Sharing Chemistry with the Community

Hóa học của màu viết dạ quang

Nếu bạn hiện đang là sinh viên hay học sinh, thì bạn sẽ không nghi ngờ gì nữa khi thường xuyên sử dụng các công cụ đánh dấu trong quá trình sửa đổi. Ngay cả khi những ngày học của bạn còn ở phía sau, bạn vẫn có thể sử dụng chúng theo thời gian. Nhưng các chất hóa học đằng sau những màu sáng của chúng là gì? Hôm nay, chúng ta sẽ xem xét về hóa học của những màu viết dạ quang (hay còn gọi là huỳnh quang) để có cái nhìn rõ hơn về vấn đề này nhé!

Tùy thuộc vào màu sắc của mực yêu cầu, mà người ta (ở đây là nhà sản xuất nhé!) sử dụng một số loại thuốc nhuộm khác nhau trong bút dạ quang. Thí dụ như là:

  1. Chất làm nổi bật màu vàng thường sử dụng thuốc nhuộm pyrene, chẳng hạn như pyranine; fluorescein cũng có thể được sử dụng.
  2. Thuốc nhuộm triphenylmethane (gọi tắt là TPM) được sử dụng để làm chất làm nổi bật màu xanh.
  3. Khi trộn TPM với một số thuốc nhuộm dựa trên pyrene để tạo ra các loại mực màu xanh lá cây.
  4. Khi trộn TPM với thuốc nhuộm rhodamine dùng làm chất làm nổi bật màu hồng để tạo ra mực tím.
  5. Cuối cùng, một hỗn hợp thuốc nhuộm coumarin và thuốc nhuộm xanthene có thể được sử dụng cho mực cam.

Đến đây thì các bạn đã biết cách người ta sử dụng các hóa chất tạo ra màu sắc dạ quang rồi đúng không nào? Nhưng làm sao mà chúng có thể tạo ra những màu sắc khác nhau như vậy ta? Để giải thích điều này, chúng ta cần nói về sự tương tác giữa ánh sáng và các cấu trúc hóa học khác nhau. Nói chung, hóa chất có được màu vì chúng hấp thụ một số bước sóng ánh sáng, nhưng không phải là các chất khác.

Các phân tử có cấu trúc liên hợp cao – tức là các phân tử với một số lượng lớn các liên kết đôi và đơn xen kẽ – có thể hấp thụ các bước sóng ánh sáng trong dải phổ nhìn thấy của quang phổ, khiến chúng xuất hiện các màu khác nhau, tùy thuộc vào bước sóng chính xác của ánh sáng hấp thụ.

Khi xem xét cấu trúc của các loại thuốc nhuộm sử dụng trong mực in thì chúng ta dễ dàng nhận ra là chúng có cấu trúc liên kết pi liên hợp, xen kẽ nhau. Nhưng điều này không thực sự giải thích sự xuất hiện huỳnh quang của chúng đâu nhá! Xét cho cùng, có rất nhiều chất hoá học có nhiều liên kết pi xen kẽ và xen kẽ nhau giống như vậy và do đó có màu sắc, nhưng ít hơn đáng kể là các chất huỳnh quang theo cách tương tự như các loại mực có độ sáng cao.

Tuy nhiên, chúng ta cũng có thể giải thích với cấu trúc hóa học và độ hấp thụ. Cũng như hấp thụ ánh sáng nhìn thấy, các cấu trúc hóa học của thuốc nhuộm được sử dụng trong các loại mực độ sáng cao, cũng hấp thụ ánh sáng cực tím của quang phổ. Khi các điện tử trong phân tử hấp thụ ánh sáng này, chúng sẽ bị “kích thích” năng lượng cao hơn.

Các electron không tồn tại trong trạng thái năng lượng cao hơn, nhưng “hồi phục” trở về trạng thái ban đầu của chúng, giải phóng năng lượng dư thừa dưới dạng ánh sáng. Hiện tượng này cũng được xem xét khi cho pháo hoa nổ nhé! Ánh sáng này thường có bước sóng dài hơn ánh sáng hấp thụ ban đầu; do đó, mặc dù ánh sáng hấp thụ ban đầu có bước sóng trong phần tia cực tím của quang phổ, khi nó phát ra, nó có thể nằm trong phần nhìn thấy được.

Những chất huỳnh quang này sau đó liên tục trải qua quá trình này, và phát ra ánh sáng nhìn thấy được nhờ hấp thụ tia cực tím. Điều này không quá đáng chú ý trong ánh sáng ban ngày bình thường, nhưng dưới ánh sáng tia cực tím, nó được phát hiện đặc biệt, và cho mực xuất hiện huỳnh quang cao.

Để thí dụ cho điều này, chúng ta làm một thí nghiệm nhỏ như sau: dùng một cây viết màu vàng bình thường và một cây viết có chứa chất dạ quang màu vàng trộn với mực. Sau đó, bạn vẽ bằng cả hai cây viết trên giấy trắng thông thường.

Khi ánh sáng nhìn thấy được và ánh sáng cực tím tỏa sáng trên giấy, chẳng hạn như từ ánh nắng mặt trời hoặc từ bóng đèn bình thường, mực đánh dấu huỳnh quang sẽ sáng hơn ở phần ánh sáng nhìn thấy của quang phổ so với mực bình thường. Hơn nữa, mực huỳnh quang sáng hơn trong phổ nhìn thấy hơn là có thể được tính bởi ánh sáng nhìn thấy ban đầu hiện nay.

Vì lý do này, các vật thể huỳnh quang dưới ánh sáng đầy đủ xuất hiện một cách không tự nhiên. Ảnh hưởng của mực có độ sáng cao xuất hiện sáng tự nhiên dưới ánh sáng bình thường và ảnh hưởng của mực đánh dấu phát sáng khi chiếu sáng bởi ánh sáng cực tím trong phòng tối là cùng một hiệu ứng chính xác như huỳnh quang. Hóa chất huỳnh quang cũng đôi khi được thêm vào giấy, bảng treo, sơn, và quần áo để làm cho chúng xuất hiện một cách không tự nhiên.

Cuối cùng, mặc dù thuốc nhuộm là thành phần quan trọng, nó chỉ chiếm không quá 5% mực. Phần lớn các mực còn lại là sự kết hợp giữa dung môi glycol và nước. Ngoài ra, nó cũng có thể chứa một  số chất diệt khuẩn để ngăn ngừa sự phát triển của vi khuẩn hoặc nấm trong mực.

Bây giờ thì các bạn đã hiểu về màu sắc dạ quang của viết và cách chúng hoạt động ra sao rồi đúng không nào. Nếu lần sau có ai hỏi thì mạnh dạn “chém gió” nhé!

Tham khảo Compound Interest và wtamu.edu.

Leave a Reply