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Lexikon der Optik: Fluoreszenzspektroskopie

Fluoreszenzspektroskopie, ein auf der Messung der Fluoreszenz beruhendes spektroskopisches Verfahren. Es wird die von angeregten Atom- bzw. Molekülniveaus emittierte Strahlung mit einem Spektrographen analysiert. Dabei entspricht jedem Übergang von einem angeregten in ein energetisch tiefer liegendes Niveau eine Emissionslinie, sofern die betreffenden Auswahlregeln einen strahlenden Übergang erlauben. Die Linienform und -breite sind im Falle von Gasen wie bei der Absorptionsspektroskopie in der Regel durch den Gasdruck bestimmt. Nur bei niedrigen Drücken (≤1 kPa) ergibt sich ein Gauß-Profil mit Doppler-Breite (Linienbreite). Bei elektronischen Übergängen im ultravioletten und sichtbaren Spektralbereich können allerdings auch Niveaus mit extrem kurzen Lebensdauern einbezogen sein, die dann die Breite der entsprechenden Spektrallinien mitbestimmen. Die Anregung der Niveaus erfolgt vorwiegend durch Lichteinstrahlung. Registriert man die spontan emittierte Fluoreszenzstrahlung, so benötigt man in der Regel einen Spektrographen, um die Vielzahl der auftretenden Emissionslinien messen und bestimmten Übergängen zuordnen zu können. Die spektroskopische Genauigkeit ist dann durch das Auflösungsvermögen des verwendeten Spektrographen bestimmt.

Mit der Verfügbarkeit durchstimmbarer Laserlichtquellen zur optischen Anregung bietet sich ein besonders attraktives Verfahren der F. an, die laserinduzierte Fluoreszenz. Stimmt man z.B. die Frequenz des Anregungslasers kontinuierlich durch, so erhält man durch Registrierung der gesamten Fluoreszenzintensität das Fluoreszenz-Anregungsspektrum, das die spektrale Struktur des erfaßten Energiespektrums mit hoher Auflösung widerspiegelt. Neben der hohen spektralen Auflösung gestattet die Methode der laserinduzierten Fluoreszenz wegen der effektiven Anregung auch eine extrem hohe Nachweisempfindlichkeit. Sie wird daher in Verbindung mit intensiven Impulslasern häufig zum Nachweis sehr geringer Konzentrationen insbesondere von kurzlebigen Spezies (z.B. Radikalen) verwendet.

Generell ist festzustellen, daß die F. vorwiegend auf den sichtbaren und den UV-Bereich beschränkt ist, da die nach dem Franck-Condon-Prinzip erlaubten strahlenden Übergänge zwischen elektronischen Zuständen in der Regel hohe Übergangswahrscheinlichkeiten besitzen. Für die Schwingungs-Rotations-Übergänge im IR-Bereich dagegen sind strahlende Übergänge entweder verboten oder die Lebensdauer der betreffenden Niveaus ist so groß, daß nur sehr empfindliche Nachweisverfahren ein Signal liefern.

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