Absorption, Wärme und Emission
Was bei Fluoreszenz geschieht
Fluoreszierende Stoffe leuchten, solange sie mit (meist UV-)Licht bestrahlt werden. Im Niveauschema heißen Grundzustand \(S_0\) und tiefstes angeregtes Niveau \(S_1\).
- 1. Absorption:ein energiereiches Photon wird geschluckt; das Elektron springt auf ein hohes Niveau.
- 2. Strahlungsloser Übergang:durch Stöße mit Nachbarteilchen rutscht es auf \(S_1\); die Energie geht als Wärme weg, nicht als Licht.
- 3. Emission:von \(S_1\) nach \(S_0\) — das Photon hat weniger Energie als das aufgenommene.
Die Stokes-Verschiebung
- Folge für die Farbe:weniger Energie → wegen \(\lambda=\tfrac{hc}{W}\) größere Wellenlänge: \(\lambda_\text{em}\gt\lambda_\text{abs}\). Der Abstand heißt Stokes-Verschiebung.
- Feste Leuchtfarbe:die Emission startet immer von \(S_1\) — gleiche Farbe, egal wie kurzwellig man anregt.
Fluoreszenz und Phosphoreszenz
- Fluoreszenz:Rücksprung nach \(10^{-9}\) bis \(10^{-8}\,\text{s}\); UV aus → Leuchten sofort weg.
- Phosphoreszenz:ein schwer verlassbarer Zwischenzustand verzögert den Rücksprung um Sekunden bis Stunden (Nachleuchten).
Beachte: Die Emission startet immer vom selben Niveau — deshalb ändert sich die Leuchtfarbe nicht, egal wie kurzwellig du anregst.
Das Molekül sitzt im Grundzustand S₀. Ohne Licht von außen passiert nichts.
| Aufgenommene Energie | – |
| Abgegebene Energie | – |
| Verlust als Wärme | – |
| Emittierte Wellenlänge | 440 nm |
| Stokes-Verschiebung | – |
Energiebilanz der Fluoreszenz:
\(W_\text{abs}=\dfrac{hc}{\lambda_\text{abs}}\qquad W_\text{em}=\dfrac{hc}{\lambda_\text{em}}\qquad \Delta W_\text{Verlust}=W_\text{abs}-W_\text{em}\qquad \lambda_\text{em}\gt\lambda_\text{abs}\)
Ablauf: Absorption eines energiereichen Photons, strahlungsloser Übergang auf \(S_1\) (Energie geht als Wärme weg), dann Emission von \(S_1\) nach \(S_0\).
Stokes-Verschiebung: Das ausgesandte Photon hat weniger Energie, also eine größere Wellenlänge; die Leuchtfarbe ist fest, weil die Emission immer von \(S_1\) startet.
Phosphoreszenz: Bei Fluoreszenz endet das Leuchten sofort nach dem Anregen (\(10^{-9}\,\text{s}\) bis \(10^{-8}\,\text{s}\)); bei Phosphoreszenz verzögert ein Zwischenzustand den Rücksprung (Nachleuchten).
Allgemeine Hinweise
Nie kurzwelliger als die Anregung
Das ausgesandte Photon kann nicht mehr Energie haben als das aufgenommene. Eine Fluoreszenz „von rot nach blau“ gibt es nicht.
Strahlungslos heißt: kein Licht
Beim Übergang von oben nach \(S_1\) wird kein Photon frei. Wer diesen Schritt als zweite Spektrallinie deutet, findet sie im Experiment nicht.
Fluoreszenz ist kein Reflektieren
Ein weißes Blatt wirft Licht unverändert zurück. Ein Textmarker erzeugt neues Licht anderer Farbe — deshalb leuchtet er auch dort, wo gar kein sichtbares Licht ankommt.