Fluoreszenz - Was sie ist und wie sie funktioniert

Fluoreszenz ist das Phänomen, bei dem einige Produkte oder Stoffe Energie in Form von Licht abgeben, wenn sie mit ultraviolettem Licht bestrahlt werden. Fluoreszenz ist nicht mit Phosphoreszenz zu verwechseln. Bei der Phosphoreszenz speichern die Teilchen die Energie und strahlen sie nach der Bestrahlung mit ultraviolettem Licht wieder ab.

Um den Fluoreszenzprozess wirklich zu verstehen, muss man sich an das Modell der Atom- und Molekülorbitale erinnern. Nach der Unschärferelation kann sich ein Elektron in einem bestimmten Energiebereich auf einem niedrigeren oder höheren Niveau befinden. Es gibt niederenergetische und hochenergetische Orbitale. Elektronen besetzen standardmäßig bevorzugt Orbitale mit niedriger Energie, können aber vorübergehend auch höhere Energieniveaus besetzen.

Diese Orbitalsprünge werden bei bestimmten Substanzen durch Bestrahlung mit Energie erreicht. Diese Sprünge werden als elektronische Übergänge bezeichnet. Jede Atomart hat sehr charakteristische Absorptionslinien und Emissionslinien.

Fluoreszenz-Anwendungen

Das Phänomen der Fluoreszenz hat viele Anwendungen:

  • In BeleuchtungLeuchtstoffröhre: Der Betrieb der in Haushalten und Büros allgegenwärtigen Leuchtstoffröhre beruht auf Fluoreszenz. Im Inneren der Glasröhre herrscht ein Teilvakuum und eine geringe Menge Quecksilber. Eine elektrische Entladung in der Röhre bringt die Quecksilberatome dazu, Licht zu emittieren. Das ausgestrahlte Licht liegt im ultravioletten (UV) Bereich und ist daher für unsere Augen unsichtbar. Die Röhre ist jedoch mit einer Schicht aus einem fluoreszierenden Material, dem so genannten Phosphor, beschichtet, der ultraviolettes Licht absorbiert und im sichtbaren Spektrum wieder abgibt.
  • Analytische Chemie für Labortechniken zum Nachweis von
  • Biochemie und MedizinBiomoleküle können durch eine einfache chemische Reaktion mit einer fluoreszierenden chemischen Gruppe (Fluorochrom) markiert werden, was einen empfindlichen und quantitativen Nachweis des Moleküls ermöglicht.
  • GemmologieMineralogie, Mineralogie, Geologie und forensische Wissenschaften
  • Eine weitere Anwendung dieses Phänomens ist die Differenzierung von gefälschte Banknoten Der Druck erfolgt mit fluoreszierender Tinte, die im ultravioletten Licht sichtbar ist.
  • Fluoreszenzwasserbewertung in der Hydrologie.

Fluoreszierende Materialien. Fluoreszierende Steine und Mineralien

  • Ein Beispiel für einen solchen Stoff ist der Fluorescein-Natriumeine Verbindung, die zur Familie der Xanthine gehört. Im Abschnitt "Experimente" kannst du sehen, wie das fluoreszierende Wasser in Wasser verdünnt eine gelbe Farbe annimmt. In Lösungen mit einem pH-Wert über 7 (z. B. durch Zugabe einiger Tropfen Ammoniak zum Wasser) färbt es sich grün, und seine Fluoreszenz nimmt zu.

  • Edelsteine: Sie enthalten Flussspat in ihrer kristallinen Struktur, wenn sie nicht zu rein sind.
    • Bernstein: Sie zeigen eine orangefarbene Strahlung, wenn sie kurzwelliges ultraviolettes Licht empfangen.
    • Hope-Diamanten und Rubine: Sie zeigen eine rote Strahlung, wenn sie mit kurzwelliger ultravioletter Strahlung bestrahlt werden.
  • Mineralien: In vielen Fällen ist dies darauf zurückzuführen, dass Fluorit oder ein Derivat von Fluorit vorhanden ist. Auf diesem Bild sind einige fluoreszierende Mineralien zu sehen, von denen die wichtigsten die folgenden sind:
  • Fluorit: Es ist die Grundlage für die meisten fluoreszierenden Elemente und zeigt verschiedene Farbvariationen in der Strahlung, wie grün, blau oder rosa.
  • Calcit: Ähnliche Eigenschaften wie Fluorit, daher seine Eigenschaften. Sie neigt dazu, Licht in rosa Farben auszustrahlen.
  • Uran: Dieses Mineral hat eine grünliche Ausstrahlung, da es ein radioaktives Material ist.
  • Organische Materialien: Ihre Fluoreszenz verdanken sie hauptsächlich den mineralischen Verbindungen, die sie zusammen mit organischem Material bilden. Die wichtigsten Beispiele sind:
    • Mycena Lux-coeli Pilz. Es wird vermutet, dass sie diese Eigenschaft erwerben, um Insekten anzulocken, die die Sporen verbreiten.
    • Chlorophyll: Das Chlorophyll in den Blättern der Pflanzen nimmt die Sonnenenergie auf, um die Photosynthese durchzuführen, und ein Teil dieser Energie muss abgeleitet werden, um das Blatt nicht zu beschädigen. Ein Teil davon wird als Wärme und ein Teil in Form von Fluoreszenz abgeleitet. Er ist in der Regel grün gefärbt.

Fluoreszenz in Natriumfluorescein

Natriumfluorescein ist einer der Stoffe unter den chemischen Produkten, die die Eigenschaft der Fluoreszenz haben und aufgrund ihrer leichten Transportierbarkeit und ihrer Stabilität zu den am meisten verwendeten gehören. Natriumfluorescein wird sowohl in der Medizin zur Erkennung von Augenschäden als auch in der Hydrologie zur Erkennung von Lecks und Spuren in Gewässern verwendet.

Die Emission von Natriumfluorescein ist bei pH 8 und bei einer Wellenlänge von etwa 550 nm am höchsten. In diesem Bild sehen Sie das Emissions-Anregungs-Diagramm von Natriumfluorescein.

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