Was ist Fluoreszenzspektroskopie?

Von Paul Heney | 3. Mai 2023

Die Fluoreszenzspektroskopie ist eine Methode zur Bestimmung der Zusammensetzung einer Probe. Es regt eine Probe mit elektromagnetischer Strahlung an, wodurch diese charakteristische Strahlung aussendet. Dies ist eine zerstörungsfreie Methode zur Analyse der Probenzusammensetzung. Instrumente zur Durchführung der Fluoreszenzspektroskopie werden als Fluorometer bezeichnet. Am häufigsten wird die Probe mit ultraviolettem Licht angeregt und das emittierte Licht liegt im sichtbaren Spektrum. Auch zur Elementaranalyse werden Röntgenfluorometer eingesetzt. Fluoreszenzspektroskopie wird in vielen Bereichen eingesetzt, darunter in der Biochemie, Medizin und Wasserqualität.

Fluoreszenz ist ein Prozess, bei dem Stoffe Strahlung absorbieren und wieder abgeben. Moleküle haben unterschiedliche Energieniveaus, die durch die Position der Elektronen innerhalb der Hüllen und Schwingungszustände bestimmt werden. Wenn ein Molekül durch die Absorption eines Photons elektromagnetischer Strahlung angeregt wird, speichert es diese Energie vorübergehend, indem es in einen höheren Energiezustand springt, wobei sich ein Elektron zu einer weiter vom Kern entfernten Hülle bewegt. Aufgrund der elektrischen Anziehung zwischen Elektron und Kern fällt das Elektron schnell in den niedrigeren Energiezustand zurück und die Energie wird als Photon freigesetzt. Diese freigesetzten Photonen sind die wieder emittierte Strahlung – und sie haben eine Frequenz, die für den einzigartigen Schwingungszustand des Moleküls charakteristisch ist.

Die Fluoreszenzspektroskopie kann mit Filterfluorometern oder Spektrofluorometern durchgeführt werden. Filterfluorometer verwenden Filter, um die Anregungsstrahlung vom emittierten Fluoreszenzlicht zu trennen. Spektrofluorometer verwenden einen Beugungsgittermonochromator, um das Anregungs- und Fluoreszenzlicht zu trennen. In beiden Fällen emittiert die Anregungsquelle Strahlung mit einem breiten Spektrum und das Frequenzband wird dann durch einen Filter oder Monochromator eingeengt, bevor es die Probe erreicht. Die Frequenz des Fluoreszenzlichts wird dann bestimmt, indem es durch einen anderen Filter oder Monochromator und Fotodetektor geleitet wird. Die Probe fluoresziert in alle Richtungen, unabhängig vom Winkel der einfallenden Anregungsstrahlung. Der Detektor wird daher normalerweise senkrecht zum Anregungsstrahl positioniert, um das Eindringen von durchgelassenem oder reflektiertem Licht auf den Detektor zu minimieren.

Die Anregungslichtquelle kann eine Quecksilberdampflampe, ein Xenonbogen, eine LED oder ein Laser sein. Ein Vorteil der Verwendung eines Lasers besteht darin, dass aufgrund des sehr schmalen Frequenzbands kein Anregungsmonochromator oder -filter erforderlich ist. Allerdings ist die Anpassung der Frequenz dadurch deutlich schwieriger und etwas eingeschränkter. Ein Monochromator mit mechanisch abtastbarem Beugungsgitter und Polarisationsfiltern kann so eingestellt werden, dass er über einen weiten Wellenlängenbereich scannt.