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Phosphoreszénz

[815] Phosphoreszénz, die Eigenschaft vieler Körper, bei mittlerer Temperatur schwaches Licht zu entwickeln. Die P. kann 1) die Folge chemischer Prozesse sein (Chemilumineszenz). Phosphor leuchtet an der Luft (nicht im Vakuum und in sauerstofffreien Gasen) im Dunkeln, wobei er langsam zu Phosphoriger Säure verbrennt. Dämpfe von Äther, Steinöl, Terpentinöl etc. verhindern das Leuchten. Traubenzucker, ätherische Öle, Fette, fette Säuren und die entsprechenden Alkohole, die mehr Kohlenstoff enthalten als Butylalkohol, ferner Taurochol-, Glykochol- und Cholsäure phosphoreszieren, sobald sie in alkalischer Lösung der Einwirkung des Sauerstoffs ausgesetzt sind. Bei den Oxydationsprozessen, die in diesen Fällen verlaufen, ist stets die zur Oxydation erforderliche Anzahl von Sauerstoffatomen ungerade. Das Sauerstoffmolekül O₂ wird zerrissen, und es bietet sich Gelegenheit zur Bildung des Ozonmoleküls O₃, das sehr energisch oxydierend wirkt. Die P. beruht mithin auf der langsamen Oxydation der organischen Substanzen durch Ozon bei alkalischer Reaktion. Auch das Leuchten, das ozonhaltige Luft, die gegen einen Platincyanbaryumschirm geblasen wird, hervorbringt und an die Fluoreszenzerregung durch radioaktive Substanzen erinnert, scheint auf chemischer Wirkung zu beruhen. Ein Zinkblendeschirm wird durch Behauchen oder Aufspritzen von Wasser zum Leuchten gebracht. Höchstwahrscheinlich gehört hierher auch das sogen. kalte physiologische (Bakterien-) Licht, das Johanniskäferlicht etc., denn es ist spektroskopisch nachgewiesen worden, daß das Licht, das lebende Wesen bei der P. ausstrahlen, identisch ist mit dem beim Leuchten der oben angegebenen Verbindungen bemerkten. Das Leuchten von Fleisch und andern organischen Substanzen in gewissen Stadien der Zersetzung ist auf die Gegenwart leuchtender Bakterien (z. B. Micrococcus phosphoreus) zurückzuführen. Solche Bakterien beteiligen sich auch am Leuchten des Meeres. Sie nehmen mit großer Begierde Sauerstoff auf und reagieren z. B. empfindlicher auf Sauerstoff als Indigweiß. Sie ertragen die größte Kälte, Wärme aber nur bis 36°. Die Bakterienlampe (lebendes Licht) besteht aus einem Glaskolben, der innen mit erstarrter sterilisierter Salzpeptongelatine überzogen und mit Micrococcus phosphoreus geimpft ist. Das Licht ist ausreichend, groben Druck dabei zu lesen und um Photographien herzustellen. Auch manche Seetiere, z. B. Krebse, werden durch Infizierung mit Leuchtbakterien leuchtend; Schwärme von Muschelkrebsen rufen oft lebhaftes Meerleuchten hervor. Aus der Meerdattel (Pholas dactylus), deren leuchtender Saft Mund und Finger der die Muschel Essenden leuchtend macht, wurde kristallisierbares Luciferin und ein Ferment, Luciferase, dargestellt, welches das Leuchten hervorbringt, sobald es mit ersterm in Berührung kommt. Vgl. Meer, S. 531. Von Insekten leuchten unser Johanniswürmchen (Lampyris noctiluca und splendidula), Tausendfüßer, Poduren, der Cucujo etc. Vgl. Feuerfliege, Leuchtkäfer und Leuchtorgane. Das Licht des Cucujo ist spektroskopisch ähnlich zusammengesetzt wie das der Leuchtpilze. Über das Leuchten von Pilzen s. Leuchtpilze. Wärme begünstigt die P.; selbst bei 10° leuchten Pilze noch schwach, bei 18–20° entwickeln sie helleres Licht, und bei 25–30° erreicht die P. ihr Maximum. Temperaturen von 40–50° vernichten die P. für immer. In lufthaltigem Wasser dauert das Leuchten ungeschwächt fort, in luftfreiem erlischt es sehr bald. Feuchtigkeit und Berührung mit der Luft sind die Hauptbedingungen auch für die P. der höhern Pilze.

2) Leuchten bei Kristallisation. In manchen Fällen beobachtet man Leuchten beim Anschießen von Kristallen, z. B. bei Kaliumsulfat, Strontiumnitrat, Fluornatrium und andern Salzen (Lyolumineszenz). Lösungen von Chlornatrium, Chlorkalium, Bromkalium etc. leuchten auf, wenn sie mit Salzsäure oder Alkohol gefällt werden.

P. findet 3) statt infolge mechanischer Einwirkungen, beim Zerbrechen, Zerstoßen, Kratzen, Schleifen und Reiben, z. B. bei Zinkblende, Kreide, Dolomit, Marmor, Quarz, Glimmer, kristallisierter Arseniger Säure, Zucker etc. (Tribolumineszenz). Sie zeigt sich sehr stark bei Salophen, Saccharin (aus Aceton kristallisiert), Urannitrat, Baryumplatincyanür, valeriansaurem Chinin, salizylsaurem Cocain, Cinchonamin, Cumarin und salizylsaurem Anilin. Bei Acetanilid und Sulfanilsäure zeigt sich das Leuchten auch noch nach Aufhören der Pressung.

4) Nach vorhergegangener Beleuchtung mit Sonnenlicht, elektrischem oder Magnesiumlicht (Photolumineszenz) leuchten manche Diamanten, Baryt (Bologneser Spat) und in geringerm Maße Strontianit, Calcit, Kreide, Aragonit, Fasergips etc., nicht aber Silikate; am schönsten phosphoreszieren die sogen. Leuchtsteine oder Phosphore (früher Lichtmagnete genannt, weil man ihnen die Eigenschaft zuschrieb, das Licht anzuziehen): auf trocknem Weg und bei hoher Temperatur dargestelltes Schwefelcalcium, Schwefelbaryum oder Schwefelstrontium. Ganz reiner kohlensaurer Kalk, durch Glühen und darauf folgendes Erhitzen mit Schwefel in Calciumsulfid verwandelt, gibt einen Leuchtstein, der nur sehr schwach phosphoresziert, während ein minimaler Zusatz von Kupferoxyd (0,00008 auf 1) eine sehr starke P. hervorruft. Ähnlich wirkt Kupferoxyd auf Baryum- und Strontiumsulfid. Auch Fluorcalcium (0,03), Wismut (0,0013), manche Alkalisalze, Mangan (0,03) erhöhen die P. Cantons Phosphor erhält man durch Glühen von Austernschalen mit Schwefel, Osanns Leuchtstein durch Glühen von Austernschalen mit Realgar (Schwefelarsen), den Bologneser Leuchtstein durch Reduktion des schwefelsauren Baryts (Schwerspat) mit Kohle. Die Strontianphosphore bedürfen zu ihrer Darstellung der niedrigsten Temperatur, die Calciumphosphore einer ¹/₂ Stunde anhaltenden Hitze von 800–900° und die Baryumphosphore einer noch höhern Temperatur. Schwefelbaryum aus Schwerspat gibt orangefarbenes, aus künstlichem schwefelsauren Baryt grünes Licht. Ätzkalk aus Kalkspat, mit Schwefel geglüht, gibt rotgelbes, aus Aragonit grünes Licht. Strontianerde, mit Schwefel unter 500° geglüht, strahlt gelb, über 500° geglüht violett; Schwefelstrontium aus schwefelsaurem Strontian strahlt blau. Selbst diffuses Tageslicht macht gute Leuchtsteine nach kurzer Zeit leuchtend, Feuchtigkeit aber zerstört die P. Auch der elektrische Funke macht die Leuchtsteine leuchtend. Über 500° erhitztes Schwefelstrontium strahlt violettes Licht aus, wenn die Temperatur während der Bestrahlung eine mittlere war. Bestrahlung bei -20° erzeugt dunkelviolettes, bei +40° hellblaues, bei +70° bläulichgrünes, bei 100° grünlichgelbes, bei 200° schwaches rotgelbes Licht. Balmain stellte ein stark und dauernd phosphoreszierendes Schwefelcalcium (Balmainsche Leuchtfarbe) in luftbeständiger Qualität (durch Beimischung von 0,0013 Wismutoxyd und 0,1 Natriumhyposulfit auf 1 Schwefelcalcium) her und benutzte es[815] zu leuchtenden Anstrichen auf Straßen- und Hausschildern, Feuerzeugbehältern, Zifferblättern an Taschenuhren, bei Gespenstererscheinungen etc. Phosphorisch leuchtende Götzenbilder waren schon im Altertum in Gebrauch. Die Intensität der P. steht zu ihrer Dauer in keiner Beziehung. Manche Leuchtsteine leuchten mehrere Stunden, die meisten Mineralien und Salze aber nur wenige Sekunden oder Minuten und oft sehr schwach. Becquerels Phosphoroskop kürzt die Zeit zwischen den Momenten der Insolation und der Beobachtung bis auf Bruchteile einer Sekunde ab. Es besteht aus einer zylindrischen Büchse a (Fig. 1) von geschwärztem Metallblech mit der Öffnung b in der Vorderwand und einer gegenüberliegenden Öffnung in der Hinterwand. In der Büchse sind zwei geschwärzte Scheiben c c und d d (Fig. 2) auf einer Achse befestigt, die mittels der Kurbel e und des Räderwerks f g h in sehr rasche Umdrehung versetzt wird. Jede Scheibe hat vier Öffnungen von gleicher Gestalt wie die Öffnung b; dabei entspricht jede Öffnung der einen Scheibe einer vollen Partie der andern. Um einen Körper im Phosphoroskop zu untersuchen, wird er mit Wachs in dem Rähmchen (Fig. 3) befestigt und dieses mittels des Knopfes i in die Büchse a eingesetzt, die mittels der an ihrer Hinterwand angeschraubten Röhre k auf eine Röhre aufgeschoben wird, durch welche die Sonnenstrahlen ins dunkle Zimmer treten.

Fig. 1–3. Phosporoskop.

Das Phosphoroskop gestattet, die Körper sehr kurze Zeit nach der Belichtung zu beobachten und daher P. auch bei solchen Körpern wahrzunehmen, bei denen sie wegen ihrer sehr kurzen Dauer für gewöhnlich nicht wahrgenommen wird. Kalkspat gibt im Instrument orangefarbenes, Aragonit grünliches Licht, ebenso bleihaltiges Glas und Uranverbindungen; Korund, Saphir, Rubin, künstliche, heftig geglühte Tonerde, Spinell, Disthen leuchten mit rotem Lichte. Bei Lenards Funkenphosphoroskop wird die Belichtung durch elektrische Funken bewirkt, die reicher an ultravioletten Strahlen sind. Die P. wird nämlich nur durch die brechbarern Strahlen des Spektrums: Blau, Violett und Ultraviolett, erregt; die weniger brechbaren Strahlen, insbes. die roten und die ultraroten, dagegen löschen sogar die von jenen hervorgerufene P. wieder aus. Läßt man daher im dunkeln Zimmer auf einer mit phosphoreszierender Substanz überzogenen Fläche, die mittels Tageslichts vorher schwach leuchtend gemacht worden, ein Sonnenspektrum einige Zeit einwirken, so sieht man nachher im Dunkeln auf der schwach leuchtenden Fläche ein Bild des Spektrums, und zwar den weniger brechbaren Teil, wo die P. ausgelöscht wurde, dunkel auf hellem Grunde, den brechbarern Teil dagegen, wo P. erregt wurde, hell auf dunklerm Grunde. Diesem durch die weniger brechbaren Strahlen bewirkten Auslöschen geht jedoch eine Periode der Anfachung zu stärkerm Leuchten vorher, die durch die Wärmewirkung jener Strahlen bedingt ist. Bei manchen Substanzen dauert das angefachte Licht stundenlang und ist schon während der Bestrahlung hell auf dem dunklern Grunde der phosphoreszierenden Fläche sichtbar; hierdurch gelingt es, den sonst unsichtbaren ultraroten Teil des Sonnenspektrums in blaugrüner Farbe neben dem gleichzeitig gesehenen roten Ende des Spektrums sichtbar darzustellen. Die mannigfachen Beziehungen und Analogien zwischen P. und Fluoreszenz führen zu dem Schluß, daß beide Erscheinungen auf ähnliche Weise hervorgebracht werden. Hört die Vibration der Elektronen mit der Einwirkung der erregenden Lichtstrahlen auf, so ist der Körper fluoreszierend; dauert sie nach dem Aufhören der Bestrahlung noch eine Zeitlang fort, so ist er phosphoreszierend.

P. wird 5) durch Erwärmen hervorgerufen. Manche Diamanten, Topas und besonders Chlorophan (Varietät des Flußspats) leuchten schon bei mäßiger Erwärmung durch die Wärme der Hand, Phosphorit, Calcit und manche Silikate müssen auf 100° und darüber erwärmt werden (Thermolumineszenz). Bestrahlte phosphoreszierende Präparate leuchten bei -140° nicht mehr; das Leuchten tritt aber wieder hervor, sobald sie erwärmt werden, und zwar ohne daß sie neu belichtet worden wären. Durch Belichtung werden phosphoreszenzfähige Körper auch bei -200° erregt, das Leuchten tritt aber erst hervor, wenn sie auf -180° erwärmt werden, und nimmt dann mit steigender Temperatur sehr rasch zu. Bei -264° phosphoresziert fast jeder nichtmetallische Körper, selbst feste Luft. Mit flüssiger Luft gefüllte Eierschalen zeigen nach der Belichtung ein schönes, länger andauerndes, blaues Phosphoreszenzlicht, das aber nach Verdampfung der flüssigen Luft sofort aufhört.

P. kann 6) durch Elektrizität hervorgerufen werden, z. B. indem man auf grünen Flußspat oder auf Bologneser Spat elektrische Funken ein wirken läßt (Elektrolumineszenz). Nach E. Wiedemann ist das Leuchten der Gase in Geißlerschen Röhren eine reine Fluoreszenzerscheinung. Ebenso betrachtet man das Licht der Flammenbogenlampen und Quecksilberbogenlampen, da es wesentlich vom Licht bogen selbst herrührt, als Lumineszenzlicht. Über die P. durch Kathodenstrahlen (Kathodolumineszenz) s. Elektrische Entladung, S. 612. Stark phosphoreszierende Präparate unterhalb zweier ring- oder plattenförmiger Elektroden in einem luftleeren Glasrohr erhitzt, leuchten, wenn die Entladungen eines Funkeninduktors durch das Rohr hindurchgehen, so stark, daß sie das Auge blenden und den Raum beträchtlich erhellen (Lumineszenzlampen, Phosphoreszenzlampen). Uranglas leuchtet dabei dunkelgrün, Bleiglas blau, gewöhnliches Glas gelbgrün, Balmainsche Leuchtfarbe intensiv bläulich, Phenakit blau, Spodumen goldgelb, Smaragd karmesinrot. Absolut reine Tonerde fluoresziert nicht, wird aber durch Aufnahme von Chromoxyd leuchtend, wenn sie einige Tage mit böhmischem Glas in Berührung gestanden hat. Ebenso wird Magnesiumsulfat durch Beimischung einer Spur von[816] Mangansulfat rotleuchtend. Calciumsulfat und Mangansulfat für sich allein leuchten nicht, ihre Mischung aber fluoresziert intensiv grün. Im allgemeinen dauert das Leuchten noch nach und wird durch Erwärmen zum Aufflammen gebracht (Thermolumineszenz). Tonerde mit einer Spur Chromoxyd leuchtet schön rot, schon bei 0,02 Proz. Chromzusatz ist aber kein Fluoreszenzlicht mehr wahrzunehmen. Kanalstrahlen erregen im allgemeinen ebenfalls Fluoreszenz, doch wirken sie infolge Zersetzung des Glases chemisch verändernd ein. Beispielsweise tritt beim Auftreffen auf Glas infolge Verdampfung des Natriums rotgelbes Natriumlicht auf, das weit intensiver ist als das gelbgrüne Fluoreszenzlicht, so daß scheinbar Glas, durch Kathodenstrahlen grün und gleichzeitig durch Kanalstrahlen rotgelb fluoreszierend gemacht wird. Lenardstrahlen erregen ebenfalls Fluoreszenz, z. B. auf einen Platincyanbaryumschirm. Auch die Einwirkung von Röntgenstrahlen ruft bei vielen Stoffen P. hervor. Die blaß rötlichgelbe P., die dem Calcit durch die Röntgenstrahlen erteilt wird, wird noch heller und weiß durch nachfolgende Erhitzung des Minerals. Flußspat gibt ein bläulichweißes Licht, das noch lange nach Aufhören der Beeinflussung durch Röntgenstrahlen andauert; nachfolgende Erhitzung schwächt diese P. Besonders geeignet sind Baryumplatincyanür, wolframsaurer Kalk und Uranyl-Ammoniumfluorid, die deshalb zur Herstellung von Fluoreszenzschirmen dienen. Die Entstehung der Sekundärstrahlen beim Auftreffen von Röntgenstrahlen auf Metalle wird auch als Kryptolumineszenz bezeichnet. Die Eigenschaften der Sekundärstrahlen liegen zwischen denen der Röntgenstrahlen und denen des ultravioletten Lichtes. Über lichtelektrische Erscheinungen s. d. Besonders merkwürdig ist die P. und Fluoreszenz unter Einfluß der Radiumstrahlen. Dabei tritt im allgemeinen eine gleichzeitige chemische Änderung der bestrahlten Stoffe ein, die sich übrigens auch bei Photolumineszenz und Kathodolumineszenz beobachten läßt (s. Nachfarben) und wahrscheinlich mit dem Phosphoreszenzvorgang derart zusammenhängt, daß die Strahlungsenergie zunächst als chemische Energie aufgespeichert wird, die sich dann wieder in Strahlungsenergie des Phosphoreszenzlichts zurückverwandelt. Das geeignetste Präparat für Fluoreszenz durch Radiumstrahlen ist Baryumplatincyanür, doch leuchten auch Uransalze, Diamant, Blende, Papier, Baumwolle, Glas etc. Diamant kann durch seine P. unter Wirkung des Radiums von Imitationen unterschieden werden. Baryumplatincyanür wird durch Radiumstrahlen in eine braune, weniger hell leuchtende Modifikation verwandelt. Durch die Wirkung des Lichtes wird es teilweise regeneriert. Phosphoreszierendes Zinksulfid behält seine Leuchtkraft noch einige Zeit nach der Einwirkung der Strahlen. Es erschöpft sich allmählich bei längerm Gebrauch und verliert die Fähigkeit zu phosphoreszieren. Während die Fluoreszenz von Platincyanbaryum unter dem Einfluß von Radiumstrahlen gleichmäßig ist, zeigt Zinkblende ein beständig wechselndes Funkeln, das man besonders deutlich mit der Lupe wahrnehmen kann, wenn an einer Spitze eine minimale Quantität Radiumbromid einem mit Zinkblende bestrichenen Schirm gegenübergestellt wird (Spintheriskop nach Crookes). Man erhält den Eindruck, als ob von der Spitze Teilchen ausgeschleudert würden, bald dahin, bald dorthin, welche die getroffene Stelle vorübergehend zum Leuchten erregen. Glas, das unter Wirkung des Radiums fluoresziert, färbt sich braun bis violett, und gleichzeitig vermindert sich seine Fluoreszenz. Erhitzt man das veränderte Glas, so entfärbt es sich unter phosphorischem Leuchten und gewinnt seine frühere Fähigkeit, zu fluoreszieren, zurück. Wasserfreie und trockne radiumhaltige Baryumhaloidsalze werden durch ihre eigne Strahlung selbstleuchtend mit solcher Stärke, daß man beim Licht einer geringen Substanzmenge im Dunkeln lesen kann. Bei sehr aktivem Salz verändert sich im Lauf einiger Monate die Farbe des Lichtes, und seine Stärke nimmt beträchtlich ab. Löst man aber das Salz in Wasser und trocknet es wieder, so erhält man wieder das ursprüngliche Leuchtvermögen; auch die Lösung leuchtet schwach. Das Gas in einer Geißlerschen Röhre soll bei Annäherung einer radioaktiven Substanz schon bei höhern Drucken als sonst leuchten. Radiumsalze entsenden auch ein stark radioaktives Gas (Emanation), das durch sehr enge Kapillarröhren hindurch diffundieren und an entfernten Stellen Fluoreszenz der Glaswände erregen kann. Vgl. Gadeau de Kerville, Les animaux et les végétaux lumineux (Par. 1890; deutsch von Marshall, Leipz. 1894); Holder, Living lights (2. Aufl., Lond. 1902); Vanino, Die künstlichen Leuchtsteine (Heidelb. 1906).