Fluoreszenzspektroskopie

Fluoreszenzspektroskopie ist eine Form der elektromagnetischen Spektroskopie. Geräte zur Messung der Fluoreszenz nennt man Fluorimeter. Moleküle können unterschiedliche Energiezustände annehmen. Die Fluoreszenzspektroskopie befasst sich primär mit elektronischen und Schwingungszuständen. Das zu untersuchende Molekül befindet sich in einem Zustand niedriger Energie oder einem angeregten elektronischen Zustand höherer Energie. Innerhalb dieser elektronischen Zustände gibt es verschiedene Schwingungszustände. Durch Kollisionen mit anderen Molekülen verliert das angeregte Molekül Schwingungsenergie, bis es den niedrigsten Schwingungszustand erreicht. Fluoreszenzspektroskopie analysiert die verschiedenen Frequenzen des emittierten Lichtes und bestimmt daher die Struktur der verschiedenen Schwingungszustände.

Messtheorie

Ein Lichtstrahl (in der Regel ultraviolettes Licht aus einem Laser, einer LED, Xenon-Lichtbogenlampe oder Quecksilberdampflampe) regt die Elektronen innerhalb der Moleküle an, was sie veranlasst (nicht immer sichtbares) Licht auszusenden. Ein Laser emittiert nur Licht hoher Bestrahlungsstärke bei einem Wellenlängenintervall unter 0,01 nm. Eine Quecksilberdampflampe emittiert Licht nahe von Scheitelpunktswellenlängen. Ein Xenon-Lichtbogen besitzt ein kontinuierliches Emissionsspektrum im Bereich von 300 bis 800 nm und ausreichende Bestrahlungsstärke für Messungen bis knapp 200 nm hinab.

Das Licht passiert einen Filter oder Monochromator und trifft auf die Probe. Sie absorbiert das Licht und die Moleküle in der Probe fluoreszieren. Dieses Fluoreszenzlicht passiert einen zweiten Filter oder Monochromator und erreicht einen Detektor, der im Winkel von 90° zum anregenden Lichtstrahl angeordnet ist, um die Menge an transmittiertem oder reflektiertem Licht zu minimieren. Der Detektor misst das einfallende Licht und dessen Wellenlänge, die charakteristisch für spezifische organische Verbindungen sind.

Nutzen
  • Schnelle Reaktion auf Konzentrationsveränderungen
  • Analyse von verschiedenen Aggregatzuständen (flüssig oder fest, irreguläre Zustände)
  • Zerstörungsfreie Analyse
  • Keine gefährlichen Nebenprodukte
  • Gut geeignet für In-situ-Studien im Labor und direkt auf dem Feld
Anwendungsbeispiele
  • Analyse organischer Verbindungen in der (bio)chemischen und medizinischen Forschung sowie in der Agrarwirtschaft und Nahrungsmittelproduktion
  • Nachweis von Verbindungen, die auch in sehr niedriger Konzentration in der Luft oder im Wasser vorhanden sind
  • Nachweis von Schwermetallen (z. B. Quecksilber)
  • Umleitung von Photonen