PEITING. Fluoreszenz-Experimente aus der Biologie mit modernen UV-LEDs. ZfP-Sonderpreis der DGZfP beim Regionalwettbewerb Jugend forscht

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1 ZfP-Sonderpreis der DGZfP beim Regionalwettbewerb Jugend forscht PEITING Fluoreszenz-Experimente aus der Biologie mit modernen UV-LEDs Oliver Debacher Schule: Jugend forscht 2015

2 Fluoreszenz-Experimente aus der Biologie mit modernen UV-LEDs Inhaltsverzeichnis Fluoreszenzerscheinungen und Sichtbarmachung S.2 Allgemeines zur Fluoreszenz S.3 Verwendete Lichtquelle S.4 Herkömmliche Schwarzlichtlampen S.5 Schaltplan LED mit Vorwiderstand S.6 Versuche S.7 Ergebnisse S.8

3 Fluoreszenzerscheinungen und Sichtbarmachung In der Biologie findet man verschiedenste Fluoereszenserscheinungen. Die bekanntesten dürften die Fluoreszenz des Chlorophylls sowie die Fluoreszenz des Aesculins aus Kastanienzweigen sein. Üblicherweise erfordert die Anregung zur Fluoreszenz eine UVLichtquelle. Hierzu eignen sich teils sehr teure UV-Lampen, aber auch Geldscheinprüfgeräte oder Schwarzlichtlampen zum Einsatz in Diskotheken. Sehr gut eignen sich aber auch moderne UV-Leuchtdioden, die mittlerweile immer preisgünstig erhältlich sind. Diese Leuchtdioden sind mittlerweile in verschiedenen Leistungen erhältlich. Ich habe versucht, geeignete und nicht allzu teure Lichtquellen auszutesten

4 Allgemeines zur Fluoreszenz Fluoreszenz ist die spontane Emission von Licht kurz nach der Anregung eines Materials. Dabei ist das emittierte Licht energieärmer als das vorher absorbierte. Fluoreszenz wurde erstmals 1852 von George Gabriel Stokes beschrieben. Das Wort Fluoreszenz leitet sich von dem fluoreszierenden Mineral Fluorit (Flussspat, Calciumfluorid, CaF2) ab.

5 Verwendete Lichtquellen Leistungs-LEDs mit 4 x 0,5 W Leistung; Wellenlänge 395 nm Sehr schöne Fluoreszenzanregung ist auch mit einer Leistungs- LED mit 1 W möglich, die zudem eine kleinere Wellenlänge liefert. Diese LED wurde mit einer elektronischen Strombegrenzung, die fertig und passend erhältlich ist, versehen. meine LEDs

6 Herkömmliche Schwarzlichtlampen Schwarzlicht ist die umgangssprachliche Bezeichnung für UV-A- Strahlung, die durch Niederdruck-Gasentladungslampen erzeugt wird. Diese sind mit speziellen Leuchtstoffen ausgerüstet, um Ultraviolettstrahlung bei 350 nm (Nanometer = nm) oder 370 nm ohne einen Anteil an sichtbarem Licht abzugeben. Schwarzlicht wird auch durch Glühlampen mit einem das sichtbare Licht absorbierenden Glaskolben (Nickeloxid-dotiert) und Ultraviolett- Leuchtdioden erzeugt. Schwarzlicht wird oft für Showeffekte in abgedunkelten Räumen eingesetzt, wie zum Beispiel in Diskotheken, bei Zauberveranstaltungen oder auch für Schwarzlichttheater. Die Strahlung regt fluoreszierende Stoffe zum Leuchten an, und da helles Licht vermieden wird, wirken sich die Leuchteffekte besonders aus, wie dies beispielsweise bei Textilien, Papieren, künstlichen Zähnen und anderen Materialien mit optischen Aufhellern auffällt.

7 Schaltplan LED mit Vorwiderstand Leuchtdioden dürfen nur von einer bestimmten Stromstärke I durchflossen werden. Damit die Stromstärke an das verwendete Netzgerät angepasst werden kann ist entweder ein Vorwiderstand oder eine elektronische Schaltung zur Strombegrenzung erforderlich. Jede einzelne Leuchtdiode wurde wie folgt beschaltet: Der Vorwiderstand lässt sich mit Hilfe des Ohmschen Gesetzes einfach berechnen: Die Stromstärke für eine LED beträgt 100 ma oder 0,1 A bei einer Spannung von 3,0 V. Die LEDs werden aus einem Netzgerät mit einer Spannung von 5 V versorgt, damit ergibt sich ein Vorwiderstand von 20 Ω. Damit etwas Sicherheitsreserven bleiben wird ein Widerstand von 22 Ω verwendet.

8 Versuche Versuch 1: Ich stelle einen frisch abgeschnittenen Kastanienzweig in ein Glas voll mit Wasser und richte die UV-LEDs auf dieses. Versuch 2: Ich nehme mir zwei gelbe und eine grüne Banane, die ich nebeneinander lege und mit den UV-LEDs beleuchte.

9 Ergebnisse Versuch 1: Der Kastanienzweig gibt eine in Schwaden austretende fluoreszierende Flüssigkeit ab. Versuch 2: Die grüne Banane fluoresziert heller als die anderen gelben.