Sensitivität von Fluoreszenzfarbstoffen
Insbesondere bei Betrachtung verschiedener Forschungsmethoden wie der Fluoreszenzmikroskopie und –spektroskopie, bspw. in Schülerlaboren, eignet sich dieser Versuch, um die Sensitivität von Fluoreszenzfarbstoffen zu verdeutlichen.
Geräte und Chemikalien:
6 Schnappdeckelgläser, fluoreszierende Lösung (z. B. Textmarkerlösung), UV-Lampe, Laserpointer (violett oder grün)
Versuchsdurchführung:
Mithilfe einer fluoreszierenden Lösung wird eine Verdünnungsreihe erstellt, indem 1 mL der farbigen Lösung mit 10 mL Wasser versetzt wird. Wiederum 1 mL dieser neuen Lösung wird mit weiteren 10 mL Wasser versetzt. Auf diese Weise werden 5-6 verdünnte Lösungen erstellt und alle nacheinander mit einem Laserstrahl durchleuchtet.
Beobachtung:
Die farbigen Textmarkerlösungen fluoreszieren unter UV-Licht. Die Lösungen der Verdünnungsreihe erscheinen ab der dritten Verdünnungsstufe farblos. Beim Durchstrahlen der Lösungen mit einem Laserpointer ist der Strahlengang als Fluoreszenzlicht wahrnehmbar. Die Fluoreszenz liegt auch bei Farblosigkeit der Lösungen noch vor, verliert aber mit zunehmender Verdünnung an Intensität (siehe Abbildung).
Abbildung: Fluoreszenz in vormals farbigen Textmarkerlösungen nach mehrmaliger Verdünnung.
Deutung:
Die Farbintensität einer Lösung hängt u. a. von der Konzentration der Farbstoffmoleküle ab, weshalb eine Verdünnung schnell zur makroskopischen Entfärbung der Lösung führt. Fluoreszenzfarbstoffe besitzen eine hohe Sensitivität, weshalb eine Fluoreszenz auch noch bei starker Verdünnung wahrnehmbar ist.
Anmerkungen zur Deutung des Experiments:
Die Fluoreszenzintensität eines Fluoreszenzfarbstoffs hängt von seiner jeweiligen Quantenausbeute ab. Diese beschreibt das Verhältnis zwischen der Anzahl absorbierter Photonen und der daraus resultierenden Emissionsintensität und kann beispielsweise durch strahlungslose Übertragung der Energie auf ein anderes Molekül verringert werden (vgl. Experiment Quenching-Effekt) (Schmitz & Diesel, 2018). Allgemein unterliegt die wahrgenommene Fluoreszenzintensität einer Lösung, ähnlich wie die Farbintensität, dem Verdünnungseffekt, jedoch ist auch noch bei sehr geringen Fluorophorkonzentrationen, insbesondere bei einer hohen Quantenausbeute, eine Fluoreszenz wahrnehmbar. Diese hohe Sensitivität wird beispielsweise in der Fluoreszenzspektroskopie ausgenutzt und ermöglicht es gerade bei den neueren fluoreszenzmikroskopischen Verfahren, auch bei Auflösungen im Bereich weniger Nanometer Strukturen über die Fluoreszenz einiger weniger Moleküle weiter aufklären zu können.
Literatur:
- von Hoff, E. (2020). Entwicklung und Evaluation von Konzepten und Formaten zum Wissenstransfer von der Forschung in die Schule und Öffentlichkeit - Am Beispiel des SFB 803 (Dissertation). Georg-August-Universität Göttingen, Göttingen. Abrufbar unter http://hdl.handle.net/21.11130/00-1735-0000-0005-14C7-4.
- Schmitz, S., & Desel, C. (2018). Der Experimentator Zellbiologie. Berlin, Heidelberg: Springer Berlin Heidelberg.