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Fluoreszenz
Emission von Licht einer Substanz, welche durch…
Fluoreszenz
Emission von Licht einer Substanz, welche durch elektromagnetische Strahlung angeregt wurde.
Praxis
Anwendungsbeispiele
Fluoreszenz-Spektroskopie
Qualitative und Quantitative Analyse von Molekülen, wird z.B. benutzt in der Forensik und zur Bestimmung von Moleküleigenschaften
Versuchsaufbau
Die Anregungswellenlänge ist vorher bekannt und wird über einen Monochromator eingestellt. Das dann emittierte Fluoreszenzlicht wird in 90° zum Anregungswellenlicht aufgesammelt, da bei gerader Aufnahme das durchtretende Anregungslicht das Ergebnis verfälschen kann. Das Fluoreszenzlicht wird über einen Spektrographen und einen Detektor in ein Fluoreszenzspektrum umgewandelt
Lambert-Beer-Gesetz
Erlaubt Bestimmung von einigen Größen, wie z.B. die Konzentration einer bestimmten Probe
Beleuchtung
Fluoreszierende Substanzen sind gut zur Beleuchtung geeignet, da sie UV-Licht absorbieren und sichtbares Licht emittieren können
Fluoreszenzmikroskopie
Spezifische Detektion der Fluoreszenzwellenlänge, nachdem man eine Probe mit Licht einer bestimmter Anregungswellenlänge bestrahlt hat. Sichtbarmachen von verschiedenen Zellbestandteilen, indem sie als Marker durch selektive Kopplung an Zellbestandteile angelagert werden
Versuchsaufbau
Ähnlich zur Fluoreszenzspektroskopie wird hier wieder das Anregungslicht ausgeschaltet werden. Dies passiert durch einen selektiven Filter. Der Versuchsaufbau finden wieder im 90° Winkel statt. Ein weiterer Unterschied ist, dass das Fluoreszenzlicht nicht detektiert, sondern durch ein Okular in das menschliche Auge gelangt
Randbedingungen
Bedingungen, die erfüllt sein müssen, damit das Phänomen der Fluoreszenz genutzt werden kann.
-Das Molekül muss ein Fluorophor sein
-Der Prozess muss binnen der Fluoreszenzlebensdauer stattfinden
-Die betrachteten Energiewerte müssen im UV- oder sichtbaren Bereich liegen
Einflussfaktoren
Faktoren, die Einfluss auf gewisse Aspekte der Fluoreszenz haben
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Absorptionsspektren
Entsteht durch die Messung von breitbandigem Licht, das durch eine Substanz gestrahlt wird. An einem solchen Spektrum werden die Wellenlängen ersichtlich, welche von der Substanz absorbiert werden. Der Sichtbare Bereich erstreckt sich von ca. 400nm - 800nm
Stokes-Verschiebung
Beschreibt die Differenz der Energie zwischen absorbierten und emittierten Photonen. Verschiebung des Emissionslichts in den längerwelligen Bereich verglichen mit dem Absorptionslicht. Das Fluoreszenzspektrum ist somit rot-verschoben im Vergleich zum Anregungslicht
Lebensdauerverbreiterung
Die Breite der Spektrallinien hängen von der Lebensdauer des angeregten Zustands zusammen, so werden die Spektrallinien bei kürzerer Lebensdauer breiter
Dopplerverbreiterung
Banden besitzen gewisse Breite und sind nicht nur eine schmale Linie. Entsteht durch unterschiedliche relative Bewegung der Moleküle innerhalb der Probe
Fluoreszenzspektroskopie und -mikroskopie
Faktoren, die Einfluss auf die Nutzbarmachung von Fluoreszenz in der Spektroskopie haben
Spezifität
Ein hohes maß an Spezifität erlaubt dem fluoreszierenden Mittel eine möglichst selektive Anlagerung an bestimmte Bausteine z.B. einer Zelle
Theorie
Es handelt sich bei den betrachteten Teilchen um Elektronen und Photonen. Diese physikalischen Systeme können mittels der Quantenmechanik beschrieben werden
Anregung
Das System besitzt mehrere nicht entartete Energieeigenwerte. Ein Elektron kann in diesem System durch elektromagnetische Strahlung von dem Grundzustand in einen höheren Zustand angeregt werden. Dies passiert durch Absorption
Desaktivierungsprozesse
Das Molekül wird durch diese Prozesse wieder zurück in den Grundzustand versetzt. Sie unterscheiden sich in den drei Faktoren Energiewert, Multiplizität und Strahlung. Diese Prozesse stehen in Konkurrenz zueinander und können im Verlauf einer Desaktivierung alle stattfinden
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Phosphoreszenz
Emission von Strahlung
Energieabgabe
Multiplizität verändert sich
Triplett-Zustände beteiligt
Innere Umwandlung (internal conversion, IC)
Strahlungslos
Isoenergetisch
Multiplizität bleibt konstant
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Fluoreszenz
Emission von Strahlung
Energieabgabe
Multiplizität bleibt gleich
Singulett-Zustände beteiligt
Kasha-Regel
Die Emission findet immer nur aus dem Grundzustand des ersten angeregten Zustands statt. Das System gelangt hierher durch die vibronische Relaxation
Fluoreszenzquantenausbeute
Quantifizierung des Anteils der Desaktivierung, der über Fluoreszenz stattgefunden hat. Man betrachtet hier die Menge der Photonen, mit denen angeregt wurde und die Menge, die über Fluoreszenz emittiert wurde
Fluoreszenzlebensdauer
Zeit, die ein Fluorophor im angeregten Zustand verweilt, bevor es in den Grundzustand zurückfält
Absorption
Das System absorbiert Photonen mit einem bestimmten Energiebetrag oder durch den Übertrag kinetischer Energie bei einem unelastischen Stoß
Elektronenübergang
In diesem Prozess wechselt ein delokalisierbares Elektron sein Energieniveau. Der häufigste Übergang findet dabei vom HOMO in das LUMO statt
Auswahlregeln
Nicht alle elektronischen Übergänge sind quantenmechanisch erlaubt, weswegen Auswahlregeln bestimmt werden müssen. Dabei ist die Veränderung bestimmter Quantenzahlen beschränkt
Potentialkurve
Aufgrund von Molekülschwingungen kann eine Potentialkurve für ein Molekül in Abhängigkeit der Energie und des Kernabstandes beschrieben werden.
Schwingungsprogression
Feinstruktur im Diagramm der Potentialkurve, das entsteht, da die Wahrscheinlichkeit besteht auch in einen anderen energetischen Zustand zu absorbieren
Franck-Condon-Prinzip
Aufgrund der Masse der Kerne kann davon ausgegangen werden, dass diese keine Zeit haben auf die Anregung zu reagieren. Somit ist es Abhängig von der Lage der Potentialkurven, in welchen Schwingungszustand das Molekül angeregt wird. Die Absorption findet bevorzugt in den Zustand statt, an dem sich die Flächen der Wellenfunktionen am besten überschneiden
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