Erhöhung der Lichtausbeute bei der Chemolumineszenz
Bei der Chemolumineszenz (oder Chemilumineszenz) d.h. einer chemischen Reaktion mit Ausstrahlung von kaltem Licht, wird in der Regel ein Substrat oxidiert. Geeignete Substrate für Chemolumineszenz-Versuche sind beispielsweise Luminol (4-Aminophthalsäurehydrazid) und die Oxalsäureester Bis-(2,4-dinitrophenyl)oxalat DNPO sowie Bis-(2,4,6-trichlorphenyl)oxalat TCPO.
Als Oxidationsmittel für Luminol und Oxalsäureester dient Wasserstoffperoxid-Lösung.
Der Einfluss von Fluorophoren auf die Dauer, die Brillanz (Quantenausbeute) und die Farbe der Chemolumineszenz kann in Versuchen mit DNPO oder TCPO als Substrat demonstriert werden. Geeignete Fluorophore sind für die Farbe Rot Rhodamin B oder Nilrot, für Gelb Rubren, für Grün 9,10-Bis-(Phenylethinyl)-anthracen und für Blau 9,10-Diphenylanthracen.
Die Wirkungsweise des Fluorophors besteht darin, dass von den aus der Oxidation des Substrats gebildeten Produkt-Teilchen, die sich im elektronisch angeregten Zustand befinden, Energietransfer an die Teilchen des Fluorophors erfolgt. Diese desaktivieren anschließend durch Emission von Photonen.
Energietransfer bei der „Chemischen Lichtorgel“ mit DNPO
Zunächst wird eine Lösung des Substrats DNPO der Konzentration c = 10-4 mol/L in Ethylacetat (Essigsäureethylester) hergestellt. Dann werden vier Lösungen von unterschiedlich leuchtenden Fluorophoren (siehe oben) mit Konzentrationen von jeweils c = 10-5 mol/L in Ethylacetat vorbereitet.
In vier 50-mL Erlenmeyerkolben oder großen Rggl. werden jeweils 25 mL DNPO-Lösung und 5 mL Fluorophor-Lösung vereinigt. Das Gemisch wird mit jeweils 2 mL Wasserstoffperoxid-Lösung, w = 30 % versetzt und geschüttelt. Es tritt sofort jeweils eine helle Lichtemission in Rot bzw. Gelb bzw. Grün bzw. Blau auf, die 2 bis 15 Minuten anhält.
Energietransfer bei der „Kalten Weißglut“ mit Luminol
Im Unterrichtsbaustein zur Chemolumineszenz aus CHEMIE 2000+ wird beschrieben, wie Luminol an festem Kaliumhydroxid, das mit dem Lösemittel Dimethylsulfoxid benetzt wurde, an (Luft)Sauerstoff zur Chemolumineszenz gebracht werden kann. Das Video zu diesem Versuch zeigt eine weiße Lumineszenz. Fügt man dem Reaktionsgemisch nach dem Start der weißen Chemolumineszenz einige Körner des Fluorophors Nilrot hinzu, so schaltet das emittierte Licht von Weiß nach Rot um.
