Optische Spektroskopie mit dispersiven Spektrometern
Grundlagen - Bausteine - Systeme - Anwendungen

Diese Seite ist die Zusammenfassung von Kapitel 4 des Buchs
"Applications of Dispersive Optical Spectroscopy Systems",
ISBN 9781628413724, beim SPIE-Verlag, Bellingham, WA, USA

Anwendungen – L1
(Photo)Lumineszenz - Fluoreszenz – Phosphoreszenz, statisch

Diese Seite enthält das Inhaltsverzeichnis, die Kurzzeichen und Symbole, Umrechnungen, sowie die Gleichungen und Formeln, die Details sind exclusiv im Buch.

L1.0 Einleitung
Die Interaktion zwischen Licht und Materie kann folgende Effekte zur Folge haben:
1) Transmission ohne Interaktion, Reflexion ohne Absorptionseffekte
2) Transmission/Reflexion bei der Licht als Energiequelle genutzt wird, um den energetischen Zustand der Probe zu verändern
3) Transmission/Reflexion mit Streuung des Lichts an der Probe
Das Energie-Erhaltungsgesetz besagt, dass das durch eine Probe transmittierte Licht plus die Summe der Reflexionen den Faktor 1, also den Ausgangswert ergeben muss:

T + R = 1

 

Jablonski-Diagramm und typische Kurven
Grafik L1:
Das Jablonski-Diagramm und ein typisches Fluoreszenz-Spektrum.

L1.0.1 Parameter der Lumineszenz-Messung
L1.0.2 Anforderungen der Lumineszenz-Messung
1. Forderung: das Anregungslicht soll im Probenvolumen gut fokussiert sein, um hohe Strahldichte zu erreichen. Starke Lichtquellen sind erwünscht.
2. Forderung
: das Anregungslicht soll spektral möglichst rein sein, damit man möglichst nur den Übergang anregt, auf den man durch die Wahl der Anregungswellenlänge zielt.
3. Forderung: es soll möglichst viel Strahlung gesammelt und gemessen werden.
4. Forderung
: In Anregungs- und Emissionsstrahl soll ein programmierbarer Polarisator positioniert werden können.
5. Forderung
: um die Anregung normieren zu können, ist eine Referenzdetektion erforderlich; um die Emission zu normieren soll das Meßsystem kalibrierfähig sein.

L1.0.3 Aufbau eines statischen Fluoreszenz-Spektrophotometers
Aus den Forderungen 1 – 5 ergibt sich der folgende Hochleistungs-Fluoreszenz-Aufbau: 

Hochleistungs-Aufbau
Grafik L2:
Gezeigt ist ein Aufbau mit Linsenkopplung

Auf diese Grafik kommen wir im folgenden Text immer wieder zurück.
L1.0.3.1 Der Strahlengang und spektrale Störmöglichkeiten
L1.0.4 Details eines statischen Photolumineszenz-Spektralphotometers
L1.0.4.1
Die Anregungsseite
 

Anregungskurven  am Bsp. Rhodamin-Bl
Grafik L3:
die wesentlichen Spektren in einem realen Anregungsfall

L1.0.4.2 Die Referenzbildung
L1.0.4.3 Warum ein Doppelmonochromator in der Anregung?
L1.0.4.4 Die Probenbeleuchtung
Probengeometrien
Grafik L4A:
Die meist genutzten Probengeometrien und Beleuchtungen.

 Strahl-Orientierung
Grafik L4B:
vertikale gegen horizontale Strahlorientierung

L1.0.4.5 Der Weg des Emissionslichts
Gegenüberstellung f/2 und f/4
Grafik L5: Gegenüberstellung von f/2- und f/4-Apertur

L1.0.4.6 Spektrale Zerlegung des Emissionslichts und Verarbeitung
 Ovalen-Spektren/Auflösung
Grafik L6
: der Einfluss der Bandbreite

L1.0.5 Lumineszenz-Messmethoden
L1.0.5.1 Der Emissions-Scan

L1.0.5.2 Der Anregungs-Scan
L1.0.5.3 Fluoreszenz-Polarisation
Die Gleichungen dazu:
F39, die Probenpolarisation (der Polarisationsgrad):  
P = [(Ip – Is) / [(Ip + Is)]
F40, die Anisotropie   r = [(Ip – Is) / [(Ip + 2Is)]
L 1.0.5.4 Die Messung der totalen Fluoreszenz

 3D-Plot
Grafik L7
: die totale Lumineszenz in 3-D-Darstellung

L 1.0.5.5 Fluorescence Resonance Energy Transfer, FRET abgekürzt oder
Förster Energie-Transfer genannt

L 1.0.5.7 Zweiphotonenanregung/Aufwärts-Lumineszenz
 

Jablonksi-Diagramm für Aufwärtskonversion
Grafik L8:
das Jablonski-Modell für die 2-Photonen-Absorption/Lumineszenz

L1.0.6 Modulierte Anregung für NIR/IR und Phosphoreszenz
L1.0.7 Zusammenfassung der Anforderungen an ein statisches Lumineszenzspektrophotometer
Die Lichtquelle soll
Der Anregungsmonochromator soll
Die Proben-Beleuchtung und die -Positionierung soll
Die Emissions-Sammlung soll
Der Emissionsmonochromator soll
Der Detektor soll
L1.0.9 Kalibrierung, Gerätevergleich und Streulichttest
L1.0.9.1 Kalibrierung
L1.0.9.2  Gerätevergleich, Leistungstest

Dann wird das Verhältnis Ramenmaximum (netto)/ Background-Std zu berechnen. Das ist der SNR-Kennwert, der in vielen Datenblättern zu finden ist. Grafisch dargestellt ist die
Raman- S/N-R-Messung 

Raman an Wasser
Grafik L9
: die Signale zur Raman-S/N-R-Messung am Wasser

Vorschlag für eine erweiterte Prüfung:

L1.0.9.3 Streulichttest, Anregung


L1.0.9.4 Streulichttest, Emission

L1.0.10 Ein realisiertes Beispiel

Systemfoto
Bild L
10
zeigt ein reales System, das alle Anforderungen in L1.0.7 erfüllt

Beschreibung.
Die dynamische Lumineszenz (Lifetime-Spektroskopie) ist unter Anwendung L2 beschrieben.

Alle Urheberechte für  "spectra-magic.de" und  "Optische Spektroskopie mit dispersiven Spektrometern Grundlagen - Bausteine - Systeme - Anwendungen" liegen bei Wilfried Neumann, D-88171 Weiler-Simmerberg. Status: April 2012, komplett.