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4.2. TECHNISCHE DETAILS DER (FLUORESZENZ-)SPEKTROSKOPIE 101
Fluoreszenzlebensdauern
Analog den konkurrierenden Zerfällen in der Kernphysik ist bei der Bestimmung von Fluoreszenzlebensdauern
zu beachten, ob neben der Fluoreszenz mit Rate Γ ein weiterer (u.U.
strahlungsloser) Kanal parallel das angeregte Niveau mit Rate k entvölkert (Abbildung 4.10).
Dieser Prozeß wird beschrieben durch die Ratengleichung
Abbildung 4.10: Die gemessene Fluoreszenzlebensdauer verkürzt sich, wenn ein
(strahlungsloser) konkurrierender Übergang das angeregte Niveau parallel entvölkert
mit der Lösung
∂
∂t NS1 = −NS1Γ − NS1k (4.19)
NS1 = NS1(t = 0)e −(Γ+k)t
Die Effizenz (Quantenausbeute) des Prozesses ist
η = Γ
Γ + k
und die intrinsische Lebensdauer τ0 = 1/Γ verkürzt sich zu
τ = 1
Γ + k
(4.20)
(4.21)
(4.22)
Ein Anwendungsbeispiel sind Szintillatoren (wie der Flüssigszintillator POPOP: 1,4-Di-2’-
(5-phenyloxazolyl)-benzol ), die eine hohe Quantenausbeute haben müssen und daher einen
schnellen optischen Übergang benötigen (typ. τ0 ≤ 1 ns).
Die Quanteneffizienz von Phosphoreszenz in Lösung ist aufgrund der langen Lebensdauer
von τ0 ∼ µs - ms bei konkurrierenden Energieverlust-Prozessen mit 1/k ∼ ns (sogenanntes
’ Quenchning‘ ) normalerweise sehr klein (η ∼ 10−6 ). Insbesondere NO2-Gruppen führen zu
starkem Quenching von Aromaten und die OH-Schwingung quencht die Fluoreszenz einiger
Metallionen (Eu 3+ , Cm 3+ ).