Fluoreszenzspektroskopie: Unterschied zwischen den Versionen
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Die '''Fluoreszenzspektroskopie''' ist ein [[Spektroskopie]]verfahren der [[Analytische Chemie|Analytischen Chemie]]. Sie nutzt [[Fluoreszenz]]-Phänomene zur qualitativen und quantitativen Analyse von Substanzen. | Die '''Fluoreszenzspektroskopie''' (nach [[Europäisches Arzneibuch|Ph. Eur.]] ''Fluorimetrie''<ref>{{Literatur |Titel=Europäisches Arzneibuch 10.0 |Verlag=Deutscher Apotheker Verlag |Datum=2020 |ISBN=978-3-7692-7515-5 |Seiten=46–47}}</ref>) ist ein [[Spektroskopie]]verfahren der [[Analytische Chemie|Analytischen Chemie]]. Sie nutzt [[Fluoreszenz]]-Phänomene zur qualitativen und quantitativen Analyse von Substanzen. | ||
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(2) für den Bruchteil der absorbierten Photonen gilt: <math> 1-10^{-\varepsilon \cdot c \cdot d} = 1-e^{- \ln 10 \cdot \varepsilon \cdot c \cdot d} \approx \ln 10 \cdot \varepsilon \cdot c \cdot d \approx 2{,}30 \cdot \varepsilon \cdot c \cdot d </math> | (2) für den Bruchteil der absorbierten Photonen gilt: <math> 1-10^{-\varepsilon \cdot c \cdot d} = 1-e^{- \ln 10 \cdot \varepsilon \cdot c \cdot d} \approx \ln 10 \cdot \varepsilon \cdot c \cdot d \approx 2{,}30 \cdot \varepsilon \cdot c \cdot d </math> | ||
Die Anregung braucht mehr Energie, daher sind die | Die Anregung braucht mehr Energie, daher sind die Fluoreszenzspektren zu längeren Wellenlängen verschoben ([[Stokes-Shift]]). Moleküle, die passend auseinander liegende Schwingungsniveaus besitzen, können bei hinreichender Nähe die Energie strahlungsfrei übernehmen und damit zur [[Fluoreszenzlöschung]] (Quenching) führen.<ref>P. Atkins, Kurzlehrbuch physikalische Chemie, 3. Aufl., Wiley-VCH, 2002.</ref> Um diese Effekte zu berücksichtigen kann mit einer [[Standardaddition]] gearbeitet werden. | ||
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* [http://www.eqi.ethz.ch/fmi/xsl/eqi/eqi_property_details_de.xsl?node_id=729 Verzeichnis der ETH Zürich von Datenbanken und Nachschlagewerken mit Fluorezenz-Spektren] | |||
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Aktuelle Version vom 5. April 2021, 08:09 Uhr
Die Fluoreszenzspektroskopie (nach Ph. Eur. Fluorimetrie[1]) ist ein Spektroskopieverfahren der Analytischen Chemie. Sie nutzt Fluoreszenz-Phänomene zur qualitativen und quantitativen Analyse von Substanzen.
Physikalische Grundlagen
Als Fluoreszenz bezeichnet man die Licht-Emission nach vorheriger Absorption eines Lichtquants, wenn die Abklingdauer der Strahlung sehr kurz ist (d. h. die Lebensdauer des angeregten Zustands liegt in der Größenordnung 1–100 Nanosekunden). Nach folgender Gleichung ist die Intensität der Fluoreszenz-Strahlung direkt proportional zur Intensität der Anregungsstrahlung.
- $ F=2{,}3\cdot Q_{\mathrm {F} }\cdot I_{0}\cdot \varepsilon \cdot c\cdot d $
mit
- $ F $: „Intensität“ der Fluoreszenzstrahlung (emittierte Photonen pro Zeit und Fläche)
- $ Q_{\mathrm {F} } $: Fluoreszenz-Quantenausbeute (= Anzahl der emittierten Photonen / Anzahl der absorbierten Photonen)
- $ I_{\mathrm {0} } $: "Intensität" der Anregungsstrahlung (eingestrahlte Photonen pro Zeit und Fläche)
- $ \varepsilon $: molarer dekadischer Extinktionskoeffizient
- $ c $: Konzentration
- $ d $: Schichtdicke der Küvette
Diese Formel ist nur gültig für schwache Absorption, d. h. $ 1-10^{-\varepsilon \cdot c\cdot d}\ll 1 $, so dass
(1) die emittierten Photonen nur zu einem vernachlässigbaren Bruchteil wieder absorbiert werden
(2) für den Bruchteil der absorbierten Photonen gilt: $ 1-10^{-\varepsilon \cdot c\cdot d}=1-e^{-\ln 10\cdot \varepsilon \cdot c\cdot d}\approx \ln 10\cdot \varepsilon \cdot c\cdot d\approx 2{,}30\cdot \varepsilon \cdot c\cdot d $
Die Anregung braucht mehr Energie, daher sind die Fluoreszenzspektren zu längeren Wellenlängen verschoben (Stokes-Shift). Moleküle, die passend auseinander liegende Schwingungsniveaus besitzen, können bei hinreichender Nähe die Energie strahlungsfrei übernehmen und damit zur Fluoreszenzlöschung (Quenching) führen.[2] Um diese Effekte zu berücksichtigen kann mit einer Standardaddition gearbeitet werden.
Geräteaufbau
Der Aufbau eines Fluorimeters ist ähnlich dem eines Photometers, wobei jedoch die Fluoreszenz mit bestimmter Emissionswellenlänge ($ \lambda _{\mathrm {em} } $) stets im Winkel von 90° gemessen wird, um die Anregungsstrahlung ($ \lambda _{\mathrm {ex} } $) nicht mit zu erfassen.[3] Im Unterschied zur Photometrie wird hierbei die Strahlungsintensität der Emission senkrecht zur Richtung der Anregungsstrahlen gemessen. Dem Fluorimeter ist ein Emissionsmonochromator vorgeschaltet, um Reste des Anregungslichtes (Streulicht) zu entfernen. Als Lichtquelle verwendet man meist Hochdruck-Gasentladungslampen. Seit den 1970er Jahren werden vermehrt auch Laserstrahlen verwendet.
Siehe auch
- Einzelmolekülfluoreszenzspektroskopie
- Fluoreszenzmikroskopie
- Laserinduzierte Fluoreszenz
Literatur
- Schwedt: Analytische Chemie. 2. Auflage. WILEY-VCH, 2008, ISBN 978-3-527-31206-1.
Weblinks
Einzelnachweise
- ↑ Europäisches Arzneibuch 10.0. Deutscher Apotheker Verlag, 2020, ISBN 978-3-7692-7515-5, S. 46–47.
- ↑ P. Atkins, Kurzlehrbuch physikalische Chemie, 3. Aufl., Wiley-VCH, 2002.
- ↑ Gey: Instrumentelle und Analytik und Bioanalytik. 2. Auflage. Springer, 2008, ISBN 978-3-540-73803-9, doi:10.1007/978-3-540-73804-6.
