グロースティック
  1. プラスチックケースが内部の液体を覆います。
  2. ガラスカプセルが溶液を覆います。
  3. シュウ酸ジフェニルと蛍光染料の溶液
  4. 過酸化水素水
  5. ガラスカプセルが壊れて溶液が混ざると、グロースティックが光ります。
ブレスレットとして使用するためのさまざまな色のグロースティック

グロースティック（英：Grow stick）は、ライトスティック、ケムライト、ライトワンド、ライトロッド、レイブライトとも呼ばれ、自己完結型の短期光源です。半透明のプラスチックチューブの中に、分離した物質が混ざり合うことで化学発光を起こし、光を発します。[ 1 ]このライトは消すことができず、一度しか使用できません。使用済みのチューブは廃棄してください。グロースティックは、イベント、キャンプ、野外活動、コンサートなどのレクリエーションでよく使用されます。また、停電時や軍事、緊急サービスなどの照明としても使用されます。産業用途としては、海洋、輸送、鉱業などがあります。

歴史

ビス（2,4,5-トリクロロ-6-（ペンチルオキシカルボニル）フェニル）オキサレート（商標名「サイアルム」）は、1971年にアメリカンシアナミド社のマイケル・M・ラウハット氏[ 2 ]によって、ベル研究所のエドウィン・A・チャンドロス氏とデビッド・アイバ・シニア氏[ 3 ]の研究に基づいて発明されました。[ 4 ]

化学発光に関する他の初期の研究は、チャイナレイク海軍兵器センターのハーバート・リヒターの指導下にある研究者によって同時期に行われていた。[ 5 ] [ 6 ]

1973年から1974年にかけて、グロースティック型装置に関する米国特許がいくつか交付された。 [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ]その後の1976年の特許[ 10 ]では、第2の物質に懸濁した単一のガラスアンプルが推奨されており、これを破壊して混ぜ合わせると化学発光する。設計には信号装置用のスタンドも含まれており、走行中の車両から投げて道路上に直立させることができる。このアイデアは、従来の緊急用道路脇照明弾に代わるもので、火災の危険がなく、展開が簡単で安全であり、通過する車両にぶつかっても無効にならないため、より優れているというものだ。第2の物質で満たされたプラスチックチューブの中に単一のガラスアンプルがあり、曲げるとガラスが割れ、振って物質を混ぜるというこの設計は、今日販売されている典型的なグロースティックに最も近いものである。

1980年代初頭、グロースティックの大部分はカリフォルニア州ノバトのオムニグロー社によって生産されていました。オムニグロー社は1994年にアメリカンシアナミッド社のケミカルライト部門のレバレッジド・バイアウトを完了し、2014年に倒産するまで世界的なグロースティックの大手サプライヤーとなりました。今日見られるグロースティックのほとんどは中国製です。[ 11 ]

化学発光グロースティックの分解、左から右へ：(1) オリジナルの無傷のライトスティック、(2) 開封したグロースティック。メスシリンダーに過酸化水素混合物を注ぎ、蛍光体のガラスアンプルを取り除いた状態。(3) 3 つすべてを UV 照明下で観察すると、蛍光体蛍光とプラスチック容器蛍光が見られる。(4) メスシリンダー内の混合物質の化学発光。(5) 混合物を元のプラスチック容器に戻すと、わずかに異なる（よりオレンジ色が強い）色の発光が見られる。

用途

グロースティックは防水性があり、電池を使わず、酸素を消費せず、熱を全く発生しないかごくわずかしか発生せず、火花や炎も出さず、水中のような高圧にも耐え、安価で、使い捨ても可能です。そのため、軍隊、キャンパー、洞窟探検家、レジャーダイバーにとって、光源やライトマーカーとして最適です。[ 12 ]

エンターテインメント

パーティーの装飾

グロースティックとは、ダンスで光る棒を使うこと[ 13 ] （グローポイやヲタ芸など）。パーティー（特にレイブ）、コンサート、ダンスクラブでのエンターテイメントとしてよく使われる。マーチングバンドの指揮者が夜のパフォーマンスに使うほか、世界中のフェスティバルや祝賀会でも使われている。グロースティックはおもちゃとして、夜間に運転者に警告を発したり、親が子供の位置を確認できるように発光する目印としてなど、さまざまな機能がある。風船に載せて光らせる効果もある。また、低照度下での写真や映画の特殊効果にもグロースティックが使われる。[ 14 ]

ギネスブックによると、世界最大のグロースティックは高さ150メートル（492フィート2インチ）で割れたとのことです。これはウィスコンシン大学ホワイトウォーター校の化学部が、ウィスコンシン州ホワイトウォーターにある同校の創立150周年を記念して製作したもので、2018年9月9日に割れました。[ 15 ]

レクリエーションとサバイバル

グロースティックはアウトドアレクリエーションに使用され、夜間のマーキングによく使用されます。スキューバダイバーは、ナイトダイビング中に潜水規格のグロースティックを使用して自身の位置をマーキングします。これは、明るいダイビングライトが点灯している間は見えない発光海洋生物を視認できるようにするためです。グロースティックは、バックパック、テントペグ、そして一晩のキャンプ旅行のジャケットなどに使用されます。また、サバイバルキットへの追加装備として推奨されることもよくあります。

業界

グロースティックには特定の産業用途があり、電気照明やLEDが適さない状況での光源としてよく使用されます。例えば、鉱業では、ガス漏れ発生時の緊急避難にグロースティックが必須です。このような場合に電気光源を使用すると、意図しない爆発を引き起こす可能性があります。グロースティックに使用されている光の種類である化学発光は「冷光」であり、電気を使用しないため、ガス漏れによる発火を引き起こすことはありません。

グロースティックは海洋産業でも世界中で使用されており、延縄漁業、娯楽漁業、商業漁業の釣りルアーとして、また個人の安全のためによく使用されています。

軍隊

グロースティックはもともと米軍によって発明され、[ 16 ]陸海を問わない軍事作戦に不可欠なもので、ケミライトと呼ばれることが多い。グロースティックは警察の戦術部隊でも夜間作戦や暗所での接近戦の光源として使われている。また、警備区域や重要物をマークするためにも使われる。身に着けると夜間作戦中に味方兵士を識別するのに使用できる。[ 17 ]捜索救助活動では、落水者救助のシナリオでグロースティックは海上で行方不明になった人の最後の既知の位置まで光る軌跡を作るのによく使われる。

緊急サービス

グロースティックは、軍事用途と同様に、警察、消防、救急医療サービスで光源として使用されています。緊急救助隊は、夜間に照明器具を利用できない人々の位置を特定するために、グロースティックを配布することがよくあります。また、旅客船や商業船の救命胴衣や救命ボートにもグロースティックが取り付けられ、夜間の視認性を確保することもあります。

グロースティックは、暗い場所での基本的な照明を提供し、識別を容易にするために、緊急キットに含まれることがよくあります。建物、公共交通機関の車両、地下鉄駅の緊急照明キットに含まれています。

手術

グロースティックは、2種類の化学物質を混合すると発光します。2種類の化学物質の反応は、通常サリチル酸ナトリウムなどの塩基によって触媒されます。[ 18 ]グロースティックは、柔軟性のある外側の容器の中に、小さくて脆い容器が入っています。それぞれの容器には異なる溶液が入っています。外側の容器を曲げると、内側の容器が破れ、2つの溶液が混ざり合って必要な化学反応が起こります。破れた後、チューブを振って成分をよく混ぜます。

グロースティックには、塩基触媒と適切な染料（光増感剤または蛍光体）の2つの化学物質が含まれています。これにより、発熱反応が発生します。プラスチックチューブ内の化学物質は、染料、塩基触媒、およびジフェニルオキサレートの混合物です。ガラスバイアル内の化学物質は過酸化水素です。過酸化物をフェニルオキサレートエステルと混合すると、化学反応が起こり、2モルのフェノールと1モルのペルオキシ酸エステル（1,2-ジオキセタンジオン）が生成されます。[ 19 ]ペルオキシ酸は自然に二酸化炭素に分解し、染料を励起するエネルギーを放出します。その後、染料は光子を放出して緩和します。光子の波長（放出される光の色）は、染料の構造によって異なります。反応では、ほとんど熱を伴わずに、主に光としてエネルギーが放出されます。[ 18 ]その理由は、1,2-ジオキセタンジオンの逆[2 + 2]光環化付加は禁制遷移（ウッドワード・ホフマン則に違反する）であり、通常の熱機構では進行できないためである。

シュウ酸ジフェニルの酸化（上）、1,2-ジオキセタンジオンの分解（中）、染料の緩和（下）

2 種類の化学物質と塩基の濃度を調整することで、製造業者は、短時間は明るく、長時間は暗く光るグロースティックを製造できます。また、反応の温度依存性を補正することで、グロースティックは高温または低温の気候でも満足のいく性能を発揮できます。最大濃度（通常は実験室環境でのみ見られる）では、化学物質を混合すると激しい反応が起こり、わずか数秒間、大量の光が生成されます。大量のサリチル酸ナトリウムまたは他の塩基を加えることで、同じ効果を得ることができます。グロースティックを加熱すると、反応が速くなり、グロースティックは短時間、より明るく光ります。グロースティックを冷却すると、反応がわずかに遅くなり、持続時間は長くなりますが、光は暗くなります。これは、点灯中のグロースティックを冷蔵または冷凍することで実証できます。再び温まると、再び光ります。グロースティックに使用されている染料は、通常、紫外線にさらされると蛍光を発するため、使用済みのグロースティックでもブラックライトの下では光ることがあります。

発光直後は光強度が高く、その後指数関数的に減衰します。この初期の高出力は、発光前にグロースティックを冷蔵することで安定させることができます。[ 20 ]

オレンジ色のグロースティックから除去された混合蛍光体と過酸化物の化学発光スペクトル（緑線）、ガラスアンプル（混合前）内の液体蛍光体のみをブラックライト下で蛍光（黄橙線）、オレンジ色のグロースティックのプラスチック製外装容器のブラックライト下での蛍光（赤線）、そして再組み立てされた化学発光グロースティック（発光液を元のオレンジ色のプラスチック容器に戻したもの）のスペクトル（濃いオレンジ線）。このグラフは、オレンジ色のグロースティック（上記のグロースティック分解画像に写っているものと同一）からのオレンジ色の光は、緑がかった黄色の光を発する化学発光液がオレンジ色のプラスチック容器内で部分的に蛍光を誘発し（そしてフィルター処理され）、生成されていることを示しています。

2 種類の蛍光体を組み合わせて使用​​することもできます。1 つは溶液中に、もう 1 つは容器の壁に組み込まれます。この方法は、2 つ目の蛍光体が溶液中で分解したり、化学物質によって侵されたりする場合に有利です。最初の蛍光体の発光スペクトルと 2 つ目の蛍光体の吸収スペクトルは大部分重なり合う必要があり、最初の蛍光体は 2 つ目の蛍光体よりも短い波長で発光する必要があります。紫外線から可視光へのダウンコンバージョンが可能で、可視波長間 (緑からオレンジなど) や可視光から近赤外線への変換も可能です。シフトは最大 200 nm ですが、通常は吸収スペクトルよりも 20～100 nm 長い範囲になります。[ 21 ]この方法を使用するグロースティックは、プラスチックに埋め込まれた染料のため、容器が色付きになる傾向があります。赤外線グロースティックは、染料が容器内で発生した可視光を吸収して近赤外線を再放射するため、暗赤色から黒色に見えることがあります。

白色の蛍光棒から発せられる光。スペクトルには4つまたは5つのピークが観察されており、蛍光棒には4つまたは5つの異なる蛍光体が含まれていることを示唆しています。

一方、溶液中に複数の蛍光体を混ぜるだけで、様々な色を実現し、所望の効果を得ることもできる。[ 18 ] [ 22 ]これらの様々な色は加法混色の原理によって実現できる。例えば、オレンジ色のライトスティックには赤、黄、緑の蛍光体の組み合わせが使用され、[ 18 ]白色のライトスティックには複数の蛍光体の組み合わせが使用される。[ 22 ]

使用される蛍光体

消費者の安全に関する問題と警告

毒性

グロースティックでは、フェノールが副産物として生成されます。専門家は、グロースティックのケースが割れたり壊れたりした場合には、混合物を皮膚から遠ざけ、誤って飲み込まないように消費者に勧告しています。皮膚にこぼれた場合、化学物質は皮膚の炎症、腫れ、さらには嘔吐や吐き気を引き起こす可能性があります。古いグロースティックに使用されている化学物質の中には、発がん性物質が含まれています。[ 25 ]感作物質は、発がん性があることが知られている化合物の一種で ある多環芳香族炭化水素です。

蛍光棒（および多くのプラスチック）に時々使用される可塑剤であるフタル酸ジブチルは、健康への懸念を引き起こしています。 2006年にはカリフォルニア州の催奇形性物質リストに掲載されました。 [ 26 ]蛍光棒の液体には可塑剤として作用する成分が含まれており、漏れたプラスチックを柔らかくします。[ 27 ]シュウ酸ジフェニルは、目に刺さったり焼けるような感覚を引き起こしたり、皮膚に刺激を与えたり、飲み込んだ場合は口や喉に火傷を負わせることがあります。

ブラジルの研究者たちは、自国で漁業に使用されている蛍光ペンの廃棄物を懸念し、2014年にこの問題に関する研究を発表しました。[ 28 ]この研究では、使用済みの蛍光ペン内で継続する二次反応、培養細胞への毒性、そしてin vitroにおけるDNAとの化学反応を測定しました。著者らは、蛍光ペン溶液の高い毒性とDNAとの反応性の証拠を発見しました。彼らは、蛍光ペン溶液は「有害であり、曝露に関連する健康リスクはまだ適切に評価されていない」と結論付けました。

多くのグロースティックには、吸入または摂取すると非常に有毒で、摂取またはその他の曝露によって臓器に有毒な化学物質であるTCPO（トリクロロフェノール）が使用されています。[ 29 ]

デンマーク環境省の報告書は、市販のグロースティックを調査し、ジブチルフタレートを含むグロースティックの証拠を発見し、これは法律違反であると結論付けました。[ 30 ]報告書には、「この物質は、分類によると生殖能力または胎児に悪影響を与える可能性があるため、玩具や仕掛け、ジョーク用品に使用してはならない。リスクは、繰り返しまたは長時間の曝露後に発生する」と記載されています。この消費者調査では、一部のグロースティックのパッケージの前面には子供の絵が描かれている一方で、背面には「子供には適していません」という警告ラベルが貼られていることも確認されました。この矛盾は消費者の混乱につながる可能性があり、適切な製品マーケティングと安全性に関するコミュニケーションに関する疑問が生じます。[ 30 ] Amazonの商品は、子供に安全で無毒であると宣伝されていますが、これらの主張は検証されていません。

使い捨てプラスチック

グロースティックは使い捨てでプラスチック製であるため、プラスチック廃棄物問題の一因となっています。さらに、内部の容器はガラス製であることが多く、中の化学物質は不適切な取り扱いをすると危険であるため、グロースティックに使用されているプラ​​スチックはリサイクルサービスでは回収できず、リサイクル不可能な廃棄物として分類されています。

グロースティックの各成分の安全データシートでは、おがくずなどの吸収材で吸収させることが推奨されており、特に廃棄物を水源から遠ざけることの重要性が強調されています。また、使用済みのグロースティック液を排水溝に流さないよう勧告されています。

安全性の向上

2020年代までに、より安全なグロースティックや代替品の開発が進められました。カナダの企業Lux Bioは、化学発光ではなく生分解性で生物発光を利用したLight Wand [ 31 ] [ 32 ]や、再利用可能で無毒な代替品であるLÜMI [ 33 ]など、グロースティックの代替品を開発しました。LÜMIは、化学的にも生物学的にも不活性で、燐光で発光します。

参照

参考文献

  1. ^ 「グロースティックとは何か？そして、グロースティックを光らせる化学反応とは何か？」 Chemical & Engineering News . 2025年1月21日. 2025年2月18日閲覧。
  2. ^ Rauhut, Michael M. (1969). 「過酸化物の協奏分解反応による化学発光（科学）」. Accounts of Chemical Research . 2 (3): 80– 87. doi : 10.1021/ar50015a003 .
  3. ^ウィルソン、エリザベス (1999年8月22日). 「What's that stuff? Light Sticks」 . Chemical & Engineering News . 77 (3): 65. doi : 10.1021/cen-v077n003.p065 . 2012年5月19日時点のオリジナル（再版）からのアーカイブ。
  4. ^ Chandross, Edwin A. (1963). 「新しい化学発光システム」. Tetrahedron Letters . 4 (12): 761– 765. Bibcode : 1963TetL....4..761C . doi : 10.1016/S0040-4039(01)90712-9 .
  5. ^ Rood, SA (1998年4月25日). 「第4章 立法後の事例」(PDF) .政府研究機関による技術移転：プロセスと影響評価 (博士論文) . hdl : 10919/30585 . 2015年10月26日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2020年9月23日閲覧。
  6. ^スティーブ・ギブンズ (2005年7月27日). 「グロースティック大論争（フォーラムセクション）」 . Student Life.
  7. ^ Dubrow, BおよびGuth E. (1973-11-20)「包装された化学発光材料」米国特許3,774,022
  8. ^ Gilliam, C. および Hall, T. (1973-10-09) 「化学照明装置」米国特許 3,764,796
  9. ^ Richter, H. および Tedrick, R. (1974-06-25) 「化学発光装置」米国特許 3,819,925
  10. ^ライオンズ、ジョン・H.; リトル、スティーブン・M.; エスポジト、ヴィンセント・J. (1976-01-20) 「化学発光信号装置」米国特許3,933,118
  11. ^ Wilson, Elizabeth (1999年1月18日). 「What's That Stuff? - Light Sticks」 . pubsapp.acs.org . 2021年9月29日閲覧。
  12. ^ Davies, D (1998). 「ダイバー位置特定装置」南太平洋水中医学協会誌28 (3) . 2009年5月19日時点のオリジナルよりアーカイブ。
  13. ^ 「What Is Glowsticking?」 Glowsticking.com. 2009年9月19日. 2013年1月28日時点のオリジナルよりアーカイブ。2012年12月21日閲覧。
  14. ^ 「Jai Glow! PCD vs. Team Ef Em El」 YouTube。2011年2月21日。2021年12月12日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2012年12月21日閲覧。
  15. ^ 「最大のグロースティック」 . guinnessworldrecords.com . 2020年5月15日閲覧。
  16. ^ 「グロースティックを発明したのは誰か」 getcyalume.com . 2025年11月16日閲覧。
  17. ^ Rempfer, Kyle (2019年2月21日). 「空軍の研究所がケムライト代替品を開発し、配備」 . Air Force Times . 2021年10月4日閲覧。
  18. ^ a b c d Kuntzleman, Thomas Scott; Rohrer, Kristen; Schultz, Emeric (2012-06-12). 「ライトスティックの化学：化学プロセスを説明するデモンストレーション」. Journal of Chemical Education . 89 (7): 910– 916. Bibcode : 2012JChEd..89..910K . doi : 10.1021/ed200328d . ISSN 0021-9584 . 
  19. ^ Clark, Donald E. 「過酸化物および過酸化物形成化合物」（PDF） bnl.govテキサスA&M大学2019年12月15日閲覧。
  20. ^ "Info" . dtic.mil. 2011年6月28日時点のオリジナルよりアーカイブ。2019年12月15日閲覧。
  21. ^ Mohan, Arthur G. および Rauhut, Michael M. (1983-04-05) 「化学照明装置」米国特許 4,379,320
  22. ^ a b Kuntzleman, Thomas S.; Comfort, Anna E.; Baldwin, Bruce W. (2009). 「グローマトグラフィー」. Journal of Chemical Education . 86 (1): 64. Bibcode : 2009JChEd..86...64K . doi : 10.1021/ed086p64 .
  23. ^ Karukstis, Kerry K.; Van Hecke, Gerald R. (2003-04-10). 『化学のつながり：日常現象の化学的基礎』 Academic Press. p.  139. ISBN 9780124001510. 2012年12月21日閲覧。赤外線ライトスティック。
  24. ^ a b c d Bindra, Perminder S.; Burris, Andrew D.; Carlson, Carl R.; Smith, Joann M.; Tyler, Orville Z. and Watson, David L. Jr. (2010-03-09) 「化学発光組成物およびその製造法および使用法」米国特許20,080,308,776
  25. ^ 「SCAFOオンライン記事」 . scafo.org . 2020年8月1日時点のオリジナルよりアーカイブ。2007年10月10日閲覧。
  26. ^ 「ジブチルフタレート」 PubChem.
  27. ^ 「グロースティックについて知っておくべきことすべて...」glowsticks.co.uk。 
  28. ^デ・オリベイラ、ティアゴ・フランコ;ダ・シルバ、アマンダ・ルシラ・メデイロス。デ・モウラ、ラファエラ・アウベス。バガッティーニ、ラケル。デ・オリベイラ、アントニオ・アナックス・ファルカン。デ・メデイロス、マリサ・ヘレナ・ジェンナリ。ディ・マスシオ、パオロ。デ・アルーダ・カンポス、イヴァン・ペルシオ。バレット、ファビアーノ・プラド。ベチャラ、エテルヴィーノ・ホセ・エンリケス。デ・メロ・ロウレイロ、アナ・ポーラ（2014-06-19）。「発光の脅威: 遠洋漁業で使用されるライトスティック誘引装置の毒性」。科学的報告書。4 (1): 5359。Bibcode : 2014NatSR...4.5359D。土井：10.1038/srep05359。ISSN 2045-2322 . PMC 5381548 . PMID 24942522 .   
  29. ^ https://www.agilent.com/cs/library/msds/EPA-1162-1_NAEnglish.pdf
  30. ^ a bデンマーク環境保護庁 (2013).グロースティックの調査と健康影響評価(PDF) (報告書) . 2025年11月16日閲覧。
  31. ^ 「Nyoka | Future of Light」 . Nyoka . 2022年11月28日閲覧。
  32. ^ Norman, Pippa (2024年5月21日). 「素晴らしいアイデア：この天然光るスティックは汚染しない」 The Tyee . 2025年11月16日閲覧。
  33. ^ 「FAQ」 . Glow with LÜMI . 2024年9月16日閲覧。
ウィキメディア コモンズには、グロースティックに関連するメディアがあります。
「 https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Glow_stick&oldid=1333302226」より取得