Fluoreszenzspektroskopie


Fluoreszenzspektroskopie

Fluoreszenzspektrum von Chinin mit deutlich sichtbarem Stokes-Shift

Die Fluoreszenzspektroskopie nutzt Fluoreszenz-Phänomene zur Identifizierung und Quantifizierung von Substanzen. Als Fluoreszenz bezeichnet man die Licht-Emission nach vorheriger Absorption eines Lichtquants, wenn die Abklingdauer der Strahlung sehr kurz ist (d.h. die Lebensdauer des angeregten Zustands liegt in der Größenordnung 1-100 Nanosekunden). Nach folgender Gleichung ist die Intensität der Fluoreszenz-Strahlung direkt proportional zur Intensität der Anregungsstrahlung.[1]

$ F = 2{,}3 \cdot Q_\mathrm{F} \cdot I_0 \cdot \varepsilon \cdot c \cdot d $

mit

$ F $: "Intensität" der Fluoreszenzstrahlung (emittierte Photonen pro Zeit und Fläche)
$ Q_\mathrm{F} $: Fluoreszenz-Quantenausbeute (= Anzahl der emittierten Photonen / Anzahl der absorbierten Photonen)
$ I_\mathrm{0} $: "Intensität" der Anregungsstrahlung (eingestrahlte Photonen pro Zeit und Fläche)
$ \varepsilon $: molarer dekadischer Extinktionskoeffizient
$ c $: Konzentration
$ d $: Schichtdicke der Küvette

Diese Formel ist nur gültig für schwache Absorption, d.h. $ 1-10^{- \varepsilon \cdot c \cdot d} \ll 1 $, so dass
(1) die emittierten Photonen nur zu einem vernachlässigbaren Bruchteil wieder absorbiert werden
(2) für den Bruchteil der absorbierten Photonen gilt: $ 1-10^{-\varepsilon \cdot c \cdot d} = 1-e^{- \ln 10 \cdot \varepsilon \cdot c \cdot d} \approx \ln 10 \cdot \varepsilon \cdot c \cdot d \approx 2{,}30 \cdot \varepsilon \cdot c \cdot d $

Die Anregung braucht mehr Energie, daher sind die Fluoreszenzspektren zu längeren Wellenlängen verschoben (Stokes-Shift). Moleküle, die ebenfalls weit auseinander liegende Schwingungsniveaus besitzen, können zur Fluoreszenzlöschung (Quenching) führen.[2] Um diese Effekte zu berücksichtigen kann mit einer Standardaddition gearbeitet werden.

Geräteaufbau

Fluorimeter mit Autosampler und Auswertecomputer zur Bestimmung von Quecksilber

Der Aufbau eines Fluorimeters ist ähnlich dem eines Photometers, wobei jedoch die Fluoreszenz mit bestimmter Emissionswellenlänge ($ \lambda_\mathrm{em} $) stets im Winkel von 90° gemessen wird um die Anregungsstrahlung ($ \lambda_\mathrm{ex} $) nicht mit zu erfassen.[3]

GlühlampeAnregungsfilterEmissionsfilterMesszellePhotodiodeFluorimeter.svg
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Siehe auch

Einzelnachweise

  1.  Schwedt: Analytische Chemie. 2 Auflage. WILEY-VCH, 2008, ISBN 978-3-527-31206-1.
  2. P. Atkins, Kurzlehrbuch physikalische Chemie, 3. Aufl., Wiley-VCH, 2002.
  3.  Gey: Instrumentelle und Analytik und Bioanalytik. 2 Auflage. Springer, 2008, ISBN 978-3-540-73803-9, doi:10.1007/978-3-540-73804-6.

Weblinks

 Commons: Atomic fluorescence spectroscopy – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien
Vorlage:Commonscat/WikiData/Difference