Zeitaufgelöste Laserinduzierte Fluoreszenzspektroskopie mit ultrakurzen Pulsen: Experimentelles Setup und Anwendungsbeispiele

Die zeitaufgelöste laserinduzierte Fluoreszenzspektroskopie (TRLFS) wird schon seit längerem als äußerst sensitive Methode zur Untersuchung der Komplexbildung von Radionukliden mit organischen und anorganischen Liganden eingesetzt. Hier sind insbesondere Untersuchungen an Uran(VI) und Cm(III) mit Huminsäuren zu nennen. Jedoch sind die bisher angewandte TRLFS-Techniken mit Anregungspulsen im Nanosekundenbereich nur auf Radionuklide mit Fluoreszenzeigenschaften beschränkt /1/. Die
Entwicklung und Anwendung einer TRLFS mit ultrakurzen Anregungspulsen, d.h. mit Pulsen im Pico- und emtosekundenbereich, eröffnet die Möglichkeit die Komplexbildung von nichtfluoreszierenden, umweltrelevanten Radionukliden, wie z. B. Neptunium, mit organischen Liganden über die Veränderung der Fluoreszenz-eigenschaften der Liganden zu untersuchen.
Ein erster Schritt für die Anwendung der TRLFS mit ultrakurzen Pulsen besteht im Aufbau eines solchen Lasersystem. Das neue Rossendorfer Lasersystem nutzt einen zweifach verstärkten Puls mit einer Pulsdauer von 130 fs eines mode-locked Ti:Sapphire Oszillators als Anregungspuls /2/. Die Auswahl der optimalen Anregungswellenlänge erfolgt über ein durchstimmbares estkörperlasersystem (OPA-System) zwischen 250 nm und 10 µm. Das Fluoreszenzlicht der Probe wird direkt in einen
Gitterspektrographen eingekoppelt, die Detektion des Fluoreszenzsignals erfolgt mit einer intensivierten CCD Kamera.
Zuerst wurden die Fluoreszenzeigenschaften (Fluoreszenzlebensdauer, Fluoreszenzintensität und -spektrum) von verschiedenen Huminsäuren untersucht. Dabei wurden die Probenparameter (pH-Wert, Konzentration,Ionenstärke) und verschiedene Systemparameter, wie z. B. Anregungswellenlänge, variiert. Das mit der bisherigen Lasertechnik sehr gut charakterisierte Komplexsystem Uran(VI) und Huminsäure /3/ wurde für eine Validierung des Femtosekunden-Lasersystems verwendet. Die
Ergebnisse der vergleichenden Messungen werden diskutiert.