Messung der Fluoreszenzintensität
Das Fluoreszenzmessverfahren nutzt die Eigenschaft, organischer Stoffe zu fluoreszieren. UV-Licht wird gebündelt auf die Oberfläche gestrahlt. Die organischen Stoffe beginnen zu fluoreszieren. Mit der Schichtdicke der Organik steigt die Intensität der Fluoreszenz. Die Intensität wird in der Einheit RFU gemessen: Relative Fluorescence Unit.
Fluoreszenz
Fluoreszenz ist eine spezielle Form der Lumineszenz. Angeregt wird die Fluoreszenz durch Strahlung im ultravioletten Bereich. Elektronen fluoreszierender Moleküle absorbieren dabei Photonen und gelangen auf ein höheres Energieniveau. Dieser angeregte Zustand ist energetisch instabil. Die Elektronen kehren unmittelbar in den Grundzustand zurück, wobei die aufgenommene Energie wieder freigesetzt wird. Dabei kommt es zur Emission von Fluoreszenzlicht. Da ein Teil der Energie in Wärme umgewandelt wird, ist die ausgesendete Strahlung energieärmer und hat damit eine größere Wellenlänge.
Messung der Fluoreszenzintensität
Organische Stoffe wie Öle, Fette oder Emulsionen werden durch eine UV-Lichtquelle zur Fluoreszenz angeregt. Eine Photodiode misst die Intensität der durch die Fluoreszenz emittierten Strahlung bei einer festgelegten Wellenlänge im Bereich des blauen Lichtes. Die Intensität wird in der Einheit RFU gemessen (Relative Fluorescence Unit). Je höher der Messwert in RFU, desto höher die Intensität des Fluoreszenzlichtes.
Aufgrund der Justierung auf SITA-Fluoreszenznormale sind gemessenen RFU-Werte vergleichbar.
SITA Fluoreszenzmessgeräte arbeiten nach dem konfokalen Messprinzip. Das Anregungslicht und das durch die Fluoreszenz emittierte Licht folgen einem gleichen, parallelen Strahlenverlauf. Die in der Flüssigkeit oder auf Oberflächen gemessene Fluoreszenz ist ein Summenparameter aller fluoreszierender Stoffe. Sind Stoffgemische vorhanden, kann aufgrund der gemessenen Fluoreszenz nicht ermittelt werden, welche Stoffe es sind oder in welcher Einzelkonzentration diese vorliegen.
Fluoreszenz von Verunreinigungen
Fertigungshilfsmittel wie Öle, Fette, Kühlschmierstoffe und Trennmittel sind technische Flüssigkeiten. Ihre Fluoreszenz beruht größtenteils auf ungesättigten Kohlenwasserstoff-Strukturen sowie beigemischten Additiven mit aromatischen Ringsystemen. Auch Carbonsäuren, deren Ester sowie aliphatische Ketone fluoreszieren.
Mit der Fluoreszenzmessung lassen sich geringste Mengen an fluoreszierenden Stoffen detektieren. Selbst Fingerabdrücke, welche zu weniger als 2% aus Fetten der Haut bestehen, sind erfassbar. Typische Größenordnungen für den Nachweis von Fertigungshilfsmitteln sind 10 mg/m² … 10 g/m² (1 μg/cm² … 1 mg/cm²).
Ausnahmen sind Stoffe, welche sich nicht mit UV-Anregung zur Fluoreszenz bringen lassen, z.B. Silikonöle, gesättigte organische Verbindungen und kurze ungesättigte Kohlenwasserstoffe, Metalle und ihre Oxide. Ob eine Verunreinigung in der für den Prozess relevanten Menge (Kleben, Schweißen etc.) nachgewiesen werden kann, kann durch einen einfachen Fluoreszenztest geprüft werden.
Durch die Beimischung von fluoreszierenden Pigmenten oder Farbstoffen als Fluoreszenzmarker kann auch ein schwach oder nicht fluoreszierender Stoff detektiert werden. Fluoreszenzmarker werden auch genutzt, um die Nachweisgrenze zu verringern und geringere Schichtdicken als 10 mg/m² (1μg/cm²) zu erfassen.
Fluoreszenz von Substraten
Metallische und keramische Oberflächen fluoreszieren nicht. Bei Glasoberflächen kann es durch Verunreinigungen in der amorphen Struktur zur Fluoreszenz kommen. Andere Stoffe wie Papier, Textilien und Kunststoffe neigen aufgrund ihrer komplexen Struktur aus organischen Molekülen wesentlich stärker zur Fluoreszenz.
Photobleaching
Photobleaching oder Photobleichung ist ein dynamischer Prozess, bei dem fluoreszierende Strukturen durch UV-Anregung photochemisch zerstört werden. Anschauliches Beispiel sind durch Sonnenstrahlung verfärbte Papierseiten, bei denen das strahlende Weiß zerstört wurde.
Die Stärke des Photobleaching-Effektes ist stoffabhängig. Die Messzeit der SITA Fluoreszenzmessgeräte ist so kurz, dass die Abtastdauer eines Messpunktes den Photobleaching-Effekt so gering wie möglich hält.
In der Messpraxis tritt der Photobleaching-Effekt nur auf, wenn wiederholt an ein und derselben Stelle der Oberfläche gemessen wird, ohne den Sensor zu verrücken. Tatsächlich ist eine solche Messpraxis weniger ratsam. Sinnvoller erscheint es, an mehreren unterschiedlichen Stellen zu messen und einen Mittelwert zu bilden.
Für Mehrfachmessungen im Rahmen einer Messmittelfähigkeitsuntersuchung empfehlen wir, die SITA Fluoreszenznormale zu verwenden. Mit ihnen werden Quereinflüsse durch Photobleaching und Positionierung ausgeschlossen.