruber, D. F. (2014). Fontaneto, Diego (ed.). "The Covert World of Fish Biofluorescence: A Phylogenetically Widespread and Phenotypically Variable Phenomenon". PLoS ONE. 9 (1): e83259. Bibcode:2014PLoSO...983259S. doi:10.1371/journal.pone.0083259. PMC 3885428. PMID 24421880.
  19. ^ Mazel, Charles (2017). "Method for Determining the Contribution of Fluorescence to an Optical Signature, with Implications for Postulating a Visual Function". Frontiers in Marine Science. 4. doi:10.3389/fmars.2017.00266. ISSN 2296-7745.
  20. ^ Matz, M. "Fluorescence: The Secret Color of the Deep". Office of Ocean Exploration and Research, U.S. National Oceanic and Atmospheric Administration. Archived from the original on 31 October 2014.
  21. ^ Heinermann, P (10 March 2014). "Yellow intraocular filters in fishes". Experimental Biology. 43 (2): 127–147. PMID 6398222.
  22. ^ Salih, A.; Larkum, A.; Cox, G.; Kühl, M.; Hoegh-Guldberg, O., Fluorescent Pigments in Corals are Photoprotective, Nature (6814) 408, 2000, עמ' 850-3 doi: 10.1038/35048564
  23. ^ Bou-Abdallah, F.; Chasteen, N. D.; Lesser, M. P. (2006). "Quenching of superoxide radicals by green fluorescent protein". Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - General Subjects. 1760 (11): 1690–1695. doi:10.1016/j.bbagen.2006.08.014. PMC 1764454. PMID 17023114
  24. ^ Field, S. F.; Bulina, M. Y.; Kelmanson, I. V.; Bielawski, J. P.; Matz, M. V. (2006). "Adaptive Evolution of Multicolored Fluorescent Proteins in Reef-Building Corals". Journal of Molecular Evolution. 62 (3): 332–339. Bibcode:2006JMolE..62..332F. doi:10.1007/s00239-005-0129-9. PMID 16474984
  25. ^ Mäthger, L. M.; Denton, E. J, Reflective properties of iridophores and fluorescent ‘eyespots’ in the loliginid squid Alloteuthis subulata and Loligo vulgaris, The Journal of Experimental Biology 204, 2001, עמ' 2103-18
  26. ^ Tsien RY, The green fluorescent protein, Annual Review of Biochemistry 67, 1998, עמ' 509-544 doi: 10.1146/annurev.biochem.67.1.509
  27. ^ Mazel, C. H., Fluorescent Enhancement of Signaling in a Mantis Shrimp, Science, (5654) 303, 2004, עמ' 51 doi: 10.1126/science.1089803
  28. ^ Sam Wong, Luminous frog is the first known naturally fluorescent amphibian, newscientist, ‏13 במרץ 2017
  29. ^ Anthony King, Fluorescent frog first down to new molecule, chemistryworld, ‏13 במרץ 2017
  30. ^ Vukusic, P; Hooper, I, Directionally Controlled Fluorescence Emission in Butterflies, science 310, 2005, עמ' (5751): 1151 doi: 10.1126/science.1116612
  31. ^ Arnold, K. E, Fluorescent Signaling in Parrots, science 295, 2002, עמ' (5552): 92 doi: 10.1126/science.295.5552.92
  32. ^ Andrews, K; Reed, S. M.; Masta, S. E. (2007). "Spiders fluoresce variably across many taxa". Biology Letters. 3 (3): 265–7. doi:10.1098/rsbl.2007.0016. PMC 2104643. PMID 17412670.
  33. ^ Stachel, S. J.; Stockwell, S. A.; Van Vranken, D. L. (1999). "The fluorescence of scorpions and cataractogenesis". Chemistry & Biology. 6 (8): 531–539. doi:10.1016/S1074-5521(99)80085-4. PMID 10421760.
  34. ^ Iriel, A. A.; Lagorio, M. A. G. (2010). "Is the flower fluorescence relevant in biocommunication?". Naturwissenschaften. 97 (10): 915–924. Bibcode:2010NW.....97..915I. doi:10.1007/s00114-010-0709-4. PMID 20811871
  35. ^ McDonald, Maurice S. (2 June 2003). Photobiology of Higher Plants. John Wiley & Sons. ISBN 9780470855232.
  36. ^ How Fluorescent Lamps Work, HowStuffWorks, ‏2001-12-07 (באנגלית)
  37. ^ Harris, Tom (7 December 2001). "How Fluorescent Lamps Work". HowStuffWorks. Discovery Communications. Archived from the original on 6 July 2010. Retrieved 27 June 2010.
  38. ^ Rye, H. S.; Dabora, J. M.; Quesada, M. A.; Mathies, R. A.; Glazer, A. N. (1993). "Fluorometric Assay Using Dimeric Dyes for Double- and Single-Stranded DNA and RNA with Picogram Sensitivity". Analytical Biochemistry. 208 (1): 144–150. doi:10.1006/abio.1993.1020. PMID 7679561.
  39. ^ Lakowicz, Joseph R., Principles of Fluorescence Spectroscopy, Kluwer Academic / Plenum Publishers, 1999, ISBN 978-0-387-31278-1
  40. ^ Hawkins, H. Gene; Carlson, Paul John and Elmquist, Michael (2000) "Evaluation of fluorescent orange signs" Archived 4 March 2016 at the Wayback Machine, Texas Transportation Institute Report 2962-S.