Die Fluoreszenz ist eine Lichtemission, die durch Anregung von Elektronen von einem Molekül (oder Atom) verursacht wird, im Allgemeinen durch Absorption eines Photons, unmittelbar gefolgt von einer spontanen Emission . Fluoreszenz und Phosphoreszenz sind zwei verschiedene Formen der Lumineszenz, die sich insbesondere durch die Dauer der Emission nach Anregung unterscheiden: Die Fluoreszenz hört sehr schnell auf, während die Phosphoreszenz länger anhält. Die Fluoreszenz kann unter anderem zur Charakterisierung eines Materials verwendet werden .
Ein fluoreszierendes Molekül ( Fluorophor oder Fluorochrom ) hat die Eigenschaft, Lichtenergie (Anregungslicht) zu absorbieren und diese schnell in Form von fluoreszierendem Licht (Emissionslicht) wiederherzustellen. Sobald die Energie des Photons absorbiert worden ist, befindet sich das Molekül im Allgemeinen in einem elektronisch angeregten Zustand, häufig in einem Singulettzustand , wie in S 1 angegeben . Die Rückkehr in den Grundzustand (auch Singulett und notiertes S 0 ) kann dann auf verschiedene Arten erfolgen: entweder durch Fluoreszenz oder durch Phosphoreszenz.
Die Fluoreszenz ist durch die sehr schnelle Emission eines Photons gekennzeichnet. Diese Geschwindigkeit erklärt sich aus der Tatsache, dass die Emission eine der Auswahlregeln für die Photonenemission der Quantenmechanik einhält, nämlich ΔS = 0, was bedeutet, dass das Molekül in einem Singulettzustand bleibt.
Die Phosphoreszenz ist gekennzeichnet durch einen Übergang von einem Zustand S = 0 zu einem Zustand S = 1 (Triplettzustand mit der Bezeichnung T 1 ), der vom Quantenmodell nicht zugelassen wird, der aber durch die Kopplung des Spin-Orbits ermöglicht wird . Der Übergang ist jedoch langsamer. Dann folgt eine Photonenemission, um in den Grundzustand zurückzukehren.
Das vom angeregten Molekül während der Fluoreszenz wieder emittierte Licht kann dieselbe Wellenlänge (Resonanzfluoreszenz) oder eine längere Wellenlänge oder manchmal sogar eine kürzere (Zwei-Photonen-Absorption) aufweisen. Insbesondere in flüssigen Medien ist die Tatsache, dass die Emissionswellenlänge nach der Anregung größer ist, darauf zurückzuführen, dass das Molekül vom niedrigsten Schwingungsniveau des angeregten Zustands in den Grundzustand zurückkehrt (Kasha-Regel). Dieser Unterschied wird als Stokes-Verschiebung bezeichnet .
Diese Verschiebung des Emissionsspektrums zu höheren Wellenlängen, die durch die Stokes-Verschiebung beschrieben wird, erleichtert die Trennung und Detektion von Fluoreszenzlicht, einem spezifischen Signal, das vom Fluorophor geliefert wird, erheblich.
Es gibt eine große Auswahl an Fluorochromen, von denen jedes durch seine Anregungs- und Emissionsspektren charakterisiert werden kann .
Das Prinzip der Fluoreszenz wird unter anderem in den konfokalen Rasterlasermikroskopen , den Fluoreszenzmikroskopen und den Spektrofluorometern angewendet .
Das Phänomen der Fluoreszenz ist nicht auf die Emission im sichtbaren Spektrum beschränkt, sondern betrifft den gesamten Bereich des elektromagnetischen Spektrums, insbesondere die Emission von Röntgenstrahlen ( X-Fluoreszenz ).
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Viele Fälle von Fluoreszenz werden in der Natur beobachtet, sie sind im Allgemeinen unter UV- Licht sichtbar . Solche Fälle sind unter anderem bei Pilzen, Früchten wie Bananen , Chinin enthaltenden Pflanzen wie Cinchona officinalis , Arthropoden wie Skorpionen , Säugetieren wie Didelphidae bekannt . Dank südamerikanischer Forscher wurde kürzlich bei einer Amphibie ein Phänomen der Fluoreszenz beobachtet . Ein kleiner Laubfrosch mit hellgrüner Farbe und ein paar kleinen Punkten auf dem Rücken, der unter ultraviolettem Licht neongrün leuchtet.
Pilz unter UVA .
Ein Offshore - Stint unter Tageslicht und UV.
Das in bestimmten Erfrischungsgetränken enthaltene Chinin verleiht ihnen unter UV eine sichtbare Fluoreszenz.
Bananen unter Tageslicht und UV.
Die verschiedenen Eigenschaften von Fluorophoren sind:
Da Fluoreszenz im Allgemeinen zur Emission von sichtbarem Licht von einer unsichtbaren Energiequelle ( Ultraviolett ) führt, erscheinen fluoreszierende Objekte heller als Objekte mit demselben Farbton, jedoch nicht fluoreszierend. Diese Eigenschaft wird von gut sichtbarer Kleidung und von orangefarbenen Antikollisionsfarben verwendet, die beispielsweise auf bestimmte Teile von Flugzeugen gemalt werden , aber auch für einfache ästhetische Zwecke (Kleidung usw.).
Die Fluoreszenz wird auch bei Schwarzlicht verwendet , einer Lichtquelle, die hauptsächlich aus nahen ultravioletten Strahlen besteht und bei der Emission im Dunkeln Weiß und fluoreszierende Objekte hervorbringt, um eine besondere Atmosphäre zu schaffen.
Fluoreszenz wird auch bei Röntgenstrahlen verwendet :
Die Fluoreszenz wird auch in anderen medizinischen Bildgebungstechniken wie verwendet diffuse optische Tomographie , wo sie sich erholen Fluoride in biologischem Gewebe.
Die highlighters auf dem Papier und eine sichtbare fluoreszierende Tinte licht- abgeschieden , ohne den Text selbst zu verdunkeln.
Die Technik zum Nachweis von Quecksilber oder Blei durch selektive Fluorionophore ist auch eine Anwendung der Fluoreszenz.
Die Leuchtstoffröhre (offizieller Name: Leuchtstoffröhre ) ist eine weitere bekannte Anwendung. Diese Röhren werden hauptsächlich für industrielle und manchmal auch für Haushaltsbeleuchtung verwendet (versehentlich "Neons" genannt: weil Neongas rotes Licht emittiert). Sie enthalten Gase, meistens Niederdruck- Quecksilberdämpfe oder Argon, die bei Ionisierung unsichtbares ultraviolettes Licht emittieren . Die Innenwand ist mit einer Mischung aus fluoreszierenden Pulvern bedeckt, die dieses Licht im sichtbaren Bereich in Weiß umwandeln. Diese Röhren bieten eine viel bessere elektrische Leistung als eine Glühlampe , dh sie emittieren mehr Lumen pro verbrauchtem Watt und erwärmen daher viel weniger. Heute kann sich die Form ändern und die Elektronik , die sie steuert, ermöglicht eine noch bessere Leistung. So werden sogenannte Energiesparlampen gefunden, die vorteilhafterweise Glühlampen ersetzen (ihr Recycling am Ende ihrer Lebensdauer ist jedoch komplex und teuer).
Das Chlorophyll hat , wie jedes Pigment, fluoreszierend. Die Messung der Fluoreszenz von Chlorophyll a , das von einer Pflanze oder einem photosynthetischen Organismus im Allgemeinen emittiert wird, ist ein leistungsstarkes Instrument zur Messung der Lichtabsorption und der Funktion der Photosynthese.
Einige Bioassays wie Luminotox verwenden die photosynthetische Fluoreszenz als indirektes Maß für die Toxizität für einen photosynthetischen Organismus . Die Abnahme der Fluoreszenz von Chlorophyll a ist ein Zeichen für die Abnahme der Photosynthese und damit für die Wirkung eines Schadstoffs auf den Organismus.