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Fluorescentie

Fluoreszierende Mineralien

Fluoreszenz ist ein Sonderfall von Lumineszenz. Es ist ein physikalisches Phänomen, bei dem ein Atom a hohe Energie Photon absorbiert und verursacht ein Elektron in a aufgeregter Zustand landet und fällt dann zurück in die Grundzustand ein Photon mit niedrigerer Energie (längere Wellenlänge) emittiert.

Der Begriff Fluoreszenz kommt von Fluorit: ein Mineral das besteht aus Salz-Calciumfluorid (CaF₂), eine bekannte fluoreszierende Substanz.

Arten der Fluoreszenz

Fluoreszenz im Bereich ultravioletter Strahlung und sichtbarem Licht wird durch angeregte Zustände eines Elektrons in einem Atom verursacht: Die Energieunterschiede zwischen den Elektronenbahnen der bindenden Elektronen liegen dort in der Größenordnung von wenigen Elektronenvolt (eV). Eine kleine Änderung des Atoms ändert leicht die Energieniveaus und damit die Wellenlänge, bei der die Fluoreszenz auftritt. Diese Effekte können verwendet werden, um die Moleküle zu identifizieren.

Auch für röntgen kann fluoreszieren (Röntgenfluoreszenz) auftreten, aber hier handelt es sich um die innersten, am engsten gebundenen Elektronen schwerer of Atome. Die Energieunterschiede liegen in der Größenordnung von einigen bis zehn keV. Diese Energieniveaus ändern sich nicht messbar, wenn das Atom in ein Molekül eingebaut wird, sodass diese Fluoreszenzphänomene verwendet werden können, um die Arten von Atomen, aus denen eine Probe besteht, unabhängig von der chemische Bindungen. Diese Technik heißt Röntgenfluoreszenzspektrometrie.

Anwendung

Es gibt sowohl freie natürlich vorkommende als auch synthetisierte Materialien mit fluoreszierenden Eigenschaften. Die bekanntesten Beispiele sind die Leuchtstoffröhre und der Energiesparlampe. Hiermit, ultraviolett Strahlung, die durch eine elektrische Entladung in einem verdünnten Gas in einer Röhre erzeugt wird. Dieses UV-Licht wird dann durch ein Pulver, das auf die Innenseite der Röhre aufgetragen wird, in sichtbares Licht umgewandelt. Solche Pulver werden oft als Leuchtstoffe bezeichnet, obwohl sie es nicht sind Phosphor enthalten.

Das gleiche Prinzip wird bei der Echtheitsprüfung von Banknoten angewendet. Die Banknoten sind mit fluoreszierenden Substanzen versehen, die mit Hilfe von a UV-Lampe sichtbar gemacht werden kann.

Fluoreszierende Farben werden auch in Kleidung verwendet, die im Straßenverkehr auffallen muss (die orangefarbenen Westen der Straßenarbeiter) und in gelben, grünen und orangefarbenen Markern, um Text zu markieren. Da solche Farben kurzwelliges blaues Licht in längerwellige Farben umwandeln, scheinen sie bei manchen Lichtverhältnissen (Disco, UV-Licht) tatsächlich Licht zu emittieren. (Unter einer UV-Lampe, auch genannt Schwarzlicht erwähnt, Zähne erscheinen manchmal grün.) Auch optische Aufheller im Reinigungsmittel wandeln UV-Licht durch Fluoreszenz in blaues sichtbares Licht um.

Lumineszenz kann auch während einiger chemischer Reaktionen auftreten. Ein bekanntes Beispiel ist die Oxidation von luminol, bei dem ein Sauerstoffatom vorübergehend in einen angeregten Zustand gebracht wird. Die Reaktion von Luminol ist keine Fluoreszenz, sondern Chemilumineszenz.

Biene Fluoreszenzmikroskopie fluoreszierende Proteine (z.B. Grünes fluoreszierendes Protein (GFP)) verwendet unter anderem in DNAForschung. Diese Technik heißt FISCH: Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierung. Fluoreszierend Pigmente die von Proteinen gebildet werden, kommen bei einigen Arten natürlich vor Qualle (Aequorea victoria) und Korallen (Diskosoma). Diese Meeresbewohner absorbieren das schädliche blaue oder ultraviolette Licht und absorbieren einen Teil der Energie daraus. Den Rest senden sie in Form längerer, sichtbarer Wellenlängen wie rotem oder grünem Licht zurück. Diese natürliche Form des "Sonnenschutzes" ermöglicht es ihnen, in seichten Meeresgewässern zu gedeihen. Dieses Naturphänomen ist Biofluoreszenz erwähnt.^[1]

Dank an genetische Veränderung es ist auch möglich, anderen Tieren fluoreszierende Eigenschaften zu verleihen. Das bekannteste Beispiel dafür ist die seit 2003 im Einsatz befindliche Nachtperle (fluoreszierender Aquarienfisch) Taiwan ist verkauft.

Fluoreszenz muss unterschieden werden von Phosphoreszenz, das Phänomen, dass eine Substanz nach dem Belichten im Dunkeln noch eine Weile nachleuchtet. Dies wird unter anderem bei der Farbe auf den Zeigern von Uhren verwendet.