Der Unterschied zwischen Fluoreszenz und Lumineszenz
Glühend heiße Körper senden Licht aus. Das kennen wir von der Sonne, einem Lagerfeuer oder auch von den Glühbirnen, die früher genutzt wurden und heute z.B. noch im Backofen zu finden sind. Das Grundprinzip dahinter ist immer dasselbe: Diese Körper sind so heiß, dass die Wärmestrahlung, die sie aussenden, ein Beispiel für elektromagnetische Strahlung, auch im Bereich des sichtbaren Lichts liegt. Dabei gilt, dass sich die Wärmestrahlung umso mehr in Richtung blau (und irgendwann sogar ultraviolett) verschiebt, je heißer der Körper ist. Das kann man sehr schön z.B. beim Heizdraht im Toaster beobachten, der mit zunehmender Erwärmung von nicht sichtbar (da spüren wir die Infrarotstrahlung aber schon mit der Hand) über dunkelrot bis ins Gelbliche strahlt: Die Wärmestrahlung wird kurzwelliger, bis der Moment der höchsten Erwärmung erreicht wird.
Lumineszenz dagegen beschreibt sogenanntes kaltes Leuchten. Ein Beispiel aus der Natur sind die Glühwürmchen. Dieses Licht stammt aus einer chemischen Reaktion im Hinterteil der Tierchen, der Luciferase-Luciferin-Reaktion. Hier wird ATP, ein Energieträger in unseren Zellen, abgebaut. Bei diesem Vorgang bleibt Energie übrig, die in Form von Photonen an die Umwelt abgegeben wird: Das Würmchen leuchtet, ganz ohne Wärmestrahlung, dank Biolumineszenz.
Im Hygienebereich wird diese Reaktion auch benutzt, sie ist die Basis von ATP-Schnelltests, mit deren Hilfe Oberflächen auf ihren Reinheitsgrad geprüft werden. In diesem Fall stammt das ATP von Zellen, die auf der Oberfläche vorhanden waren, Luciferase und Luciferin werden künstlich hergestellt und hingefügt. Je stärker die Probe danach leuchtet, desto mehr Keime befanden sich auf der geprüften Oberfläche.
Elektro-Lumineszenz: So funktionieren LEDs
Lumineszenz kann unter bestimmten Voraussetzungen auch elektrisch hervorgerufen werden.
Das ist unter anderem das Funktionsprinzip hinter Leuchtdioden.
LEDs sind im Kern Halbleiterkristalle, die aus zwei Materialien bestehen, die unterschiedlich dotiert
sind: Ein Teil hat mehr negative Ladungsträger, ein anderer mehr positive.
Dotierung bedeutet, dass in das Halbleitermaterial kleine Mengen eines anderen Stoffes eingebracht
wurden, so dass dann entweder mehr Elektronen (n-Dotierung) oder Löcher, d.h. zu wenige Elektronen
(p-Dotierung) vorliegen. Das Halbleitermaterial Silizium etwa hat 4 Außenelektronen
(sog. Valenzelektronen). Wird es mit einer Prise Phosphor verunreinigt, das 5 Außenelektronen
besitzt, dann kann auf diese Weise die n-dotierte Schicht hergestellt werden.
Diese zusätzlichen Elektronen werden durch einen angelegten Strom zur Bewegung angeregt. Beim Zurückfallen in ihren ursprünglichen Zustand geben sie dann die überschüssige Energie in Form von Photonen, also Licht, ab. Einer der Entdecker dieses Prinzips, Oleg Wladimirowitsch Lossew, hatte den Effekt in seiner damaligen Veröffentlichung als kaltes Licht bezeichnet, weil es offensichtlich nicht durch die Wärmestrahlung eines glühenden Materials entstand.
Fluoreszenz
Fluoreszenz funktioniert nun ganz ähnlich, hier geschieht die Anregung der Elektronen nicht elektrisch. Stattdessen werden Stoffe mit Licht einer ganz bestimmten Wellenlänge angeregt, d.h. die Photonen treffen auf die Teilchen im Stoff, und diese Teilchen werden dadurch in Schwingung versetzt. Danach kehren sie wieder in ihren Grundzustand zurück und geben die überschüssige Energie in Form von Photonen ab. Da die Schwingung einen Teil der Energie verbraucht hat, sind die abgegebenen Photonen energieärmer, d.h. sie haben eine größere Wellenlänge, als das Licht hatte, mit dem der Stoff ursprünglich bestrahlt wurde. Zum Beispiel werden die kleinen Leuchtmarkierungen in Euro-Geldscheinen mit UV-Licht ("Schwarzlicht", mit einer Wellenlänge von ca. 365 nm) angeregt und fluoreszieren dann in verschiedenen Farben des sichtbaren Lichts zurück (bei ca. 450-700 nm).
Das klingt fast identisch zur Beschreibung oben? Ist es auch - Fluoreszenz ist ein weiteres Beispiel für Lumineszenz. Hier gibt es mehr Informationen zu den Anwendungsgebieten der Fluoreszenz.
