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Giovanni Referat:     Bestimmungskriterien von Mineralien nach Lumineszenz/ Fluoreszenz/ Phophoreszenz 

Lumineszenz bezeichnet das Aufleuchten einer Substanz unter Energieeinwirkung (wie etwa elektromagnetische Strahlung, Korpuskularstrahlung, mechanische Beanspruchung oder Wärme). Diese regt einzelne Elektronen an. Beim Rückfall der Elektronen von energetisch höheren Zuständen auf niedrigere Energieniveaus wird die überschüssige Energie als Strahlung emittiert. Je nachdem, ob das Aufleuchten mit Beendigung der Energieeinwirkung erlischt oder weiterhin anhält, unterscheidet man zwischen Fluoreszenz und Phosphoreszenz.

Die Fluoreszenz wurde zuerst am Mineral Fluorit untersucht. Die einfallende Primärstrahlung erzeugt eine Sekundärstrahlung niedrigerer Energie (also längerer Wellenlänge), da ein Teil der einfallenden Energie das Kristallgitter in Schwingung versetzt (also in Wärme umgewandelt wird). Im Idealfall liegt die Wellenlänge der Sekundärstrahlung im Bereich des sichtbaren Lichts - der Kristall leuchtet auf. Fluoreszenz tritt aber nur in Kristallen auf, die Verunreinigungen oder Gitterfehlstellen aufweisen. Die Elektronen dieser so genannten Aktivatoren werden besonders häufig angeregt. Aktivatoren sind z.B. Lanthanoide oder aus dem Kristallgitter herausgelöste Ionen (meistens durch radioaktive Strahlung bewirkt).
Minerale mit einer ausgeprägten Fluoreszenz sind u.a. Fluorit, Apatit, Kalzit, Baryt. Die Fluoreszenzfarbe ist abhängig vom Aktivator.
Zur Bestrahlung wird standardmäßig eine UV-Lampe eingesetzt, deren emittierte Wellenlänge ca. 382 nm beträgt.

Als Phosphoreszenz wird das anhaltende Nachleuchten eines Kristalls bezeichnet. Den Namen erhielt dieses Phänomen nach dem Stoff Phosphor. Allerdings handelt es sich im Falle des Phosphors um eine sog. Chemilumineszenz, da das Leuchten durch die anhaltende Abgabe von Oxidationsenergie erzeugt wird. Bei bestrahlten Kristallen entsteht Phosphoreszenz, wenn angeregte Elektronen in einen Zwischenzustand verschoben werden, aus dem sie nicht sofort wieder in den Grundzustand zurückfallen können. Dies geschieht erst dann, wenn erneut Energie einwirkt, die aus dem Kristall selbst stammen kann. 

Erklärung des Jablonski-Diagrammes:

• Ein Elektron wird durch Absorption eines Anregungsphotons (hv) aus dem Grundzustand S₀ in einen der angeregten Zustände S₁ oder S₂ gehoben.
• Diese angeregten Zustände sind energetisch ungünstig und nicht stabil. Es erfolgt sofort ein strahlungsloser Übergang zum niedrigsten S₁-Niveau wobei die Anregungsenergie als Schwingungsenergie (Wärme) frei wird. Dies bezeichnet man auch als Schwingungsrelaxation.
• Der anschließende Übergang vom S₁-Zustand in den Grundzustand S0 erfolgt in 10^-8 s. Dies geschieht entweder unter Emission von Photonen (Fluoreszenzlicht: hv^*) oder wieder unter Wärmeabgabe (Schwingungsrelaxation).
• Es gilt die Stokes'sche Regel: Die Energie des emittierten Photons ist normalerweise geringer als die des absorbierten Photons. Daraus folgt, dass die Wellenlänge des Fluoreszenzlichts größer ist, als die des Anregungslichts.
• Wichtig: Nach Abschalten des Anregungslichts erlischt die Fluoreszenzwirkung. (Bei der Phosphoreszenz kommt es dagegen zum Nachleuchten!)
    

Vergleich zwischen einer Aufnahme des gleichen Handstücks
im normalen (oben) und im UV-Licht (unten). In der unteren
Aufnahme wird die Fluoreszenz von Uranglimmer deutlich
durch das gelbliche Licht, das die Kristalle emittieren. © Sammlung
Institut f. Geologische Wissenschaften, FU Berlin