蓄光物質を市販品で合成してみた！│ヘルドクターくられの１万円実験室

科学を愛する読者のみなさま、ごきげんよう。くられです。

使える予算は1万円以内。「高価な実験機器は使えない」という制約のなかで知恵と工夫を凝らして実行可能なおもしろ実験を紹介する本企画。

第16回目のお題は「蓄光物質の合成」です。今回も、私が主宰する秘密結社「薬理凶室」のメンバーであり化学に造詣の深いレイユール氏の協力のもと、お届けします。それではお楽しみください！

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皆さんこんにちは。レイユールです。
今回は、光を貯めることのできる特殊素材である「蓄光物質」を市販品のみで合成してみましょう。

蓄光物質とは？

蓄光物質とはその名の通り「光を蓄積」する特殊な物質です。通常の物質であれば暗室の中で光を当ててもその光を蓄積することはなく、光が消えてしまえば真っ暗です。しかし、蓄光物質は光を吸収し、化学的なエネルギーに変換します。このエネルギーを再び光として再放出することで、光を溜め込んでいるかのように暗闇で光って見えるわけです。身近な例では、非常口の表示やアウトドア用品として販売されている蛍光ストラップなどがあります。これらは日光や室内の照明の光を吸収し、停電などの時も自身が発光して場所を示してくれます。

蓄光物質と蛍光物質

蓄光物質とよく間違えられるものに「蛍光物質」というものがあります。これは、紫外線など目には見えない光を可視光（目で見ることのできる光）に変換するものです。したがって、蛍光物質は紫外線の供給が止まってしまえば自身が光ることはありません。

蓄光物質の合成法

蓄光物質は、一般的には炭素を含まない無機化合物（炭酸として炭素を含む場合もある）が使われています。しかし、これら無機系の蓄光物質は原料が特殊で、さらに1,000℃以上という高温の環境が必要になります。

それに対し、有機系蓄光物質は無機系蓄光物質に比べ蓄光能力が弱いなどの弱点はあるものの、合成が容易で材料も安価な場合が多いです。今回は、市販品を原料としてこの有機系蓄光物質の合成を目指します。

蓄光物質を合成する

では、いよいよ蓄光物質を合成してみましょう。
※火を使う作業があるので、やけどに十分注意してください。

1.試験管に酒石酸0.5gをとる

2.フルオレセインナトリウムを少量（耳かき１杯程度）入れる

3.遠火で熱して溶かす

4.冷えて固まるまで待つ

以上の工程で黄色い飴状の物質ができたはずです。これを暗室内（できるだけ暗くしてください）で懐中電灯などで照らします。ライトの電源を切ると残光があるのが確認できます。残光が短い場合には冷凍庫で冷やしてみましょう。温度が低いほど残光が長く持続します。

フルオレセインナトリウム（別名ウラニン、黄202）は入浴剤などの着色に使用される合成色素で、蛍光物質の一種です。蛍光物質を使用するのは化学的に蓄えたエネルギーを再び光に変換するためです。

蛍光ペンインクでも代用できるか

今回合成した蓄光物質は、蛍光物質を有機酸と共に溶かした飴のような非結晶体です。蛍光物質にはフルオレセインナトリウムを使いましたが、それ以外でも蓄光する物質が合成できるのでしょうか。

身近な蛍光物質として知られる蛍光ペンインクから蛍光物質を抽出して代用してみると…

蓄光の原理

この有機系蓄光物質の蓄光メカニズムは明記された論文が見つからず、はっきりとしたことは分かっていませんが、類似のケースから推測すると、蛍光物質が光を受けてエネルギーを取り込み「励起状態」という不安定な状態になります。通常であればこれはすぐさまエネルギーを光として放出し元の「基底状態」に戻ります。これは一般的な蛍光のメカニズムですが、蛍光物質を有機化合物で飴状にすることで安定化され、励起状態からすぐに基底状態に戻るのではなく、中間に「準安定状態」を経由するため、吸収したエネルギーをゆっくりと放出することで残光が発生するのではないかと予想します。

実験にかかった費用

・試験管　1,000円程度
・酒石酸　1,000円程度
・フルオレセインナトリウム　4,000円程度

フルオレセインナトリウムは別名「ウラニン」や「黄202」と呼ばれています。インターネットで「黄202 販売」などで検索すると5g程度で販売しているサイトを見つけることができます。

非常に染色力が強いので、こぼしたりすると衣類や室内が汚れる恐れがあります。古新聞などの上で手袋をして扱いましょう。

掲載写真,図全てレイユール氏提供

	レイユール 薬理凶室怪人。専門は有機合成化学。薬理凶室では化学分野を担当している。 薬理凶室のYouTubeチャンネルでは、化学実験をコミカルな動画で紹介する「ガチ実験シリーズ」を不定期更新している。

薬理凶室YouTubeチャンネル：https://www.youtube.com/channel/UC_sxCGl2slqyAj9i26KLKuA