M3 Fluoreszenzlebensdauer und zeitkorrelierte Einzelphotonenzählung

Versuchsbetreuer M3

 

Labor Campus Golm
Raum 2.28.1.071

Die Fluoreszenz bietet den Zugang zu vielfältigen Informationen über die betrachtete Substanz selbst, aber auch über deren Umgebung. Neben der energetischen Lage des Spektrums sind vor allem die zeitlichen Verläufe der Desaktivierungsprozesse von Interesse (Kinetik). Wechselwirkungen der fluoreszierenden Moleküle mit anderen beeinflussen in definierter Weise das Abklingverhalten der Fluoreszenz.

Die Verfahren zur Bestimmung der kinetischen Prozesse lassen sich in zwei Gruppen unterteilen (time domain spectroscopy and frequency domain spectroscopy). In der "frequency domain"-Spektroskopie wird die Probe mit moduliertem Licht angeregt. Aus dem modulationsfrequenzabhängigen Modulationsgrad und der Phasenverschiebung der Fluoreszenz gegenüber der Anregung wird die Zeitfunktion der Desaktivierung bestimmt. Die "time domain"-Spektroskopie verwendet für die Anregung der Fluoreszenz entsprechend kurze Lichtblitze von Lasern oder Blitzlampen. Der zeitliche Verlauf der resultierenden Fluoreszenz wird registriert. Liegen Anregungs- und Fluoreszenzblitz im gleichen Zeitbereich, ist eine Entfaltung zur Bestimmung der gesuchten Zeitfunktion erforderlich. Die Registrierung der Zeitverläufe erfolgt i.a. durch zeitkorrelierte Einzelphotonenzählung (Vorteil: großer Dynamik-bereich.

In dem Versuch machen Sie sich mit den Grundlagen dieses Verfahrens vertraut und lernen den Weg bis zur Bestimmung einer Lebensdauer/Abklingzeit kennen. Dazu ist ein Messplatz aus Komponenten aufgebaut. Die Fluoreszenz wird mit einer Stickstoffblitzlampe angeregt, mit einem Monochromator spektral analysiert und mit einem Einzelphotonenmultiplier detektiert. Die elektrischen Detektorimpulse werden zeitkorreliert mit Hilfe eines Vielkanalanalysators registriert und als Histogramm gespeichert. Mit Hilfe eines Auswerteprogramms, wird das Messsignal entfaltet und die Lebensdauer über eine Anpassung mit einer geeigneten Exponentialfunktion bestimmt.

Versuchsbetreuer M3

 

Labor Campus Golm
Raum 2.28.1.071

Experimentelle Aufgabenstellung:

1.      TCSPC und Statistik

1.1    Inbetriebnahme der Stickstoffblitzlampe

1.2   Untersuchen Sie den Einfluss der Photonenflussdichte zeitlich konstanten Lichtes auf das mittels TCSPC registrierte Signal. Bestimmen Sie die maximale relative Anzahl zu    detektierender Fotonen pro Einzelmessung, für die eine mittlere Abweichung von 2 % im letzten Zeitkanal erreicht wird.

1.3   Bestimmen Sie experimentell die Abhängigkeit des Signal-Rausch-Verhältnisses vom mittleren Zählergebnis.

1.4   Ermitteln Sie die Signalgeschwindigkeit in verschiedenen Koaxialkabeln.

2.      Anwendung der TCSPC

2.1. Messung der Fluoreszenzdauer von Pyren gelöst in N-Hexan in Abhängigkeit von der Sauerstoffkonzentration.

Messen Sie bei einer Konzentration ihrer Pyrenlösung die Fluoreszenzlebensdauer a) ohne eine zusätzliche Spülung mit Stickstoff, und dann spülen Sie die Probe mit Stickstoff und messen nach verschiedenen Zeiten die Fluoreszenzlebensdauer.

2.2. Messung der Fluoreszenzdauer von Pyren gelöst in N-Hexan (Ethanol) in Abhängigkeit der Pyrenkonzentration. Messen Sie für unterschiedliche Konzentrationen ihrer Pyren-Lösung die Fluoreszenzlebensdauer.

2.3. Untersuchung der Fluoreszenzlöschung (Quenching): Stellen Sie die Ergebnisse durch einen Stern-Volmer-Plot dar, bestimmen Sie die Art des Quenchings (statisch, dynamisch oder gemischt) und berechnen Sie die Stern-Volmer-Konstante (dynamisches Quenching) bzw. Gleichgewichts-konstante für die Komplexbildung (statisches Quenching).