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Fluoreszenz und Phosphoreszenz: Instrumente
Fluorometer und Spektrofluorometer sind zwei Arten von Instrumenten zur Messung der molekularen Fluoreszenz. Diese Instrumente unterscheiden sich in d…
Fluorometer und Spektrofluorometer sind zwei Instrumente zur Messung der molekularen Fluoreszenz, die jeweils über eine Lichtquelle, Filter oder Monochromatoren, eine Probenzelle, einen Wandler und einen Signalprozessor verfügen.
Fluorometer verwenden Niederdruck-Quecksilberdampflampen als Anregungsquelle und verwenden Absorptions- oder Interferenzfilter, um Anregungs- und Emissionswellenlängen auszuwählen.
Umgekehrt verwenden Spektrofluorometer eine Hochdruck-Xenon-Bogenlampe und einen Monochromator, um Anregungs- und Emissionswellenlängen auszuwählen.
Beide Geräte detektieren Fluoreszenz durch einen Wandler, wie z. B. eine Photomultiplier-Röhre oder ein ladungsgekoppeltes Gerät, und wandeln das Signal in eine elektrische Messung um.
Die molekulare Phosphoreszenz wird mit einem Phosphorimeter gemessen, das die Verzögerung zwischen Anregung und Phosphoreszenzemission durch den Einsatz von phasenverschoben rotierenden Choppern berücksichtigt.
Diese Chopper blockieren abwechselnd die Fluoreszenzemission während der Anregung und die Anregungsquelle während der phosphoreszierenden Emissionsmessung.
Hierbei wird die Probe entweder in einem organischen Lösungsmittelgemisch gelöst und bei flüssigen Stickstofftemperaturen eingefroren oder auf einem festen Substrat immobilisiert, um eine Deaktivierung des angeregten Zustands durch externe Umwandlung zu verhindern.
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Q1: What is the main difference between a fluorometer and a spectrofluorometer?
Fluorometers use low-pressure mercury vapor lamps and absorption or interference filters to select excitation and emission wavelengths, making them suitable for quantitative measurements but unable to record spectra. Spectrofluorometers employ high-pressure xenon arc lamps and monochromators to select wavelengths, allowing them to record excitation or emission spectra for more detailed fluorescence analysis.
Q2: How do transducers in fluorometers and spectrofluorometers convert light signals?
Both instruments use transducers such as photomultiplier tubes or charge-coupled devices to detect fluorescence emission and convert the light signal into an electrical measurement. The signal processor then analyzes this electrical output, enabling quantitative determination of fluorescence intensity from the sample.
Q3: Why is a phosphorimeter different from a fluorometer?
A phosphorimeter measures phosphorescence, which has a longer lifetime than fluorescence. It uses out-of-phase rotating choppers to discriminate between the two: one blocks fluorescent emission during excitation, while the other blocks the excitation source during phosphorescent emission measurement, allowing accurate phosphorescence detection.
Q4: What sample preparation methods are used for phosphorescence measurements?
Samples for phosphorescence are typically dissolved in an organic solvent mixture and frozen at liquid nitrogen temperatures to form an optically clear solid matrix that minimizes external conversion, a radiationless relaxation process. Alternatively, samples can be immobilized on a solid substrate, enabling phosphorescence measurement at room temperature.
Q5: What type of light source does a spectrofluorometer use and why?
Spectrofluorometers use high-pressure xenon arc lamps that produce a continuum emission spectrum across a wide range of wavelengths. This continuous spectrum allows the monochromator to select any desired excitation or emission wavelength, enabling detailed spectral analysis and flexibility in fluorescence measurements.
Q6: How do choppers in a phosphorimeter prevent fluorescence interference?
Phosphorimeters employ two out-of-phase rotating choppers that work sequentially: one blocks fluorescent emission when the excitation source illuminates the sample, and the other blocks the excitation source when measuring phosphorescent emission. This temporal separation allows accurate phosphorescence detection without fluorescence interference.
Q7: What is external conversion and how does it affect phosphorescence measurements?
External conversion is a radiationless relaxation process where energy transfers to the solvent or sample matrix instead of being emitted as light, causing loss of the excited state. To prevent this deactivation, phosphorescence samples are frozen at liquid nitrogen temperatures or immobilized on solid substrates, preserving the excited state long enough for phosphorescence emission.