熒光尿中的色彩起源

我們曾經講述過許多個顏色的故事，這些故事的終點都是合成色素問世——這就引出了一個重要而總被忽略的問題：這些有機物的顏色從哪來？

我們需要知道一切色彩都是光的把戲，唯一不同的就只是誰來變這個魔術——於是就從一泡奇妙的熒光尿開始，我們一起來談談有機物的色彩起源吧！

以下為視頻文字稿：

腎臟負責過濾循環系統中的廢物，當你吃下奇怪的東西，尿出奇怪的尿也並不奇怪——比如吃下過量的維生素B2，或者叫核黃素，就能尿出一種奇妙的熒光尿：看上去黃極了，再用紫外光一照，就會顯出明艷的黃綠色。

不過不必擔心，核黃素是一種相當安全的維生素，極少出現中毒癥狀，只是偶爾有過量攝入堵塞腎臟的病例——倒是這種奇特的熒光現象很值得討論。

提起熒光，我們總會想起熒光棒。

熒光棒在外層的塑料管內填充有草酸苯酯，在內層硬脆塑料管內填充雙氧水，當彎曲熒光棒的時候，雙氧水就會氧化草酸苯酯，生成兩份苯酚，和一份「二氧雜環丁二酮」——而二氧雜環丁二酮實際上是一種不穩定的過氧化物，它會很快分解成兩分子二氧化碳，期間釋放出的能量就轉移給了熒光棒中的染料，染料也因此進入了不穩定的激發態，立刻以可見光的形式將這些能量釋放出來——就是我們看到的發光現象了。

所以熒光棒究竟要發出什麼顏色的光，就取決於我們使用了何種染料：

9,10-二苯(基)蒽 (DPA)，發藍色光

9,10-雙(苯乙炔基)蒽 (BPEA)，發綠色光

1- 氯-9,10-雙(苯乙炔基)蒽，發黃綠色光

1,8-二氯-9,10-雙(苯乙炔基)蒽，發黃色光

5,12-雙(苯乙炔基)芘，發橙色光

紅螢烯，發橙紅色光

羅丹明B，發紅色光

不難發現，這些會發光的染料在結構中都有許多苯環，還有交替的不飽和鍵——這些結構就是各種顏色的關鍵。

我們已經知道，某種物質能夠顯出某種顏色，乃是因為這種物質能夠吸收特定波長的可見光——但這只是一種宏觀上的經典描述：在微觀的量子視角下，光子是一個不可分割的能量包，而物質的電子只能處於有限幾個不同能量的軌道上，那麼當且僅當光子的能量剛好足夠電子躍遷到下一個軌道上，才會被電子吸收。

在大多數物質中，外層電子都需要很高的能量才會躍遷，可見光顯得太弱不被吸收，因此毫無偏差地統統反射回來——無色相的黑白灰就這樣產生了，它們看起來毫無生機。

然而生命活動製造的各種不飽和有機物就大不一樣了：碳元素可以形成芳香環或者交替的不飽和鍵，電子將會因此產生新的運動方式——稍具體地說，就是這些成鍵的電子不再明確區分彼此的軌道，而在一個更大的尺度上到處流竄——這被稱為共軛。

在共軛結構中，電子躍遷需要的能量可以大幅降低，物質因此有機會特徵吸收某些可見光，也就有了獨特的顏色。

而對於熒光棒里的感光劑來說，這個問題就剛好倒過來：這些高度共軛的結構使這些物質可以通過低能量的光子釋放多餘的能量，而這些低能量的光子就包括了各種波長的可見光。

但嚴格地說，「熒光棒」發出的不是熒光，而是化學發光，此外包括各種生物光以及法醫鑒定中客串的魯米諾，也都是化學發光——即化學反應提供了這些多餘的能量。

真正的熒光，是由光照提供這些多餘的能量，也就是說，熒光是光照下發出的光——除了維生素B2過量尿出來的尿，最典型的就是照明用的日光燈：電壓激發了氬氣中的汞蒸氣，發出強烈的紫外線，而後紫外線激發管壁上塗抹的磷質熒光漆，發出明亮的白光來。

另一種常見的熒光現象，是水族箱里的珊瑚：珊瑚富含熒光蛋白，可以被高能的光子激發而釋放藍綠色的可見光，這就是為什麼海景水族箱總是安裝藍紫色的燈，因為只有在這樣的光照下，珊瑚們才會顯得格外嬌艷可愛。

而水母中的綠熒光蛋白基因可以很方便地導入其它生物的細胞中，使這些細胞也能發出熒光，由此方便地觀察各種複雜的細胞生物學和分子生物學現象——2008年日本下村脩、美國的馬丁·查爾菲和錢永健就是因為這一技術榮獲諾貝爾化學獎。

最後，熒光劑也常常添加在日化用品中，利用紫外線照射下的藍光平衡洗護對象的黃色，使其看上去更白。在合乎行業標準的情況下，這當然是安全的。熒光劑發熒光，但發熒光的不一定是熒光劑——母乳因為富含維生素，照樣也會發熒光。