Fluoreszenz Detektion

[korkenzieher]

Hallo,

ich bin momentan an einer Arbeit dran und wollte mal fragen, ob da jemand vielleicht schon Erfahrungen hat oder ein paar Ideen.
Es geht darum, dass in einem dunklen "Raum" bestimmt werden soll, ob ein Stoff dort vorhanden ist. Dies soll über die typische Fluoreszenz erfolgen. Eine Fläche soll mit einer UV-LED einer best. Wellenlänge angestrahlt werden, wodurch der Stoff zum Fluoreszieren angeregt wird, und im Anschluss soll die Fluoreszenz des Stoffes (ca. 430 nm Wellenlänge) detektiert werden (sofern der Stoff vorhanden ist). Dazu soll eben ein relativ einfacher Detektor gefertigt werden, mit einer Fotodiode, einem Fototransistor o.ä. Hatte da an eine Transimpedanzschaltung mit Fotodiode gedacht und getestet, allerdings komme ich dort nur auf sehr kleine Ausgangsspannungen (ca. 0,1 V).

Was wäre dafür am Besten geeignet? Und wie setzt man dies am Besten um? Also mit welcher Schaltung, usw.?
Bin in dem Gebiet nicht ganz so bewandert.

Danke & Viele Grüße

[BernhardS]

Hallo,

Du wirst den TI mit einem Operationsverstärker bauen. Dann kannst Du noch einen OP verwenden und das Signal beispielsweise um den Faktor 20 verstärken. Dann hast Du um beim Beispiel zu bleiben 2V.
Vermutlich wird man die Auswertung digitalisieren. Nach dem UV Blitz solltest Du zunächst das Signal aus der Reflektion ausblenden. Die Fluoreszenz kommt eine Winzigkeit zeitverzögert. Normalerweise wertet man auch den zeitlichen Verlauf des Fluoreszenz-Signals aus. Das geht praktisch nur digital.

Und Du musst baldmöglichst Vorversuche machen. Speziell wirst Du Dich wundern, was in einem "normalen" Raum so alles fluoresziert.
Und dann gibt es noch die Luminiszenz. Die ist zunächst davon abhängig wie lange es abgedunkelt ist. Mit dem UV-Blitz startest Du natürlich den einen oder anderen Fall wieder. Man kann auch hier nur dazu raten das Signal zu digitalisieren. Das eröffnet die Möglichkeit über den unterschiedlichen Signalverlauf die Luminanz zu ermitteln und rauszurechnen.

[anders]

Dazu soll eben ein relativ einfacher Detektor gefertigt werden, mit einer Fotodiode, einem Fototransistor o.ä

Das wird wohl so nichts werden.
Weder einfach noch billig.
Die altbekannten Photomultiplier sind das Mittel der Wahl, wenn es um die Detektion geringster Lichtmengen geht, bis hin zu einzelnen Photonen!
Vor allem gibt es dort große und dennoch schnelle Kathoden, die zumeist UV-empfindlich und weitgehend rotblind sind, während es bei Silizium genau umgekehrt ist:
Si hat seine Stärken Im Roten und nahen IR, und großflächige Sperrschichten haben eine hohe Kapazität, sind also tendenziell langsam.
Die IR-Empfindlichkeit bedingt bei Si aber auch einen hohen thermischen Rauschpegel.
Deshalb kühlen die Astronomen ihre Kamerachips oft mit flüssigem Stickstoff.
UV-empfindliche Si-Chips werden von der Rückseite her belichtet und dazu in einem aufwändigen Verfahren von der Rückseite her bis fast zur Sperrschicht abgeschliffen und evtl noch mit einem Fluoreszenzfarbstoff beschichtet.

Obwohl die spektrale Empfindlichkeit vieler Photomultiplier ausreichend ist für dein nahes UV, so reicht doch die Verstärkung der preisgünstigen 9-stufigen "Squirrel Cage"-Typenvon der Art eines 1P28A und Abkömmlingen nicht aus.
Schau mal in den Katalog von Hamamatsu, welche Typen die für "Photon Counting" anbieten.

Zusätzlich zur Auswerteelektronik braucht man zum Betrieb dieser Teile natürlich noch eine Hochspannungsversorgung, die bis zu 2000V liefern kann.

Preislich kannst du Glück haben, denn gelegentlich werden geeignete Photomultiplier auf dem Surplus- oder Gebrauchtgerätemarkt angeboten. Meist von/für Szintillationsmeßgeräte.


Das nächste Problem ist das Anregungslicht. Das solltest du so, gut es eben geht, mittels optischer Methoden aussperren.
Auch das ist kein einfaches Unterfangen. Evtl läuft das auf einen geeigneten UV-Laser als Anregungsquelle und Interferenzfilter vor dem Detektor hinaus.

Wie BernhardS schon erwähnte, kann man die Fluoreszenz evtl zeitlich trennen. Aber dazu sollten dir die entsprechenden Kurven für den Lichtanstieg und -abfall bekannt sein.
Photomultiplier kann man für die Dauer des Anregungsblitzes elektrisch abschalten, und sie speichern (fast) keine Photoelektronen, aber wenn das Schalten sehr schnell geschehen muss, ist auch das nicht trivial.



P.S.:

allerdings komme ich dort nur auf sehr kleine Ausgangsspannungen (ca. 0,1 V).

0,1V ist keinesfalls wenig. Da hast du wohl die Substanz direkt vor die Photodiode gelegt, oder das Anregungslicht gemessen.
Wenn sich aber ein wenige Millimetr großer Klecks einer fluorezierenden Substanz irgendwo in einem Zimmer befindet, wirst du mit Photoströmen im Picoamperebereich auskommen müssen.

Im Übrigen gibt man zweckmäßiger Weise nicht Spannungen, sondern die zu detektierenden Ströme an, da im Idealfall am Detektor jedes Photon ein Photoelektron auslöst (real eher 10:1 und schlechter). Das ist der Quantenwirkungsgrad.
Spannungen werden aus den Strömen erst, wenn man den Strom durch einen (Arbeits-) Widerstand schickt oder damit während einer bestimmten Zeit einen Kondensator auflädt.

[BernhardS]

Zwei Photodetektoren mit Multiplier hätte ich noch (irgendwo) - gerade umgezogen. Die können aber natürlich kein Bild erzeugen. Dazu müsste man die zu inpizierende Fläche im Raster abarbeiten.