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Prozessmessgröße Fluoreszenz

Fluoreszenz ist eine spezielle Form der Lumineszenz. Angeregt wird die Fluoreszenz durch Strahlung im ultravioletten Bereich. Elektronen fluoreszierender Moleküle absorbieren dabei Photonen und gelangen auf ein höheres Energieniveau. Dieser angeregte Zustand ist energetisch instabil. Die Elektronen kehren unmittelbar in den Grundzustand zurück, wobei die aufgenommene Energie wieder frei gesetzt wird. Dabei kommt es zur Emission von Fluoreszenzlicht. Da ein Teil der Energie in Wärme umgewandelt wird, ist die ausgesendete Strahlung energieärmer und hat damit eine größere Wellenlänge.

 

 

Fluoreszenz von Verunreinigungen

In Fertigungshilfsmitteln beruht die Fluoreszenz größtenteils auf den als Additive enthaltenen aromatischen Ringsystemen sowie den ungesättigten Strukturen der Öle und Fette. Auch Carbon-säuren und deren Ester sowie aliphatische Ketone fluoreszieren. Mit der Fluoreszenzmessung lassen sich geringste Mengen an fluoreszierenden Stoffen detektieren. Selbst Fingerabdrücke, welche zu weniger als 2% aus Fetten der Haut bestehen, sind erfassbar. Typische Größenordnun-gen für den Nachweis von Fertigungshilfsmitteln sind 10 mg/m² – 10 g/m² (1 μg/cm² - 1 mg/cm²).

Ausnahmen sind Stoffe, welche sich nicht mit UV-Anregung zur Fluoreszenz bringen lassen. Das sind u.a. manche Silikonöle, gesättigte organische Verbindungen und kurze ungesättigte Kohlen-wasserstoffe, Metalle und ihre Oxide. Bearbeitungshilfsmittel wie zum Beispiel Öle, Fette, Kühl-schmierstoffe und Trennmittel sind technische Flüssigkeiten, die neben den Grundstoffen noch eine Vielzahl an Additiven besitzen, die ebenfalls zur Fluoreszenz beitragen können. Ob eine Verunreinigung in der für den Prozess relevanten Menge (Kleben, Schweißen etc.) nachgewiesen werden kann, kann durch einen einfachen Fluoreszenztest geprüft werden. Durch die Beimischung von fluoreszierenden Pigmenten oder Farbstoffen als Fluoreszenzmarker kann auch ein nichtfluoreszierender Stoff detektiert werden. Durch Markierung mit Fluoreszenz-markern lassen sich Fertigungshilfsmittel auch in geringeren Mengen als 10 mg/m² (1μg/cm²) nachweisen.

Fluoreszenz von Substraten

Metallische und keramische Oberflächen fluoreszieren nicht. Bei Glasoberflächen kann es durch Verunreinigungen in der amorphen Struktur zur Fluoreszenz kommen. Andere Stoffe wie Papier, Textilien und Kunststoffe neigen aufgrund ihrer komplexen Struktur aus organischen Molekülen wesentlich stärker zur Fluoreszenz.

Photobleaching

Die Photobleichung ist ein dynamischer Prozess, bei dem die Verunreinigung durch die UV-Anregung photochemisch zerstört wird und dadurch ihre Fähigkeit zur Fluoreszenz nachlässt. Die Stärke der Ausprägung des Photobleaching-Effektes ist stoffabhängig. Der SITA CleanoSpector wurde so ausgelegt, dass die Abtastdauer eines Messpunktes den Photo-bleaching-Effekt so gering wie möglich hält.

In der Praxis der Sauberkeitskontrolle von Teilen spielt der Photobleaching-Effekt nur eine unter-geordnete Rolle. Eine mehrfache Messung ein und derselben Stelle ist in der Praxis nicht sinnvoll. Viel mehr sind mehrere unterschiedliche Stellen zu messen und z.B. der Mittelwert zu bilden, um eine Bewertung der Sauberkeit des Teils zu ermöglichen. Für Mehrfachmessungen im Rahmen einer Messmittelfähigkeitsuntersuchung empfehlen wir, die SITA Fluoreszenznormale zu verwen-den, um Quereinflüsse durch Photobleaching und Positionierung auszuschließen.

 

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