peiting

ZfP-Sonderpreis der DGZfP beim Regionalwettbewerb Jugend forscht
PEITING
Fluoreszenz-Experimente aus der
Biologie mit modernen UV-LEDs
Oliver Debacher
Schule:
Jugend forscht 2015
Fluoreszenz-Experimente aus der Biologie
mit
modernen UV-LEDs
Inhaltsverzeichnis
Fluoreszenzerscheinungen und Sichtbarmachung
Allgemeines zur Fluoreszenz
Verwendete Lichtquelle
Herkömmliche Schwarzlichtlampen
Schaltplan LED mit Vorwiderstand
Versuche
Ergebnisse
S.2
S.3
S.4
S.5
S.6
S.7
S.8
Fluoreszenzerscheinungen und Sichtbarmachung
In der Biologie findet man verschiedenste
Fluoereszenserscheinungen. Die bekanntesten dürften die
Fluoreszenz des Chlorophylls sowie die Fluoreszenz des
Aesculins aus Kastanienzweigen sein.
Üblicherweise erfordert die Anregung zur Fluoreszenz eine
UVLichtquelle.
Hierzu eignen sich teils sehr teure UV-Lampen, aber auch
Geldscheinprüfgeräte oder Schwarzlichtlampen zum Einsatz in
Diskotheken.
Sehr gut eignen sich aber auch moderne UV-Leuchtdioden, die
mittlerweile immer preisgünstig erhältlich sind. Diese
Leuchtdioden sind mittlerweile in verschiedenen Leistungen
erhältlich.
Ich habe versucht, geeignete und nicht allzu teure Lichtquellen
auszutesten
Allgemeines zur Fluoreszenz
Fluoreszenz ist die spontane Emission von Licht kurz nach der
Anregung eines Materials. Dabei ist das emittierte Licht
energieärmer als das vorher absorbierte. Fluoreszenz wurde
erstmals 1852 von George Gabriel Stokes beschrieben. Das Wort
„Fluoreszenz“ leitet sich von dem fluoreszierenden Mineral
Fluorit (Flussspat, Calciumfluorid, CaF2) ab.
Verwendete Lichtquellen
Leistungs-LEDs mit 4 x 0,5 W Leistung; Wellenlänge 395 nm
Sehr schöne Fluoreszenzanregung ist auch mit einer LeistungsLED mit 1 W möglich, die zudem eine kleinere Wellenlänge
liefert.
Diese LED wurde mit einer elektronischen Strombegrenzung, die
fertig und passend erhältlich ist, versehen.
meine LEDs
Herkömmliche Schwarzlichtlampen
Schwarzlicht ist die umgangssprachliche Bezeichnung für UV-AStrahlung, die durch Niederdruck-Gasentladungslampen erzeugt
wird. Diese sind mit speziellen Leuchtstoffen ausgerüstet, um
Ultraviolettstrahlung bei 350 nm (Nanometer = nm) oder 370 nm
ohne einen Anteil an sichtbarem Licht abzugeben. Schwarzlicht
wird auch durch Glühlampen mit einem das sichtbare Licht
absorbierenden Glaskolben (Nickeloxid-dotiert) und UltraviolettLeuchtdioden erzeugt.
„Schwarzlicht“ wird oft für Showeffekte in abgedunkelten
Räumen eingesetzt, wie zum Beispiel in Diskotheken, bei
Zauberveranstaltungen oder auch für Schwarzlichttheater. Die
Strahlung regt fluoreszierende Stoffe zum Leuchten an, und da
helles Licht vermieden wird, wirken sich die Leuchteffekte
besonders aus, wie dies beispielsweise bei Textilien, Papieren,
künstlichen Zähnen und anderen Materialien mit optischen
Aufhellern auffällt.
Schaltplan LED mit Vorwiderstand
Leuchtdioden dürfen nur von einer bestimmten Stromstärke I
durchflossen werden. Damit die Stromstärke an das verwendete
Netzgerät angepasst werden kann ist entweder ein Vorwiderstand
oder eine elektronische Schaltung zur Strombegrenzung
erforderlich.
Jede einzelne Leuchtdiode wurde wie folgt beschaltet:
Der Vorwiderstand lässt sich mit Hilfe des Ohmschen Gesetzes
einfach berechnen:
Die Stromstärke für eine LED beträgt 100 mA oder 0,1 A bei
einer Spannung von 3,0 V. Die LEDs werden aus einem Netzgerät
mit einer Spannung von 5 V versorgt, damit ergibt sich ein
Vorwiderstand von 20 Ω. Damit etwas Sicherheitsreserven bleiben
wird ein Widerstand von 22 Ω verwendet.
Versuche
Versuch 1: Ich stelle einen frisch abgeschnittenen Kastanienzweig
in ein Glas voll mit Wasser und richte die UV-LEDs auf dieses.
Versuch 2: Ich nehme mir zwei gelbe und eine grüne Banane, die
ich nebeneinander lege und mit den UV-LEDs beleuchte.
Ergebnisse
Versuch 1:
Der Kastanienzweig gibt eine in Schwaden austretende
fluoreszierende Flüssigkeit ab.
Versuch 2:
Die grüne Banane fluoresziert heller als die anderen gelben.