Fluoreszenz

Fluoreszenz bezeichnet die Emission von Licht durch ein Material, das zuvor durch Anregung mit Licht oder Strahlung angeregt wurde. Bei der Anregung absorbiert das System Photonen und erreicht einen angeregten elektronischen Zustand, typischerweise den ersten singulett-Zustand S1, nach einer raschen inneren Umlagerung. Die Emission erfolgt beim Rückkehrprozess in den Grundzustand S0 und liegt oft in einer längeren Wellenlänge als die Anregung (Stokes-Schift). Die Fluoreszenzlebensdauer liegt typischerweise im Nanosekundenbereich. Die Intensität wird von Umgebungsparametern wie Lösungsmittel, pH-Wert und Sauerstoffgehalt beeinflusst und kann durch Quenching reduziert werden.

Fluorophore umfassen natürliche Autofluoreszenzquellen (z. B. NADH, Kollagen) sowie synthetische Farbstoffe wie Fluorescein und Rhodamine, fluoreszierende Proteine wie GFP und seine Varianten sowie Quantenpunkte aus Halbleitern. Sie unterscheiden sich durch Absorptions- und Emissionsspektren, Photostabilität und biologische Verträglichkeit.

Anwendungen finden sich in der Biologie, Medizin und Materialforschung: Fluoreszenzmikroskopie, Fluoreszenz-Spektroskopie, Flow-Zytometrie, Immunfluoreszenz, FRET-basierte Sensorik und viele Biosensoren. Messgrößen sind Excitations- und Emissionsspektren, Fluoreszenzintensität, Lifetime und Quanten-Ausbeute.

Im Vergleich zur Phosphoreszenz handelt es sich bei Fluoreszenz um Prozesse, die aus dem Singulettzustand stattfinden und typischerweise nur wenige Nanosekunden dauern; Phosphoreszenz involviert Tripletzustände und kann länger anhalten. Der Begriff Fluoreszenz geht auf Stokes zurück, der 1852 erstmals eine Lichtemission nach Lichtanregung beschrieb.