Lumineszenz , Phosphoreszenz, Fluoreszenz

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 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.