Fluoreszenzmessungen an Cerussit

Cerussit (chemische Formel: PbCO₃) ist ein Mineral, das zur Gruppe der Carbonate gehört. Es bildet sich durch die Verwitterung von Bleierzen, insbesondere von Galenit (PbS), und tritt in vielen Formen auf, darunter Kristalle, massige Aggregate oder nadelige Strukturen. Cerussit ist bekannt für seine hohe Dichte, den ausgeprägten Glanz und seine manchmal vorhandene Fluoreszenz unter UV-Licht. Es wurde erstmals im 19. Jahrhundert in Tirol, Österreich, beschrieben und ist seitdem ein begehrtes Sammlerstück für Mineralogen und Geologen.

Einige Cerussit-Proben zeigen eine intensive Fluoreszenz, die durch Spurenelemente wie Mangan oder Seltenerdelemente und Kristalldefekte verursacht wird. Diese Elemente wirken als Aktivatoren, die die Energie des UV-Lichts absorbieren und dann in Form von sichtbarem Licht, meist gelblich oder grünlich, wieder abgeben. Cerussit fluoresziert stärker bei langwelligem UV-Licht (z. B. 365 nm) als bei kurzwelliger UV-Strahlung.

Cerussit zeigt übrigens auch Phosphoreszenz, eine Form der Lumineszenz, bei der das Mineral nach dem Ausschalten des UV-Lichts für kurze Zeit weiterleuchtet. Dies liegt an der verzögerten Freisetzung von Energie aus den Aktivatoren.

Aufnahme eines Spektrums

Mit unseren DIY-Spektrometern haben wir die Fluoreszenz einer Cerussit-Probe aus Stribro/Tschechische Republik aufgenommen, einem interessanten Fundort, der für seine reiche Bergbaugeschichte bekannt ist. Hier findet man Cerussit oft in Verbindung mit anderen sekundären Bleimineralien wie Anglesit oder Pyromorphit.

Zur Anregung nutzten wir eine 375 nm-LED, mit der die Probe in einem Winkel von 45 Grad beleuchtet wurde. Das emittierte Licht wurde mit einem Lichtleiter in ebenfalls 45 Grad-Winkel aufgenommen und dem Spektrometer zur Analyse zugeführt.

Als Spektrometer wurde unser DIY-Spektrometer in Czerny-Turner-Bauweise mit 150 mm Brennweite, einer Spaltgröße von 10 µm, einem Gitter mit 300 lp/mm sowie einem CCD-Detektor mit 3648 Pixel (Zeilenkamera e9u-LSMD-TCD1304-STD) genutzt.

Da die Fluoreszenz bei der vorhandenen Probe nur schwach ausgeprägt war, wurde eine relativ lange Integrationszeit von 15 s gewählt. Das aufgenommene Spektrum zeigt eine deutliche Emission im Bereich von 425 – 700 nm, was dem typischen gelblichen Leuchten entspricht, das Cerussit typischerweise unter UV-Licht zeigt.

Im Bereich zwischen 400 nm und 425 nm sind im Fluoreszenz-Spektrum noch Reste des Lichtes der anregenden UV-LED zu sehen. Diese besitzt bei einer Zentralwellenlänge von 375 nm eine Halbwertsbreite von 15 nm (siehe Bild). Bei ausreichend hoher Integrationszeit des Spektrometers sind aber noch Ausläufer bis zu 420 nm nachweisbar.

Die Empfindlichkeit des verwendeten CCD-Sensors startet allerdings bei kleinen Wellenlängen (u. a. auch wegen des Sensordeckglases) erst bei ca. 400 nm, so dass daher nur noch ein kleiner und unsymmetrischer Teil des LED-Spektrums vom Spektrometer detektiert wird (siehe Spektrum unten).

Wollen auch Sie dieses Experiment in Ihrem Praktikum oder Ihrer Klasse durchführen? Dann kontaktieren Sie uns bitte via E-Mail. Wir helfen Ihnen gerne bei Fragen oder beim Bezug der nötigen Komponenten.