Techniklexikon

Fluoreszenz

Eine Erscheinungsform von Lumineszenz, die bei gewissen festen Körpern, Flüssigkeiten und Gasen dann auftritt, wenn sie von elektromagnetischer Strahlung getroffen werden. Dann wird Licht emittiert, das nach Wegfall der »Anregung« mehr oder weniger schnell wieder erlischt. Sind die »Abklingzeiten« (Abklingen) relativ lang, spricht man von »Phosphoreszenz«. Die F. ist das in Leuchtstofflampen genutzte physik. Phänomen. neben der Phosphoreszenz eine der Leuchterscheinungen, die unter dem Begriff Lumineszenz zusammengefasst werden. Im Gegensatz zur Phosphoreszenz erlischt die Fluoreszenz gleichzeitig mit der Bestrahlung oder kurze Zeit später und zeigt ein schnelles (10^-8 s) und dem Exponentialgesetz folgendes Abklingverhalten. Die Fluoreszenz wurde 1851 von Stokes am Flussspat (Fluorcalcium) beobachtet und folgt der Stokesschen Regel, wonach die emittierte Strahlung nicht kurzwelliger, also energiereicher, als die eingestrahlte sein kann. Die Fluoreszenz ist eine charakteristische Leuchterscheinung bei festen Körpern, Flüssigkeiten und Gasen während der Bestrahlung mit Licht-, Röntgen- oder Teilchenstrahlung. Neben organischen und anorganischen Flüssigkeiten zeigen feste Körper aus Salzen der seltenen Erden und Materialien wie Rubin und Saphir, die in Lasern als aktive Medien eingesetzt werden, Fluoreszenz. Eingehend untersucht sind die Gase und hierbei besonders der Ioddampf. Atomtheoretisch lässt sich der Vorgang so erklären, dass ein Atom oder Molekül durch eine eingestrahlte Lichtwelle einer bestimmten Wellenlänge aus seinem Grundzustand in einen angeregten gehoben wird und unter Aussendung von monochromatischem Licht der gleichen Wellenlänge in alle Raumrichtungen in den Grundzustand relaxiert (Rayleigh-Linie). Viele Gase zeigen diese einfachste Form der Fluoreszenz, die sogenannte Resonanzfluoreszenz. Bei Bestrahlung mit einer kontinuierlichen Quelle können die Atome oder Moleküle auch auf höhere angeregte Zustände gehoben werden, aus denen sie auf einen weniger angeregten Zustand unter Aussendung von langwelligerem Licht mit geringerer Energie zurückkehren (Stokes-Linie). Der Energieverlust kann auftreten, wenn während der Lebensdauer des angeregten Zustandes ein gaskinetischer Zusammenstoss erfolgt, der die Anregungsenergie teilweise oder ganz abführt. Diese Energie kann in kinetische Energie umgewandelt oder vom Stosspartner aufgenommen und anschliessend emittiert werden (Prinzip des Helium-Neon-Lasers). In Festkörpern kann die Emission gegenüber der Absorption zu kleineren Wellenlängen hin verschoben sein, da die Energie durch die Kopplung an die Umgebung in Form von Phononenenergie abgegeben wird. Neben den absorbierten Frequenzen können auch Kombinationen von Linien auftreten, und das Fluoreszenzspektrum besteht dann aus vielen dicht beieinander liegenden Spektrallinien. Wird dem fluoreszierenden Atom Energie in Form von Wärme oder durch Stösse mit anderen Atomen zugeführt, so kann es zu einer Emmision von Licht mit einer kleineren Wellenlänge (höherer Energie) gegenüber der absorbierten Wellenlänge kommen (Anti-Stokes-Linien). Bei Molekülen kann die gesamte absorbierte Energie in Schwingungs- und Rotationsenergie umgewandelt werden. Die Quantenausbeute der Fluoreszenz ist in allen Fällen kleiner eins, und die Fluoreszenzbande ist gegenüber der Absorptionsbande rotverschoben (Stokes-Verschiebung), d.h. sie ist energieärmer. [KB2, SW]