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Referat aus der Physik

© Sebastian Stumpf

 

Thema: Resonanzfluoreszenz

Fluoreszenz ist eine charakteristische Leuchterscheinung von festen Körpern, Flüssigkeiten oder Gasen nach Bestrahlung mit Licht, Röntgen- oder Korpuskularstrahlen. Im Gegensatz zur Phosphoreszenz spricht man von Fluoreszenz bei Stoffen, die kein Nachleuchten zeigen. Das Fluoreszenzlicht erlischt also gleichzeitig oder ganz kurze Zeit (< 10-6 s) nach der Bestrahlung. Die Atome des Fluoreszenzstoffes absorbieren Energiequanten (z.B. Photonen geeigneter Energie) der einfallenden Strahlung, befinden sich also im angeregten Zustand. Durch spontane Emission des charakteristischen Fluoreszenzlichtes geben sie diese Energie ab und gelangen so in den Grundzustand.

Stokessches Gesetz:

Nach dem Stokesschen Gesetz hat die Fluoreszenzstrahlung in der Regel keine kleinere Wellenlänge als das erregende Licht, d.h., die Energie h·f ' des ausgesandten Lichtquants kann nicht größer sein als die Energie h·f , die durch den erregenden Lichtquant zugeführt wurde.

Wenn das Fluoreszenzlicht die gleiche Wellenlänge wie das absorbierte Licht hat , dann spricht man von Resonanzfluoreszenz.

 

 

Versuche zur Resonanzfluoreszenz:

1.Versuch:

Na-Dampflampe  

 

 

Schickt man durch eine Bunsenflamme Licht einer Na-Dampflampe , so lässt die Flamme das Licht ungehindert durch. Bringt man Kochsalz NaCl in die Bunsenflamme, so sendet sie das charakteristische gelbe Natriumlicht aus und wirft einen kräftigen Schatten.

Erklärung: Die Na-Atome in der Flamme absorbieren die Photonen der Na-Dampflampe und emittieren sie anschließend nach allen Richtungen.

 

2. Versuch:

  Ein mit Na-Dampf gefüllter Glaskolben wird mit Na-Licht bestrahlt. Bei einer Temperatur von 200ºC ist die Dampfdichte so groß, dass das Na-Licht von vielen Na-Atomen absorbiert und anschließend nach allen Richtungen wieder emittiert wird, was sich durch eine gelbe Trübung in dem Kolben zeigt. Erhöht man die Temperatur, so ist die Dampfdichte so groß, dass das Licht nur einige Zentimeter weit in die "Na-Atmosphäre" eindringen kann.

Hinweis: Die Bunsenflamme mit NaCl im 1. Versuch könnte durch den Glaskolben im 2. Versuch ersetzt werden.

 

3. Versuch:

  Füllt man ein geeignetes Gefäß mit einer Fluoreszein-Lösung und bestrahlt man es anschließend mit weißem Licht, so leuchtet die Lösung grün, wenn man es unter 90º beobachtet und purpur, wenn man es unter 0º betrachtet.

Erklärung: Die Atome bzw. die Moleküle in der Fluoreszein-Lösung absorbieren das grüne Licht, das in dem weißen enthalten ist und emittieren es anschließend in allen Richtungen. Die Purpurfarbe entsteht dadurch, dass man die grüne Farbe durch Absorption herausgeblendet hat. Purpur ist also die Komplementärfarbe zu grün, d.h., "weiß – grün = Purpur".

 

Komplementärfarben

Heraus-

Geblendete Farbe:

Rot

Orange

Gelb

Grün

Blau

Indigo

Violett

Mischfarben

des Restes:

Grün-

blau

Blau

Violett

Purpur

Orange

Gelb

Grün-

gelb

Anwendungen: Die Fluoreszenzeigenschaften des Fluoreszeins werden zum Beispiel bei der Angiographie in der Medizin genutzt.

  Einzelbild aus einer Angiographiesequenz, aufgenommen mit einem Scanning-Laser-Ophthalmoskop. Dargestellt ist die zeitliche Mitte der Füllungsphase der Gefäße mit Fluoreszein: Die bereits gefüllten Arterien erscheinen sehr hell, während die Venen, deren Füllung gerade beginnt, sich noch dunkel abbilden

 

Die Fraunhoferschen Linien:

Im Jahre 1814 entdeckte J. Fraunhofer die Absorptionslinien (Umkehrlinien) im kontinuierlichen Spektrum des Sonnenlichtes. Wie im 1. Versuch gezeigt wurde, wird das gelbe Licht einer Na-Dampflampe von Na-Dampf absorbiert, das bedeutet, dass man mit Hilfe von den Absorptionslinien im Spektrum des Sonnenlichtes feststellen kann, welche Elemente auf der Sonne vorkommen. Ein Teil von den Linien ist irdischen Ursprungs (Absorption in der Erdatmosphäre), während der größte Teil durch Absorption des Sonnenlichts in der "Chromosphäre" entsteht.

A (äußerstes Rot) Terrestrischer Sauerstoff

B (Rot) Terrestrischer Sauerstoff

C (Rot) Solarer Wasserstoff

D1 (Gelb) Solares Natrium

D2 (Gelb) Solares Natrium

E (Grün) Solares Eisen

F (Blau) Solarer Wasserstoff

G (Violett) Solares Eisen und solares Calcium

H (äußerstes Violett) Solares Calcium

 

 

Quellen: Müller / Leitner / Dilg, Physik (Leistungskurs 3. Semester), München 19897

Kuchling, H., Physik (Formeln und Gesetze), Augsburg 1997

Bibliographisches Institut Mannheim/Wien/Zürich, Schüler-Physikduden, Mannheim 1974

Westphal, W., Physik (Ein Lehrbuch), Berlin-Göttingen-Heidelberg 194813

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