Phosphoreszenzspektroskopie

Phosphoreszenzspektroskopie ist ein spektroskopisches Verfahren zur Analyse der Phosphoreszenz von Molekülen. Dabei wird die Emission nach einer Anregung gemessen, die aufgrund der Bildung eines triplet-Zustands verzögert einsetzt. Die phosphoreszente Emission kann Mikrosekunden bis Sekunden nach der Anregung auftreten und ist oft längerlebig und schwächer als die Fluoreszenz. Phosphoreszenz ist stark von Umweltbedingungen wie Temperatur und Sauerstoffgehalt abhängig und wird häufig durch Quenching beeinflusst.

Prinzipiell lässt sich Phosphoreszenzspektroskopie durch das Jablonski-Diagramm erklären: Eine Anregung führt in den Singlet-Zustand, es folgt ein Spin-Flip in den Triplet-Zustand (Intersystem Crossing), und von dort aus emittiert das Molekül beim Zurückkehren zum Grundzustand Licht. Wegen des verbotenen Spin-Übergangs ist die Emission zeitlich verzögert und weist charakteristische Lebensdauern auf.

Mess- und Untersuchungsmethoden umfassen zeitaufgelöste Ansätze wie verzögerte Emissionsmessungen, zeitaufspaltende Spektren und Lebensdauerbestimmungen. Typische Ausrüstung umfasst eine geeignete Lichtquelle (UV-Vis oder Laser), Probeneinrichtungen, Detektoren (Photomultiplier oder Photodioden) und Spektrographen. Die Messungen werden oft in gasförmigen oder gelösten Proben durchgeführt oder in festen Matrizes stabilisiert. Sauerstoff erhöhtes Quenching reduziert die Phosphoreszenz, weshalb Degasen oder feststoffbasierte Matrizes verwendet werden. Ein Heavy-Atom-Effekt kann die Intersystem Crossing beschleunigen und so die Phosphoreszenz verstärken.

Anwendungen finden sich in der Materialwissenschaft (organische Phosphoreszenzfarbstoffe, OLED- und Sensorstudien), der Umwelt- und Lebensmittelsicherheit (Sensorik, Quecksilber- oder Sauerstoffsensoren), der Biologie und der Forensik (Phosphoreszenzmikroskopie, PLIM). Typische Ausgaben sind Emissionsspektren, Phosphoreszenzlebensdauern und Quanten yield.