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88 KAPITEL 4. FLUORESZENZSPEKTROSKOPIE
messen werden kann. Dies nutzt die LPAS. Für den Fall strahlender (radiativer) Relaxation
bietet sich die Messung des Fluoreszenzlichts an.
Im folgenden werden Absorption und Fluoreszenz etwas detailierter behandelt.
4.1.1 Absorption
Wie hoch ist die Nachweisempfindlichkeit der direkten Absorptionsmessung, d.h. wie viel
Stoffmenge ist mindestens erforderlich, um das Signal vom Rauschen trennen zu können? Der
Absorptionsfaktor κ berechnet sich gemäß
ohne Laser
� �� �
ρ
κ = σ(ρ1 − ρ2) = σ
0 1 − ρ 0 2
1 + I κ0
=
/ISat 1 + I /ISat
(4.1)
aus dem Absorptions-Wirkungsquerschnitt σ (Einheit cm 2 ) und der Dichte (cm −3 ) von Molekülen
im Grundzustand (ρ1) bzw. im angeregten Zustand (ρ2). I ist die Intensität des Lasers
(Flußdichte) und ISat die Sättigungsintensität, die so definiert ist, daß statistisch die Hälfte
aller Atome/Moleküle angeregt wird
ISat = �ω
2στ
. (4.2)
τ ist die Lebensdauer des angeregten Zustands und demzufolge sagt 1/τ aus, wie häufig das
selbe Atom/Molekül pro Sekunde angeregt werden kann. Ein Laserstrahl mit Querschnitts-
Fläche A verliert über eine Absorptionslänge l die Leistung
∆P = κIAl . (4.3)
Um eine Absorption nachweisen zu können, muß dieser Leistungsverlust detektierbar sein,
d.h. er muß sich signifikant vom Detektorrauschen abheben [Leto86]:
∆PMin = 4 � P Pnoise mit Pnoise = �ω B
η
(4.4)
B ist die (Frequenz-)bandbreite des Signals und η die Quantenausbeute des Prozesses. Aus
dem Absorptionsvolumen Vabs = Al folgt die minimal erforderliche Anzahl von Absorbern:
nmin = Al(ρ 0 1 − ρ 0 2)min = 4τ∆PMin
�ω
(4.5)