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HinweisBei dieser Datei handelt es sich um ein Protokoll, das einen Vortrag im Rahmendes Chemielehramtsstudiums an der Uni Marburg referiert. Zur besserenDurchsuchbarkeit wurde zudem eine Texterkennung durchgeführt und hinter daseingescannte Bild gelegt, so dass Copy & Paste möglich ist – aber Vorsicht, dieTexterkennung wurde nicht korrigiert und ist gerade bei schlecht leserlichenDateien mit Fehlern behaftet.

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Dr. Ph. Reiß, im Juli 2007

Di e ~ifT en s c hnrt e ine s s t o rre s od er K! i r~c1 · : ~ , cn i t.c :"" r n t. t u nr

mi t u l t. r a v t o l c t t e m ode r c n e rv-i e r c i c he n s i c h t b :> r . n Li e il t z u

leu c h ten od er nuchz u l e uch te n , be z e i c hn e t man a ls l'hoto-

/ j ) . , .:..- .:.::.-.:."-

Lu n.Ln c az cnz .

)

!Ja c h de r Irau c r des Na c h l euch t e n e untersche id et man :~ 'Ne i

P r o z e s e e . l" l u o r e s z en ~ un d Ph o up h o r e nz c nz (auch " v e r 7. ög e r t e

l<'luorcs7.enz " r:e n nnn t) .

Di e Gre n ze hat man r el ativ willkÜrl i c h be i H) - '~ s f e ß t g ele r;t ,

d s h , all e 1 i c h t e Jü s s i on e n , d i e inn erllall> V O:l H\-~s nach d er

An r e p;u n r: v e r l öschen , we rd e n z u r }'luore nz e n z r-e r-cc nne t , die

a ndere n zur ~hoGphoreszenz .

Di e Lu mine az enzersclleinllngen v/erden d e r 'rempc rp.tu ra trah lunc

gege nüber['e s t ell t , die ei n Stoff nu s s e no e t , de r a uf s eine

" Gl iih t e miJe r a t u r " geL rach t wu r d e . Lumi n e s z e n z v e r Luu Lt d n

Rep; e n ohne n enne n ßwert e ~li rme e n tw i c k l u np; , wa s auch d urch

die b eze ic lln un,r: " l<al t c s Li ch t " z un Aus d ruc k konn t .

;~ . jt' lu or E:: :-: ~~ en ~/, u nu I Los o hor L c..: ~:r n: ;,, 1 0 :'. ( " " ' l l L i: t. u e r

.,e c h !i(; l\·Ji r k u n c zw i s c h cn L 'i e h ; 1~!Il1 l ,u1...('ri (:

2 . ' . l .I ch t

2 .? ll' lu orc:j 7. (~n ~~ v~r:ir· :Pt~ n o c r: re r n e n ~ ; toi~'~:

? '~" ." l llor ": s~f.-; n z'JcrJ'll"l · · ( ~ n C l!i (; u o t i ~ : r t f-~ ~ ~ ;· r i :·: to. l l~

Ch c rrt nc l .c . : on~t i t u t l onDemon e t reä on zwe ie r : iin e r ali e ll aus d er Kl asse d e r Ha l.oge m d c .

- F l uo r i t (Ca ' 2): v i o l e t t e Kr is t a l le , b l a u e Fluoreszenz

durch l a ne:w e l l i ,o: es nv an re r bn r-,

- St c i n s al z (Va Cl) : f a r b l o s e Kr i Ht a l l e , rote F l u ores ze n z

be i kur zwe ll i f,e m L~ .

Di e ße7.e i chn' mi~ ~· luo re3 zen7. l e i t e t si ch au f Vo r nch Lu g v on

S'l'OKE" ( 1fl5 tl ) vom !li n e r a l r'luo r it (Ca F2 ' F lu f.< s )Ja t ) a b , d a

d i e F l uo r e s z e n 7. b e i n at ürli ch v ork ommend en Abarten d e s

F l u ori ts , d i e mit S pu re n se ltener Erdcn v e r un r ei n i ßt waren,

b e s on d er s g u t b e oba ch t oar war.

,

V, : Se l b stgeba u te s Ph o s Vh or o s k op

Ei n s e h r e i n f ac h e s Gerät erla ub t i n e ind r uc k s v olle r Wei se

die Un ter schei d ung zwischen Substa nzen Mit l a nger u n d s e h r

k ur-z c r Na chleuehtd au e r, al so ".wi s c h e n ph o s pho re nz Le r -e n d on

und f l1.l o r e s z i ere n d e n Sub Rt an7.cn :

Au f d e r Ach s e e i n es l:o t o r s n i t rer:e l bpre r Umc r ch ung s z ah 1

(RUh r motor) s i tz t ei ne Sch eibe, au f der i n rad ialer Rich t unr

( !tChemie in der Schule: www.chids.de

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- 1• .s:n - lj ,..d r e h u nr- e n

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s i ch na c h

UV-Licht h c Ll e r e unu dunkLe ru S I ~ y. L o rc n .

Der !';f f pk t bc r-uh t u u r uu i, dn!J d ie mi t ·:: c c !J ~! t: L· t ro '1 « c sp e i s t c

UV - l.a m;Je «n t s p r-e c h en d de r ~'i (cl l scl :ot r ()nrre que n z :'n t c ,'

mi tti e r e nd e s Li c h t au nut r a h l t . Iri e Le oe n ud u u e r c e r Flu Ol' CS

z e nz orni a s Lon i st k ü r-z e r a l s di e Ze it , dir zwi .·chf' l: zwe i'1

au t' e Ln and e r -f o Lg end e n Li c h t b l ä t z en v e rs tr -e i ch t j e da e si nd 10 - L

~lln : tc lJ :Jt, I i n : ·h O:' ;lh o re G;. ie r e n u c r :Jl c ci f t' ll LH :'l·~ ; 'i j .: ·t "!i ! ' ..i .

l . o t I ...: r t. 111 (: : jc h . i uc Ln Jn ch t e i n v . lj V - ~) !. l' ~,,j l l c r · : ' , :',.) ::i l. h ~

nu n d ie e a n z e sc u c t uc ( · i ll i l ~ c r:"n l.i l· 1l ;· le i " hn :i1, 1. ; ' Lr u c h t en.

' l ' u u n c h t rinn d t ~ n p h o c ~ ; lt n r c ~ ~ :~ i c rrn u c n i · e . ~ (: n o i n c n f ) l ,o l~ \ ' ~ ' : ',ic -

r-c nc en ~; t rl: i f , : n au r: , e ri. c ri n t r.an L ei Hot. : 'L j on c e r :"': (;: :c luc i l:

Dan c r o t c Pn o rip h or- oo ko p , das e b e n I'n I 13 a u f n c chun Ls c h c r Isa s i :

arb e i t e t e , k on s t r u i e r t e E . B EC 'l l'ER ~:L , d e r Il i t t e d e s 1Q. ,' ah r

huno e r t s d en Gru nd s t e i n f Ur di e wi s s en schaf tliche b e h a n d l u n j:

der Lun inenzen;~erscheinurI!, e n l eg i e , ( Abb./)

1J~ s r r Ln z i » wa r r echt e i nfac h : ? we i f e s t a u f d e r s e l b e n

Ach o c mon t i er t e l':e t :'.1 1 s c h e i o e n b c e u u en sd:torer: f iin',ir:e

0ffnun~en . di e genau a u f Ui e kc a n .' e o r tine t wI .r en . Z~ i 8 e h cn

d e n Schei Den wu r d e di e ( d u r-c h nt c h t i r;e ) rr ouo b ~ :·r, s ti ,c:t .

Dur-ch d i e h int e r e i ~ r fnun .n: fi e l das a n r €;" t:m ie i ci c h t auf di e

Su b s t a nz , Bi e l ' md r-c h ung s z a h I wu r d e nun a o r e r:1d "; e r t , daß

nan d i e Su bs t a n z b e i Betrnchtun~ v o ~ v u rn e ~ E n no ch l e uc h t e n

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r e n 5 t r ah Iuni~enc rhien :

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PUr d i e ~;e l le n l ün t: en , d ie d e n Be re i ch d e s " na h e n" UV und d e s

sichtbaren Lichts beg r e nzen , e r r. e uen ni c h d i e r o l b e n u e n mo l a -

2 . ~' ] I IO (" ~D ~ C n7. u nd l'ho npho r'l' f1 7. en r. a l s !U?r;u ] t. :l I. Ll l' r

'.l c c n fi ü .l -'! i !"k u l l: " Z',',i8cher:aLi t.:ht u nd J!n. t ~': ri (/

~urch EinDctzen von hund c s owie ~ult iplikation mi t d er

Losc hmi d tsch e n Kon s t an t cn erh ü l t Ma n d ie S t rahlungs energ i e ,

di e e in 1101 Pho t o nen d er betre f f end e n Vl e l l en l ü n e e besitzt :

;> . 1. L i d~ t

Licht i s t ein e s p e z i e l l e Art v on Energ i e . Ein Lich t s t r a hl

lii!3t sich al s e i n St r om v on Ph ot on en a d er Li c h t quan t e n be

»c ur e i oe n , d enen d i e En erg i e

)

i.

Di ene n ;;c r:c t e r l nu o t c e i ne üe"L i n!111 n ~ Ge r " : ,c: ; ~e tlchtuauc l'Die F.n e rp, i e , die b e i Fluore szcnze~issi on im sicht u Hren

Be reich f r e i wi r d, lien t al so in der Gr ö Ue n or dn un g von Atom

bindun l!e n .

Da Ph o t o l umi n e s z e n z

a ) eine Ei~e n schaft e ines r e ine n St o f f s , also s e i n e r k l e i n s t l

'f e ilc h e n (z . ß . !l o l e kUl e ) od e r

b ) e ines Kri s t al ls ,-d e r kleinste ll eil!lCn ;,llngen f'r- end e r Sto f f e

e n t h ii l t-,

se i n ka n n , s o ll ei ne g r iindli chc l':r l~iut e runG de r be f d e n 'l':rp e n

a nh nnd au ag ewä h Lte l' Beispie le f'o l g c n ,

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•Chemie in der Schule: www.chids.de

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mo l e k ul a r er !':bene ablau f e nd en I' r-o z e s s e c i n z urre h e n , Da hi e r

bei keine c her. ischc n Re a k t i o n e n b e t e i l i g t s i n d , we r d en sie

au c h a l s pho t cphy s Lk a l.La c h b ez eic h n et . I

Li chtquanten d e s nichtbaren und u l t r a v io l et t e n Lichts s i n d 1

Rufgrund ihre r Energi e i n d e r Laf,e , mi t d e n äu ßeren " l o c k e r e n " 1

Valen z el e ktronen ein e s Uole kUls wie F l u o re Rcein i n ~echs el - Iwi r k un f, z u tre t cn . Dabe i k ö nn e n Bl ektronen aus b e netzten

bind end e n 'iT- od e r n i c h t b inu end en n - i: o l e k ü l o r b i t a l e n in

l e e r e a n tibi nde nde ( e n e r r: i e r e i c h e r e ! ) 11". - 1.!Os a n g eh o ue n we rd e '

Di e s e Bl ek t r on e nü be rgün g e we r d e n 111t ....,.- und n _ ....

bezeic hnet . S ie n i nd c hu r-uk t e r l s t r nc h fü r C-G-Dop pe lbindunge:

b c w , fUr t: arbo nyl~ru ! l p en . lJer Tl ..........• i s t .i e doch n un r ä u ml. L c h c n

Grü n d en o r e chwe r t vv i e a u s Ab b .5" h e r v o r-r-cht •

u i e Le i nwa nu d un k e L ol.e t b t .

P o Lrte rid o :: c ~ ] u J;:; .r o lr-; ~ ru n rr (: n ] 0 ;'fiPn n i c h z i e h e n:

a ) 1 ~ ti r n v r a bu o r ul e r-t e An t e i l d e r ~ ; t r[i il l ll !l ' i"ü:il' t z u r

l-'!. uore fj ~ ·. en zp.J .lis :'i ion (f ;C:1 (; t :,. \]0..'"1 ' ; " , ', "1".1.":1 " " (1 "1 " ) I: n tl

D"j, i' EH ( 1b :5c)) ) .

b ) lJc.1 ß c ri i t t i c r t.e L'i c ht i n t j ., V e rfT l e i C: ~ t ~ 1 ; ! ' 1 L :,:·:o r c.:i t: r t.e r.

7,U Lun r-e r-c n ·...e l.L c n Lär .r-cn h i n V t ~r ~ : c :; o L e n t € ~ .i r t n l s o

e n e rg j p.Ll r~er ~ d . h, :~ '.'/ i ~,c!! (' n f... bs n r l' t i o n und :~ Jlj i ;~ i lJ n ::I U'.{

ein '1'" i.1. d o r a u ao r -b t e r t o n ':w'Ti- j o stn.i(1 ·II :lJ l~ i11 oi1 ve r l o r e n

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ordnet s i n d . )Jc r Ab s t an d zwi s c h e n zw e i ~;n e rl~ ieniveau s;...,."1,',,,"'

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Neben den Ener{;i eb c t r ü , ;e n Lu t d i c n a t ü rli che Le be ns

dau e r ~ ein c s ang e regt en Zu s t an d s [ Ur d as Vero t ü nd n i s

d er phot o l'hy s i kal is chcn P rozess e v o n He d elltun~ ,

)Ab b.6 , Ter",~eJten,:.:Cl=---.:n::.;a::::c/.t_'J AB.L2 N~~L (nL1dt ClAlLSSEN,

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;; in tr c i c s Lio Le k i i L ;;'; !.nn i n v c r a c h .lc d o n e n ( c t:l t i 'J ; } ~~r e n ) r::u

s t iin d c n cx i s t i e r e n , ~ ; i C c i nu du r-c h b p s t i rmt o ;:n c r r, i e wc r t c ,

b e a t I rmn t c Di e !lt; €v c rLe; ilt;nr: der E l e k t r o n en un u <J e st t mrrt c

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fi i!ll r;kei t v c r- i .n ü : 1'1. . .. .. r i.n c c t ei n c n n l. c z u v c r Lu s t Lo s e

t~o e rtrn~ung o cr :~ n e r{~ i f: v e r : 'l' rä!~ c !' a u f u i.e

Ak t i v o t o r e n n t.a t t , d i e d i e :::n e r {C i e i n ;·'o r n vo n Li ch t

wl e d er a u s strahl e n .

Di e Anzah l o r gan ischer Ve r bi n d u ngen mit Fluore s zenzver

m~gen is t bed eutend g r ö Uer. ( Etw a 5~ a l le r orGaniochen

LloLe k ü Le s i n d f1uore sz en zfi lh i g ).

Nie l"lta ror:mt isch e Verb ind u n g en sind i n d er llinderz ah l .

Zu n e n n en s i n d h i e r:

1 . Po lyen e a r b onsüur c n und i h r e Bster

13 0 P • HJ C- (eH'" CH)5- COOH

Decap ent aen s tiure, g rüne P l u oreszenz in Xylol

2 . Al de h y de und l: e t on e. Di e Unte ro u chung i hre r

i·'l u o r eG 7.en z i st .;ed o c h o r s chw o r t , d a si e r a sc h

p lt o t o c h e llli nc h e :':erse tz u n r; s prou u k te bilden.

De n Löwn e a n t e il u n t er d en f luore szenzfüh i r;en I' ole kü len

mach e n

3 . 1 00 - und h et erocyc lisch e Ve rb i n d ung en und d e r en

De r i v a t e a u s .

De mon nt r a t i o n v o n U0 2( C!!3 CCl O) 2: ß e .Lb - g r ü n e r'luo r e s z en z .

a ) Ar-omat Lr-c he K':I s i n u i m a Ll src me Ln e n n u ore sz enzfüh i {';.

. i i.e sind r;e k e n n ze i c h ne t durch f e s te , s t a bi l e lItom b i n

du n!;.c n rni t l ei cht rulrer;t>a.rem 1l"-:':l e k t r o n 0n s y s t eM.

t .ypi::;che l"l uo r e s z e nz .

1J i e e i n z t re :-: e me i n s a mk e i t tii ec e r recht un t e r ac h i c d Li c h c n

Sto f fe r u ppen i s t das Vo r h a n d en s ein v on l o c k er s e b u n d e n e ll

El ektron en , d i e in l e ere, energie r e i c he re Bahnen ang e h o

b e n werd e n k önnen • .!.lieG e GemeinGaI~kei t ist j e d o c h auch

e i n Kc n n z e i c h en f ür fa r bige ,;t o f f e und e r k l ä r t noch n i c h

du o Auftreten v on Flu o r e G7.e n z h ei ei n i g e n di e s e r fa r big e .

~j t o r f e . I n d e r Tat gi b t es b i s he u t e k e i n e a llg e mein

r;iil t i!~e "ler;e l , d i c von d e r St r uktur au f e tw air;es

F luo ~eozenzv e rM H r;e n sehli ebcn l ä ßt.

,:s ex i sti eren j e d o c h ein i r;e empirische ~ ( e r: e l tl , u i e am

!;c isp ie l ar-o n n t Ls c h e r- Ko h Lc nwa aucr-a t o f I'u u n d de r e n

Dc r-f.v a t en e r I t.u t o r-t we r-d c n no l l.e n ,

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::i n e Ve r r;rö!3erunr; u e a d eloka li siert e n T- :-:l e k t r on en

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en t hal ~! e Su b s t a n z en v e r u r s a c h t , s pr ich t mun v on Prenu

l ö a c h ung , Auch h i er kan n n a n zwi ache n s t atisch en u nd

u y namt ach e n [.]cc han isme n un t e r s c h e id e n. Daneben existiert

o i n d r i tt e r Ty p, de r n i t Enc r g ieU be r t r a g ung gekop pelt

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~s hR!1delt s i c h um st ruhl un~slo s e , zwi s c henmol e k u l a re

(= i nt e r l7lo 1 eku lare) , phot ophysika l isc h e Pr o z e s s e , d i e

Z.w ische n g le i chart i gen o d er ve r sch i e d e n art i ~en I1 0 l e kü l en

sta t t f ind e n können .

Al s Hec h a n isl"lu s i st n a c h l" Ö!{ ~~'l' EH e i ne En e rg i e ü b e r t r a g un g

d u r c h Kop~lun8 d e r El ek tronensys t eme übe r Vipo l - il i pol -

·..... e c h e e I wi r kung e n n nzu netime n . l1a n spricht auch v on

, )

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V7 : Ene r gi e Ube r t r a g u ne zw i schen g l e ichart ir,en Jlo leküle n

bei "a i c hter ~ackung " de r Molekül e a m b e i s p i el

des Chl o r o phyll s .

( Ve r c l e i c h ba r mi t d e n Verh ü l t n i s s e n i n Kr i s ta l le n )

Eine helle r Un e , l7lethano lische Ch l orophy l lösunf, z e i g t

un t e r UV b l utrote :·' luoreszcnz (v g L , l"l u o r e s z e n z b a nd e ) .

Ve r s e t z t man d i e ne L ö sunr; mi t

~asse r , c r l i s c h t d i e Fluores-

7.cn z (0.uen c h i ne ) .

iienonst ra t ion ein e r k on z e n t.r- j e r t e n 1", uno eine r v e r d .

C , Ol ' ; r' lllor<;~lc einl ö su n r; .

Du r c h die ;' a !ll r:e e ü ;n e t.o r j;e d i r.;;lln !' cn k2nn.1l 1~ ' c: k e!lrt auc r:

e i n z u n üc h a t flll Or (~SZ cnz vnrfd"li. r: cr ~tor:' ::ur l·' l l ~ or r- ~·~en :.:

r ~ b rnch t we r d en .

Vc: r.i n e a l l.o ho l t nc hc LÖ ~, lln(" "10 :, ::r ~ ,,- l l v i o l, ' t :,e i r:t

be i ~ iru· l e r t. e n!)eratll r v i o l.e t t e !,l :~;bc . n uc r :~ ei n e

j-;rk l ä r unr, : ' l i t zunehnenne r 1'0

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Die Ghlo rophy l lmo lek iile lag ern u i.c h zu : ' i c e l l' en zu s a m

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Da si c h Ab sorp t ion s - und ? l uo rcazen zbanJ e s t a r k übe r l ap

pen, kan n e i ne v e r lus t l o s e ~ll ergieü oertn.1r,lm" s t a t t f i nd e n . ,I

Di e s e F u nk t i on is t a u c h f Ur ai e b io lo~ i uchc ? un k tiun ~on

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kürz eren ',i e llenliinr;en ab s o r-b t e r t

A= Ak z e p t o r , en tu pr i c h t d en Rh o n a ri.ln B , d a s be i l1 inc,ere n

Vor a u s s t z u n g en f ür e i n e Ener p;i e iib ertragunR si nd :

1. A nregun~sne r[, i eA > Anre[.un~ scn e rgi eD

2 . lbe r Lu p punr; d e n .vmi s a Lon a a p e k t r-uri s d e s lJo nators

mi t dem Abs orptionsspektrum d es ~ k z e p t ors

Die Jo'luo re s z enz b i l det d i e b a a i a f Ur e i n e " e i ' : l' v cn

analytischen Le t h od e n .

fel s h e L up t c I s o ll die r' l u o ri met ri e e twu s n r.he r e r l i.u t e r-t

we r d e n: ,.:s h a n de l t s i e :! um di e );c s:m nf'; de r Ln t e n s t t ä t d e :

r'luo r c sz e nz utrah lu ng , u i e v on d e r- Lö sun .: (' i~ iT f l llOr e G

z i e r e n d e n ~u tl 8 t. a !"l Z i n e i n e n ni Gh t fluo r e ~ ?: i \' ~ c.: r. d c n Lo a un r-

l nt d e r Akzept o r f l u ore s z en z f lih i r;, spr i cht ma n v on

" s e n s i b il i s i e r t er ?l u oresz enz " .

De r Ve r s u c h z e i gt e , da ~ di e En e r r;ieü be r t r a c u ng Mit

wa c h sender Ve r d ünnung , a .l ao r:rö lJe r e n ! ' o l e kl ila b s t iind en

n u c hl i.ü t ,

lo' (j j{ ~ ; 'rE R k on n te nachwe i s en , daß neb en e i n f' r c h e r- !-I e a b -

no r pt Lon ec ht e L öechung b e t eiUr:t i s t, d ie a u f u rlnit t <: l

unr-c r e t r a h LunnuL o s e r- r:n err: :i eülJcrtrn"\ln .~ bnn i e r t ,

~ e l le nl~npen a e s o r b i ert.

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mi t t e L a u s ge c t r-ah L t, wird . b e i ;' c r i n r:e n l.onz en tru t i onen

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f i n e na tü r l ich v o r-ko mne no s 0 t of f !:rt; ;l pe . d i e l:u ~l ei n s i.1ur(

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"Chemie in der Schule: www.chids.de

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Li t cr-a t.u r-ve r-ze i c hn i s

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CLAUSSEN. U\Ie : Anr ewa n.: t e F'Luor'e e zen z ; Vlei.'3 t öner .

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Fö RSTER, Theoci or : Ve r suc he zum ::wi s <; hc nmol e ....ulare n übe r

Fanr von Elek tronenanrerunFsener~ie .

Z.Ele 1, troc he mie .2}, '-' 3 ( 1')49) .

Fö RSTER, Theodor : Fluores ~enz Or ran i s c hp.r V erbi no un~en .

Va nde nhoe c '- und Rup rec h t , Göt t i nr;e n (19')1) .

KÜIU'ERTH, Hurto : Lumineszen z .

Au l i s Deubner & CO KG, Köl n (1SG6).

LE~JIS G. N. , D . LI PKIN an d Th .T . NAGEL: Rev ersi ble

Pho t oc he mi cal Proc esses In Hir i d Med i a . A S t ucy Of The

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