چیزهایی که در تاریکی می‌درخشند چگونه نور تولید می‌کنند؟
۱۳۹۹/۰۲/۰۷
همه ما در بسیاری جاها چیزهایی را می‌بینیم که در تاریکی می‌درخشند، از موجودات زنده گرفته تا اسباب‌بازی‌های گوناگون. به‌عنوان مثال، شاید فرزند شما یک یویو، یک توپ، یک تلفن همراه و حتی پیژامایی داشته باشد که در تاریکی تابان است! این چیزها پیدا کردن او در شب را راحت می‌سازد. محصولات تابان ساخته شده را اغلب باید «شارژ کرد». شما آن‌ها را در برابر نور می‌گیرید، و سپس به محل تاریک می‌برید. آن‌ها معمولاً به مدت ۱۰ دقیقه می‌درخشند. برخی محصولات جدیدتر چند ساعت هم می‌درخشند.
طرز کار مصنوعات نور گسیل
محصولاتی که در تاریکی می‌درخشند حاوی فسفر هستند. فسفر ماده‌ای است که پس از فعال شدن نور مرئی تابش می‌کند. ما اغلب مغزها را در صفحه‌های تلویزیون یا نمایشگرهای رایانه می‌بینیم. در صفحه تلویزیون، باریکه الکترون به فسفر برخورد و آن را فعال می‌کند. در لامپ‌های فلوئورسان، نور فرابنفش فسفر را فعال می‌کند. در هر دو مورد، ما نور مرئی را مشاهده می‌کنیم. یک تلویزیون رنگی حاوی هزاران جزء تصویر از فسفرهای ریز است که رنگ‌های مختلف (سرخ، سبز و آبی) گسیل می‌کنند. در مورد لامپ‌های فلوئورسان، معمولاً مخلوطی از فسفرها مورد استفاده قرار می‌گیرند که روی هم‌رفته نوری را به‌وجود می‌آورند که به نظرمان سفید است. شیمی‌دان‌ها هزاران ماده شیمی ساخته‌اند که رفتاری شبیه فسفر دارند. در این فسفرها دارای سه ویژگی مورد نظر است:
• نوع انرژی که برای فعال شدن آن‌ها لازم است
• رنگ نور مرئی که تولید می‌کنند
• مدت زمانی که پس از فعال شدن درخشان‌اند (و به تداوم فسفر معروف است)
برای ساخت اسباب‌بازی‌های تابان، به فسفری نیاز دارید که با نور معمولی فعال شود و تداومی طولانی داشته باشد. در فسفری که دارای این ویژگی‌ها هستند سولفید روی و آلومینات استرانسیم است. آلومینات استرانسیم جدیدتر است. می‌توان آن را در اسباب‌بازی‌های پیشرفته مشاهده کرد و تداوم آن از سولفید روی بسیار بیشتر است. فسفر با پلاستیک مخلوط می‌شود و به‌صورت محصول تابان در تاریکی در می‌آید.
گاهی چیزی را مشاهده می‌کنید که در تاریکی می‌درخشد ولی نیاز به شارژ کردن ندارد. متداول‌ترین مورد استفاده از آن‌ها در عقربه‌های ساعت‌های گرانبهاست. در این مورد فسفر با عنصر پرتوزا مخلوط می‌شود، و گسیل پرتوزا مدام فسفر را فعال می‌سازد. در گذشته از عنصر پرتوزایی رادیم استفاده می‌شد، که نیمه عمر آن ۱۶۰۰ سال است.
امروز، بیشترین ساعت‌های تابان از ایزوتوپ هیدروژن موسوم به تریتیم استفاده می‌کنند (که دارای نیمه‌عمر ۱۲ سال است) یا پرومتیم، یک عنصر پرتوزای ساخت بشر با نیمه عمر حدود سه سال.
کرم شب‌تاب چطور نور تولید می‌کند؟
کرم‌های شب‌تاب در داخل بدن خود نور تولید می‌کنند. این فرایند زیست لیانی نامیده می‌شود و در بسیاری از موجودات زنده دیگر، که عمدتاً موجودات دریایی هستند نیز وجود دارد. درخشش کرم‌های شب‌تاب برای جذب کردن جفت است. آن‌ها برای انجام این کار دارای سلول‌های خاصی در شکم خود هستند که نور تولید می‌کند.
این سلول‌ها حاوی ماده شیمیایی موسوم به لوسیفرین هستند و آنزیمی به نام لوسیفراز می‌سازند. برای تولید نور لوسیفرین با اکسیژن ترکیب می‌شود تا مولکولی غیرفعال به نام اکسی لوسیفرین تولید کند. لوسیفراز واکنشی را سرعت می‌بخشد که در دو مرحله زیر صورت می‌گیرد:
۱. لوسیفرین با آدنوزین تری فسفات (ATP) موجود در سلول‌ها ترکیب می‌شود و لوسیفریل ادنیلیت و پیرو فسفات (PPi) در سطح آنزیم لوسیفراز تشکیل می‌دهد. لوسیفریل ادنیلیت به آنزیم وابسته می‌ماند.
PPi + لوسیفریل ادنیلیت → ATP + لوسیفرین
۲. لوسیفریل ادنیلیت با اکسیژن ترکیب می‌شود و اکسی لوسیفرین و آدنوزین مونو فسفات (AMP) به‌وجود می‌آورد. نور گسیل و اکسی لوسیفرین و AMP از سطح آنزیم آزاد می‌شود:
طول موج نور گسیل شده بین ۵۱۰ و ۶۷۰ نانومتر (زرد کم‌رنگ تا سبز مایل به سرخ) است. سلول‌هایی که نور تولید می‌کنند دارای بلورهای اسید اوریک هم هستند که به بازتاب نور از شکم هم کمک می‌کنند. سرانجام، اکسیژن از طریق لوله‌ای در شکم به سلول‌ها می‌رسد که نای شکمی نامیده می‌شود. نمی‌دانیم که قطع و وصل نور را سلول‌های عصبی کنترل می‌کنند یا تأمین اکسیژن.
واکنش شیمیایی لوسیفرین‌ـ لوسیفراز سال‌هاست که برای اندازه‌گیری مقدار ATP تولید شده در سلول‌ها در واکنش‌های شیمیایی مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرد. اخیراً، ژن (بخشی از رمز ژنتیکی پروتئین) آنزیم لوسیفراز جدا شده و در ژن‌های دیگر موجودات زنده قرار گرفته است تا سنتز/ یا حالت ژن‌های دیگر تعیین شود (یعنی به‌عنوان ژن گزارشگر به‌کار گرفته شده است).
۶۰۰۹
کلیدواژه (keyword):
آموزشی,فسفر,زیست لیانی,مواد پرتوزا,