El Fenómeno de la Fluorescencia
La razón por la que el palo azul es azul es por el fenómeno de la fluorescencia. La fluorescencia es definida como la emisión de luz por una sustancia que ha absorbido la luz.
Por ejemplo, las luces del norte, o la Aurora Boreal se alimenta de la energía del espacio exterior a través del campo magnético de la Tierra. Las partículas energéticas del sol son capturadas por el campo magnético de la Tierra y giran en espiral hacia los polos.
Cuando estas partículas alcanzan la atmósfera superior de la Tierra, golpean a los átomos allí con tanta fuerza que sus propios electrones comienzan a desprenderse y sus electrones son excitados a un estado de energía más alto.
"Es esta microscópica agitación, a kilómetros de la superficie de la Tierra, la que da a las luces del norte su espeluznante brillo."
Afortunadamente para aquellos que no vivimos en el Polo Norte, esta misma agitación microscópica puede ser observada en la increíble fluorescencia del palo azul.
Antes de hablar sobre que es la fluorescencia, cómo funciona, y por qué el palo azul es capaz de ser fluorescente... decidimos compartir la breve y sorprendente historia de la fluorescencia y el palo azul. :)
Una Breve Historia de la Fluorescencia
Un artículo titulado "Historia Temprana de la Fluorescencia en Solución: El Lignum Nephriticum de Nicolás Monardes", comienza nuestra historia mencionando que "la historia de la fluorescencia molecular está estrechamente asociada con la emisión de extractos de plantas. N. Monardes, en su Historia Medicinal (Sevilla, 1565), fue el primero en describir la opalescencia azul de la infusión de agua de la madera de un árbol mexicano utilizada para tratar dolencias renales.”
Estas extrañas propiedades ópticas también fueron investigadas por Athanasius Kircher, Robert Boyle, Isaac Newton, Alexander Graham Bell y muchos otros científicos en los siglos siguientes.
Sin embargo, fue casi 300 años después que George G. Stokes fue acreditado como el primer científico que describió correctamente el fenómeno de la fluorescencia en 1852.
En el artículo mencionado anteriormente, se afirma que "las observaciones de Stokes se basaron en la emisión de solución de sulfato de quinina, porque en Europa ya no se disponía de la madera de Lignum nephriticum (palo azul) y se desconocía su origen botánico.”
Este artículo también menciona que misioneros españoles "recopilaron información sobre la cultura Azteca" y sus hallazgos indican que "los médicos indios prehispánicos ya habían notado el color azul de la infusión de coatli (palo azul), una madera utilizada para tratar enfermedades urinarias."
Stokes también fue el primero en introducir el término "fluorescencia" y el primero en "identificar correctamente la fluorescencia como un proceso de emisión, debido a la absorción de luz, y que proporciona una frecuencia inferior a la excitante.”
Sorprendentemente, Stokes nunca escribió sobre "Lignum Nephricitum (palo azul), el cual había sido la fuente más conocida de soluciones fluorescentes durante siglos.”
De hecho, esta propiedad era tan conocida en el lignum nephricitum (palo azul) que adquirió una especie de eminencia. Un artículo menciona que "las copas hechas de lignum nephriticum se daban como regalos a la realeza.”
Es más, el mismismo Atanasio Kircher presentó una copa de palo azul al Santo Emperador Romano, Fernando III!
Atanasio Kircher fue considerado por muchos como el padre de la fluorescencia y escribió un libro en 1646 llamado Ars Magna Lucis et Umbrae, en el que describe su observación de la fluorescencia del palo azul. Escribió que "la luz que pasaba a través de una infusión acuosa de esta madera aparecía más amarilla mientras que la luz reflejada de la solución aparecía azul.”
También escribió una descripción más detallada en su libro:
"La madera del árbol así descrito, cuando se hace una copa, tiñe el agua cuando se vierte en ella al principio un azul profundo, el color de una flor de Bugloss; y cuanto más tiempo permanece el agua en ella más profundo es el color que asume. Si entonces se vierte el agua en un globo de cristal y se mantiene a contraluz, no se verá ningún vestigio del color azul, pero a los observadores les parecerá agua de manantial pura y limpia, límpida y clara.
Pero si se mueve esta ampolla de vidrio hacia un lugar más sombreado, el líquido asumirá un verdor delicioso, y si a un lugar aún más sombreado, un color rojizo; y así cambiará de color de manera maravillosa según la naturaleza de su fondo. En la oscuridad, sin embargo, o en un jarrón opaco, asumirá una vez más su color azul."
El botánico suizo Johann Bauhin también describió el palo azul en su obra Historia plantarum universalis. El observó lo siguiente:
"Cuando se vertía agua en la copa con las virutas de madera, el agua se convertía en poco tiempo en un maravilloso color azul y amarillo, y cuando se mantenía a contraluz se asemejaba maravillosamente al color variable del ópalo, dando lugar a reflejos, como en esa gema, de un amarillo ardiente, rojo brillante, púrpura brillante y verde mar más maravilloso de contemplar.”
A continuación, quizás hayan oído hablar de él...su nombre es Isaac Newton y el descubrió las Leyes del Movimiento y la Ley Universal de la Gravedad. Newton escribió un manuscrito inédito en 1665 titulado "De los Colores", en el que describe sus observaciones sobre el palo azul:
"Los rayos reflejados por la hoja de oro son amarillos pero luego se transmiten azules, como parece ser el hecho de sostener una hoja de oro entre el ojo y una vela."
"Lignum Nephriticum (palo azul) cortado y alrededor de un puñado infundido en 3 o 4 pintas de agua durante una noche el liquido refleja los rayos azules y transmite los amarillos. Y si el líquido, al estar demasiado impregnado, parece de un rojo oscuro, puede ser diluido con agua hasta que parezca de un color dorado.”
En "Los Papeles Ópticos de Isaac Newton", podemos ver una descripción desde su primera persona:
“Cuando miré el lado de enfrente de placas bastante gruesas de vidrio muy claro (como las que se usan para hacer telescopios), vi reflejado el azul, y cuando miré a través, vi transmitido el amarillo. Sin embargo, parecía más azul cuando se iluminaba con un rayo admitido en una habitación oscura y extendido por una lente cóncava, de modo que el color no fuera ahogado por demasiada luz. Esto, sin embargo, no siempre ocurre (por ejemplo, en la misma infusión de lignum nephricitum cuando el color azul es destruido por sales ácidas).”
* Esta es la ilustracion de Newton para este experimento
Fredrick W. Herschel, que según se informa fue el primero en observar la fluorescencia en una solución de quinina, escribió sobre los colores del palo azul y menciona lo siguiente: "Escribo a partir del recuerdo de un experimento realizado hace casi 20 años, y que no puedo repetir por falta de una muestra de la madera."
Finalmente, en 1914 Edwin Safford "logró resolver el problema botánico e identificó la especie que produjo el LN mexicano como Eysenhardtia polystachya" y así se encontró la verdadera fuente del lignum nephricitum fluorescente (palo azul).
Safford presentó la madera al Dr. Alexander Graham Bell en 1915 y esta fue su descripción del evento:
"Los especímenes de las infusiones cuando se exhibían con la luz eléctrica ordinaria no mostraban fluorescencia; pero después, cuando se mantenían en los rayos de una luz de arco el líquido brillaba con un azul intenso que iluminaba las caras de los que estaban cerca.”
¿Qué es la fluorescencia y cómo funciona?
Cuando la luz golpea un objeto, puede hacer una de tres cosas: Reflexión, transmisión o absorción.
Reflexión: Las ondas reflejadas son lo que vemos y conforman el color de los objetos.
Transmisión: La luz pasa a través de un objeto, como el agua.
Absorción: Por último, la fluorescencia se produce con la absorción. Este fenómeno esencialmente nos da acceso a colores que normalmente son invisibles para nosotros. Cuando vemos la fluorescencia, estamos viendo longitudes de onda de mayor energía en el espectro electromagnético (como el ultravioleta) que son invisibles para el ojo humano.
Lo que sucede en la fluorescencia es que la luz (radiación electromagnética) es absorbida por los átomos de compuestos que tienen la capacidad de absorber la luz, y esta energía adicional excita los electrones a un nivel de energía más alto.
Estos electrones pierden un poco de la energía que absorbieron debido a las vibraciones de las moléculas. Finalmente, los electrones excitados vuelven a su estado original y emiten la luz que habían absorbido.
Como la energía no puede ser creada o destruida, y se perdió algo de energía en forma de calor debido a las vibraciones moleculares, la energía de la luz que se emite es menor que la que se absorbió originalmente.
La energía de la luz depende del tamaño de su longitud de onda, y en esta imagen se pueden ver los todos los niveles de energía del espectro electromagnético (luz).
Ejemplo: Si tienes una sustancia fluorescente de color amarillo, y le alumbras una luz de mayor energía como la ultravioleta, la violeta, la azul o la verde... emitirá una fluorescencia amarilla. Pero si le alumbras una luz roja, no emite fluorescencia porque la luz roja tiene una longitud de onda mayor y por lo tanto, tiene menos energía.
Dado que todo lo que necesitas para crear fluorescencia es energía para excitar los electrones a un estado superior... ¿es posible excitar electrones sin luz?
¡Sí! De hecho, así es como funcionan las barras fluorescentes, o luces químicas. Utilizan reacciones químicas en lugar de luz para excitar los electrones.
También hay una gama muy especial de compuestos fluorescentes que tienen una propiedad llamada triboluminiscencia, que son como cristales, y cuando se muelen o se rompen, la energía mecánica puede convertirse en fluorescencia!
* ¡Aquí les compartimos otro dato interesante! ¿Recuerdas cuando hablamos de que los electrones pierden un poco de energía debido a las vibraciones moleculares?
Esto significa que si podemos detener o reducir las vibraciones moleculares, podemos cambiar la longitud de onda de la luz que se emite y por lo tanto, podemos cambiar el color de la fluorescencia... verdad?
Es posible hacer esto en algunos tintes fluorescentes, como el yoduro de cobre de piridina. Normalmente es fluorescente de color amarillo, pero cuando se sumerge en nitrógeno líquido, podemos reducir la cantidad de energía perdida en forma de calor y se vuelve azul en su lugar (una luz de mayor energía).
Esta propiedad de cambiar la temperatura de fluorescencia se llama termocromismo de fluorescencia.
¿Exactamente por qué el palo azul es capaz de ser fluorescente?
Segun un estudio titulado Estructura y Formación del Compuesto Fluorescente del Lignum nephriticum, "la intensa fluorescencia azul de la infusión de Lignum nephriticum (palo azul), observada por primera vez en el siglo XVI, se debe a un novedoso tetrahidrometanobenzofuro[2,3-d]oxacina de cuatro anillos que no está presente en la planta pero que es el producto final de una inusual y muy eficiente oxidación espontánea iterativa de al menos uno de los flavonoides del árbol.”
Aprende todo sobre los beneficios de salud de los flavonoides en el palo azul aquí
Esto significa que la fluorescencia del palo azul es causada por la oxidación de sus flavonoides. Interesantemente, los flavonoides también son responsables por muchos de los beneficios de salud del palo azul!
Los investigadores de este estudio encontraron que el palo azul "no contiene una gran cantidad de un colorante azul-fluorescente fácilmente soluble en agua.” Para resolver esta paradoja, extrajeron dos diferentes compuestos solubles en agua llamados "glucosil dihidrochalconas: línea de capa B (1) y línea de capa A (3).”
Encontraron que "a temperatura ambiente y en una solución de agua ligeramente alcalina (pH ∼7.5), la línea de capa B (1) sufre una reacción rápida e irreversible dando lugar a un compuesto fuertemente emisor de azul con un rendimiento de aproximadamente el 100%, la matlalina (2), el fluoróforo de la largamente buscada L. nephriticum.”
En otras palabras, cuando el palo azul se coloca en agua ligeramente alcalina, desencadena una reacción química en sus compuestos solubles en agua (no fluorescentes) que forma un compuesto (fluorescente) llamado matlalina.
* El rendimiento del 100% se refiere al rendimiento cuántico de la fluorescencia, que se define como la relación entre el número de fotones emitidos y el número de fotones absorbidos.
Básicamente, cuanto más alto es el rendimiento, más eficientemente un "fluoróforo convierte la excitación de la luz en fluorescencia" y conduce a una fluorescencia más intensa.
Este mismo estudio destaca que "la intensidad de la fluorescencia de la solución acuosa depende en gran medida del pH, como lo han observado también en tiempos históricos Kircher y Boyle.”
De hecho, el artículo "La Fundación de la Fluorescencia: Una Breve Historia de la Fluorescencia", menciona que Robert Boyle "descubrió que la adición de ácido abolió el color y que la adición de álcali lo trajo de vuelta.”
Así que... si quieres que tu palo azul se vea azul, asegúrate de usar agua alcalina!
Otro estudio corrobora los hallazgos de este estudio que encontró que "el largamente buscado compuesto emisor de azul de L. nephriticum es un producto de reacción de la Coatline B, que se forma en una solución de agua ligeramente alcalina (4c, d).”
Los investigadores de este estudio encontraron otro compuesto fluorescente en el palo azul llamado formononetina, pero mencionan que "la formononetina no puede por sí misma explicar la fluorescencia.”
Ahora pueden ver por que esta "discusión erudita sobre un misterio de la ciencia de 400 años de antigüedad, atrajo el gran interés de Kircher, Grimaldi, Boyle, Newton, Priestley, y muchos otros científicos clásicos.”
Curiosamente, esta discusión académica sobre el largamente buscado fluoróforo del palo azul se complica por el hecho de que el palo azul contiene numerosos compuestos fluorescentes.
Un estudio mencionado encontró que "7-hidroxi-2',4',5'-trimetoxiisoflavona fue aislada como el principal componente fenólico fluorescente del duramen.”
De hecho, otro estudio encontró que 5 fracciones diferentes en el palo azul mostraban fluorescencia! Esto es lo que los investigadores dijeron:
"Nueve fracciones fueron obtenidas por cromatografía y cinco de ellas mostraron fluorescencia. La fluorescencia de los extractos de Eysenhardtia polystachya se debe a más de un componente y sugerimos que podrían ser otras hidrochalconas para las que presentamos posibles estructuras.”
¿Cuál es la diferencia entre la fluorescencia y la fosforescencia?
En caso de que te lo preguntes, ambas son bastante similares, pero la fosforescencia es una emisión retardada de luz después de que la absorción ocurre.
¿Recuerdas cuando mencionamos que la fluorescencia ocurre cuando los electrones son excitados a un estado de mayor energía y emiten luz cuando caen de nuevo a su estado original?
En la fosforescencia, hay un estado de transición antes de que los electrones caigan de nuevo a su estado original. Esto significa que el decaimiento no es instantáneo y por lo tanto, conduce a una emisión más lenta de luz.
Así que... si una sustancia fluorescente y una sustancia fosforescente dejan de absorber luz al mismo tiempo, la sustancia fluorescente dejará de brillar inmediatamente. Mientras que la sustancia fosforescente seguirá brillando durante unos segundos. (Como puedes ver en este vídeo)
Reflexión vs. Emisión de luz
En caso de que te preguntes cuál es la diferencia entre la luz azul que el palo azul emite a través de la fluorescencia y el color azul regular... para responder esto tenemos que distinguir entre la luz reflejada y la luz emitida.
Por ejemplo... la luna refleja la luz, lo que significa que no genera luz; la luz simplemente rebota en ella y esa es la luz que vemos.
El sol, en cambio, emite luz, porque la energía que genera a partir de fusión nuclear hace que los electrones de sus átomos suban y bajen de estados energeticos y liberen fotones (luz).
Por eso el sol es mucho más brillante que la luna y podemos mirar a la luna sin lastimarnos los ojos. Las estrellas en el cielo nocturno emiten luz, pero están tan lejos que podemos mirarlas directamente sin lastimarnos los ojos.
Casi todo lo que vemos es luz reflejada, excepto las bombillas, la luz del sol, el fuego, los rayos y otras cosas calientes. De hecho, un artículo menciona que "para que la luz visible sea emitida por un objeto, su temperatura tiene que ser un poco más de 100 Kelvin, ¡que es más de 371°C!"
¿Cómo podemos saber si un objeto emite o refleja luz? Los científicos pueden determinar la diferencia "comparando la temperatura con la longitud de onda de la luz asociada a ella.” Por ejemplo, una flor azul no emite luz azul... para que emita luz azul tendría que estar a más de 400ºC!
* ¡Aquí tienen un dato interesante! Los humanos y los animales emiten algo de luz infrarroja debido al calor del cuerpo, pero esta luz sólo puede ser vista con un equipo especial; como las gafas de visión nocturna.
¿Para qué se usa la fluorescencia?
Para detectar E. coli
Este es un dato muy interesante... Hay tintes especialmente diseñados que son fluorescentes cuando entran en contacto con E. coli. Esto puede ser usado para detectar niveles tóxicos de fluorescencia en muestras de agua simplemente haciendo brillar la luz UV sobre ellas. Una versión muy avanzada de esta técnica se utiliza en los diagnósticos médicos para identificar todo tipo de enfermedades en las personas.
Lamparas de Luz Negra (Ultravioleta)
Las lámparas de luz negra iluminan ondas de luz ultravioleta y sólo los objetos que son fluorescentes son capaces de absorber la luz UV invisible y emitir una luz visible de menor energía.
Forense
Todos hemos visto cómo los investigadores forenses de las películas iluminan con luz negra las escenas del crimen, cierto? Esta técnica puede ser utilizada para encontrar rastros corporales fluorescentes como huellas digitales, saliva y sangre.
Puntos cuánticos para localizar células cancerígenas
Los puntos cuánticos son un nanomaterial brillante que nos permite observar más de cerca la estructura de las células y pueden ser utilizados para atacar células cancerígenas.
* ¡De hecho! Un estudio del 2017 exploró el uso de “nanomateriales fluorescentes de EP (palo azul) para aplicaciones en el cuidado de la salud, específicamente para técnicas de imagenología.”
En otro estudio del 2015 se mencionó que muchos colorantes o fluoróforos "tienen un cierto nivel de toxicidad e inestabilidad.”
También encontraron que los biocompuestos extraídos del palo azul conocidos como "nanopartículas (NP), tienen propiedades interesantes que podrían ser utilizadas para estabilizar diversas biomoléculas, incluyendo los tintes.”
Finalmente, los investigadores concluyen lo siguiente:
"Por este método, nuestro novedoso nanosistema abre las posibilidades de obtener datos sensibles de forma no invasiva para aplicaciones biológicas, como el diagnóstico de cáncer en etapas tempranas, la administración de drogas y la detección de patógenos.”
En otras palabras, las partículas fluorescentes en el palo azul son marcadores biológicos eficaces para la detección de células cancerosas y muchas otras aplicaciones porque tienen una fluorescencia estable y no son tóxicos.
Conclusión
En conclusión, hemos visto que este té mágico ha sido estudiado por su fluorescencia, ha sido usado como un obsequio para la realeza, como un remedio natural, y sus nanopartículas están siendo usadas como bio-marcadores para detectar y prevenir enfermedades.
Si todas estas aplicaciones no te convencen de la magia del palo azul, honestamente no sabemos qué lo hará. Tal vez esta increíble imagen de los colores del palo azul te convenza. ;)
Ahora que sabes por qué el palo azul es azul, cada vez que veas sus colores impresionantes dentro de tu taza... sabrás que esas agitaciones microscópicas que están ocurriendo justo en tus manos son el mismo fenómeno que le da a la Aurora Boreal su extraordinaria belleza y que también asombró a Newton, Kircher, Boyle, Bell y muchos otros.
¿Te estas perdiendo de las propiedades curativas increíbles del palo azul?
Da click aquí para descubrir todas propiedades mágicas para la salud del palo azul!
Citaciones
(2009) The Fluorescence Foundation: A Short History of Fluorescence
(2007) Early History of Solution Fluorescence: The Lignum nephriticum of Nicolás Monardes
The Northern Lights or Fluorescent Light?
(1670-1672) The Optical Papers of Isaac Newton
(2009) Structure and Formation of the Fluorescent Compound of Lignum nephriticum
(2007) More Thoughts on the Narra Tree Fluorescence
(August 1915) Eysenhardtia polystachya, the source of the true Lignum nephriticum mexicanum
3 comentarios
Me pareció parisino todo muy interesantewoooow
Me pareció parisino todo muy interesantewoooow
Se puede reinfusionar el palo azul varias veces ?