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Die Stern-Volmer Beziehung

Stern-Volmer Gleichung

Es besteht ein Zusammenhang zwischen der Sauerstoffkonzentration in der Probe und der Lumineszenzintensität sowie der Lumineszenzlebensdauer, welche in der Stern-Volmer Gleichung (links) beschrieben ist. In dieser Gleichung sind Τ0 und Τ die Lumineszenzabklingzeiten in Abwesenheit und Anwesenheit von Sauerstoff (I0 und I sind die jeweiligen Lumineszenzintensitäten), [O2] die Sauerstoffkonzentration und KSV die Gesamtabklingkonstante.
I: Lumineszenzintenstiät in Gegenwart von Sauerstoff
I0: Lumineszenzintensität in Abwesenheit von Sauerstoff
Τ: Lumineszenzabklingzeit in Gegenwart von Sauerstoff
Τ0: Lumineszenzabklingzeit in Abwesenheit von Sauerstoff
KSV: Stern-Volmer Konstante (quantifiziert die Löschwirkung und damit die Empfindlichkeit des Sensors)
[O2]: Sauerstoffgehalt

(A) Lumineszenzabnahme in Anwesenheit von Sauerstoff
(B) Stern-Volmer Diagramm

Indikatorfarbstoffe, die durch Sauerstoff gelöscht werden, sind beispielsweise polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe, Übergangsmetallkomplexe von Ru(II), Os(II) und Rh(II) sowie phosphoreszierende Porphyrine, die Pt(II) oder Pd(II) als Zentralatom enthalten.

Der Löscheffekt ist hochspezifisch für molekularen Sauerstoff. Auswirkungen von unterschiedlichen pH-Werten, Ionenarten und anderen gelösten Stoffen in der Probe werden durch Einbetten des sauerstoffempfindlichen Indikators in eine ionenimpermeable Membran vermieden.

Im Gegensatz zu amperometrischen Sauerstoffelektroden befinden sich Optoden in einem thermodynamischen Gleichgewicht und nicht in einem stationären Zustand. Daher wird während der Messung kein Sauerstoff verbraucht und das Signal ist unabhängig von Änderungen der Strömungsgeschwindigkeit. Die Kalibrierfunktion von Sauerstoffoptoden hängt von der Zusammensetzung der Sensorschicht ab. So ist es möglich, Sensoren mit einer maßgeschneiderten Sauerstoffempfindlichkeit zu entwerfen.

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