- Studentshelp

[email protected]
Lumineszenz , Phosphoreszenz, Fluoreszenz
Unter Lumineszenz ( lat. Lumen „Licht“ ) versteht man Leuchterscheinungen bei Stoffen
(Luminophoren ) in kaltem Zustand. Gegensatz dazu ist die sog. Temperaturstrahlung, bei der
die Stoffe sich in erhitztem Zustand befinden.
Die Lichtaussendung erfolgt dabei nach einer vorausgegangenen Anregung durch Bestrahlen
der Stoffe. Dies geschieht mit sichtbaren oder UV-Licht ( Photo-L. ), mit Röntgen- oder
Gammastrahlen ( Röntgen-L.) oder mit radioaktiver Strahlung ( Radio-L.). Daneben können
aber auch chemische Vorgänge ( Chemo-L.) sowie das Einwirken elektrischer Felder bzw.
elektrischer Entladungsvorgänge ( Elektro-L., beispielsweise in Leuchtstofflampen ) die
Ursache von Lumineszenz sein. Auch können Lebewesen leuchten ( Bio-L. ), beispielsweise
Glühwürmchen.
Näher beschreiben möchten wir die sog. Photolumineszenz, bei der man zwischen
Phosphoreszenz und Fluoreszenz unterscheidet.
Fluoreszenz ist das Nachleuchten mancher Stoffe nach Bestrahlung mit Licht, Röntgen- oder
Korpuskularstrahlung ( Teilchenstrahlung ).
Was passiert bei der Fluoreszenz ?
Versuch
Bei Bestrahlung eines Stoffes ( z.B. Fluorescein ) mit UV-Licht, dessen Wellen etwa der
Wellenlänge zwischen 10 -10 m und 10 -7 m zugerechnet werden, läßt sich beobachten, daß der
Stoff Licht einer bestimmten Wellenlänge ausstrahlt. Fluorescein ist ein gelblicher Farbstoff,
der grünlich fluoresziert. Seine Farbstoffe dienen für Seide und Wolle. Auch organische
Verbindungen fluoreszieren bei Bestrahlung mit UV-Licht. ( siehe Versuch )
Das Leuchten wird nicht durch Reflexion hervorgerufen, sondern durch Frequenzumwandlung
der unsichtbaren UV-Strahlung in langwelligeres sichtbares Licht. Die einzelnen Elektronen
der Atome werden durch das einfallende UV-Licht in ein höheres Energieniveau versetzt.
Diese Energie wird allerdings sofort wieder freigesetzt und zwar innerhalb von weniger als
10 -6 s. Da diese Energie nicht als ganzes, sondern in einzelnen Energieniveaus abgegeben
werden, sind die danach wieder austretenden Energiequanten energieärmer und somit haben
sie
eine größere Wellenlänge als die absorbierten Energiequanten des UV-Lichts. So tritt neben
der gewöhnlich emittierten Energiequanten ( bei Fluorescein Rotgelb ) ebenfalls grünes
Fluoreszenzlicht auf.
Die Quantenenergie des UV-Lichts wurde unterteilt. Bestrahlt man das Fluorescein nicht mit
UV-Licht, so tritt auch keine Fluoreszenz auf.
Bei der Resonanzfluoreszenz wird genau die Wellenlänge absorbiert wie durch Fluoreszenz
danach emittiert wird. Das bedeutet, daß ein Stoff nur durch sein Fluoreszenzlicht sichtbar
wird. Beispiel ist hierfür das Bestrahlen von einem mit Natriumdampf gefüllten Glaskolben
mit
Natriumlicht. Nur die Energie der Natriumquanten schafft es, die Elektronen in ein höheres
Energieniveau zu heben, der Natriumdampf beginnt zu leuchten.
Phosphoreszenz
es ist ein Anteil der Lumineszenz, der im Gegensatz zur Fluoreszenz nicht sofort nach
Beendigung der Anregung abklingt, sondern sich durch ein längeres Nachleuchten, dies kann
von Bruchteilen einer Sekunde bis zu Monaten geschehen, auszeichnet. Die Abklingzeit ist
stark temperaturabhängig (durch eine Temperaturerhöhung wird sie z. B. verkürzt). Stoffe die
[email protected]
Phosphoreszenz zeigen werden Phosphore genannt. Während bei der Fluoreszenz die
Elektronen aus einem angeregten Zustand direkt wieder in den Grundzustand zurückspringen
und somit die Lichtintensität nur von der spontanen Übergangswahrscheinlichkeit zwischen
den beiden Zuständen(Energieniveaus) abhängt, gelangen die Elektronen bei der
Phosphoreszenz nach der Anregung in bestimmte Speicherniveaus(Elektronenfallen, sog.
Traps), die sich im Festkörper als langlebige (metastabile) Zustände einige Zehntel eV
unterhalb des primär angeregten Niveaus befinden. Zur Entleerung der Speicherniveaus und
damit zur Lichtemission muß die geringe Energiedifferenz bis zum primär angeregten Zustand
wieder zugeführt werden. Das kann thermisch erfolgen und wird Thermolumineszenz genannt
und erklärt die Temperaturabhängigkeit. So kann Licht durch Abkühlung in Phosphoren
„eingefroren“ und später zu beliebiger Zeit durch Erwärmen wieder „ausgetrieben“ werden.
Auf der Phosphoreszenz beruht unter anderem die Wirkungsweise von Leuchtschirmen, bei
denen zur Darstellung eines zusammenhängenden Bildes durch den Elektronenstrahl ein
gewisses Nachleuchten erforderlich ist.
Zusammenfassung: P. ist die Eigenschaft nach Belichtung mit sichtbarem oder UV - Licht
nachzuleuchten. Phosphore sind meist Kristalle, deren Gitterstruktur durch ganz geringe
Beimengungen eines Fremdstoffes gestört ist.