Fluoreszenz – Phosphoreszenz

Regt man fluoreszierende Stoffe mit Licht einer bestimmten Wellenlänge/Farbe an, so erstrahlen sie in einer anderen Farbe mit geringerer Energie/größerer Wellenlänge. Stoppt man die Anregung, so verschwindet die Fluoreszenz nahezu instantan. Bei der Phosphoreszenz ist dies anders. Zuerst muss man den phosphoreszierenden Stoff mit Licht geringer Wellenlänge “aufladen”. Stoppt dann die Anregung, so leuchtet er aber im Gegensatz zur Fluoreszenz deutlich länger nach. Diese Nachleuchtdauer kann von einigen Sekunden bis zu Stunden reichen. Verantwortlich für dieses Nachleuchten bei der Phosphoreszenz sind verbotene Energieübergänge. Dazu ein Termschemabild zur Erläuterung:


Ad Fluoreszenz:

Bekannte fluoreszierende Stoffe sind etwa Fluorescein/Fluoreszin oder Chinin. Während ich ersteres über ebay gekauft habe, bekommt man Chinin im Supermarkt in Form von Bitter Lemon Getränken. Zur Anregung verwende ich zumeist meine 365nm UV-Taschenlampe. Diese bekommt man auch im Internethandel für kleines Geld…

Hier das Anregungs- und Emissionsspektrum von Fluorescein:

Wie man anhand der Grafik erkennen kann, eignen sich zur Anregung am Besten Wellenlängen um die 490 nm. Zum Glück habe ich eine 488 nm Laserdiode in meinem Fundus. Mit dieser und meinem Webcamspektroskop konnte ich dann das Emissionsspektrum von Fluorescein aufnehmen:

Hier nun das Bitter Lemon mit dem Chinin aus dem Supermarkt, wobei ich hier mit 365 nm anrege:

Viele radioaktive Mineralien wie Autunit oder Uranocircit fluoreszieren auch sehr schön:

Auch ein Rubinstab für Laseraufbauten fluoresziert. Diesen habe ich über ebay.com aus Russland gekauft, natürlich noch vor dem Ukraine-Krieg…

Angeregt wird dieser mit meinem 405 nm Laser:

Mit meinem Lichtdetektor haben dann mein jüngster Sohn und ich die Anregungsdauer des Rubins untersucht. Hierfür haben wir den Lichtdetektor an mein Digitaloszilloskop angeschlossen und über die fallende Flanke des ausgeschalteten Anregungslasers getriggert:

Ohne Rubin nimmt die Lichtintensität des Laserlichts abrupt ab:

Mit Rubin erkennt man die exponentielle Abnahme der Fluoreszenz:

Die Halbwertszeit beträgt bei Rubin konkret ca. 2 ms, was für Fluoreszenz eigentlich extrem lange ist. Nach der Heisenbergschen Unschärferelation ΔE · Δt ≥ h/4·π bedeutet aber eine lange Zeitunschärfe bzw. Anregungszeit Δt eine sehr geringe Energieunschärfe ΔE. Das Fluoreszenzlicht sollte daher bei Rubin eine sehr geringe Frequenzunschärfe besitzen, sprich fast monochromatisch sein. Zur Überprüfung dessen habe ich das Spektrum mit meinem Webcamspektroskop aufgenommen:

Und in der Tat erhält man bei 694 nm fast eine monochromatische “Linie” im Spektrum:


Ad Phosphoreszenz:

Bei der Phosporeszenz leuchtet der Stoff im Gegensatz zur Fluoreszenz viel länger nach. Diese Nachleuchtdauer kann einige Sekunden, aber auch Stunden betragen. Über Aliexpress kann man günstig phosphoreszierendes Pulver kaufen:

Die Nachleuchtdauer habe ich ebenfalls mit meinem Photodiodenlichtsensor erfasst:

Hier sieht man die genau über dem Leuchtpulver platzierte Photodiode:

Man erhält eine annähernd exponentielle Abnahme der Lichtintensität über etliche Sekunden hinweg:

Ich habe auch ein wenig über phosphoreszierende Mineralien recherchiert und bin dabei auf den Aragonit/Eisenblüte gestoßen:

Auf der österreichischen Verkaufsplattform Willhaben entdeckte ich einen Aragonit aus Eisenerz/Erzberg. Diesen habe ich mir dann auch gleich gekauft:

Leider zeigte er aber keinerlei Phosphoreszenz: