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FAQ - Prozessmessgröße Fluoreszenz zur Kontrolle der Teilesauberkeit

Was ist die Fluoreszenz?

Die Fluoreszenz ist eine spezielle Form der Lumineszenz. Angeregt wird die Fluoreszenz im Allgemeinen durch Strahlung im ultravioletten Bereich. Bestimmte Elektronen fluoreszierender Moleküle absorbieren dabei Photonen und gelangen auf ein höheres Energieniveau (siehe Bild). Dieser angeregte Zustand ist energetisch ungünstig und nicht stabil. 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 längere Wellenlänge.
Organische Stoffe, die UV-Licht ausgesetzt werden, zeigen oft eine starke Eigenfluoreszenz. Das ermöglicht das Erfassen von Verschmutzung in Form von Öl- und Fettfilmen sowie auch Tensiden auf Oberflächen. Weiterhin können damit beispielsweise auch definierte Wachs- und Korrosionsschutzschichten nachgewiesen werden.

Welchen Einfluss haben Rauheit und Material der Oberfläche?

Im Vergleich zu Messverfahren auf Basis von Reflexion, haben Rauheit und Material der Oberfläche einen geringeren Einfluss auf das Messergebnis. Typische fertigungsbedingte Streuungen der Oberflächeneigenschaften sind vernachlässigbar, vollkommen unterschiedliche Oberflächen - z.B. gestrahlt oder poliert, Stahl oder Messing -sollten berücksichtigt werden. Idealerweise werden Grenzwerte spezifisch für Bauteil und Folgeprozess festgelegt.

Der SITA CleanoSpector arbeitet nach dem konfokalen Messprinzip. Dadurch werden Positionierung und Abstandseinstellung vereinfacht. Das Anregungslicht und das durch die Fluoreszenz emittierte Licht folgen dem gleichen, parallelen Strahlenverlauf. Reflexion und Streuung des Anregungslichts werden durch optische Filter herausgefiltert. Das auf der verunreinigten Oberfläche angeregte Fluoreszenzlicht wird diffus in alle Richtungen ausgestrahlt. Ein Teil dieses Lichtes wird durch den SITA CleanoSpector erfasst und dessen Intensität gemessen.

Warum steigen die %-Messwerte bei Wiederholmessungen auf einem Punkt?

Bei dem Anregen fluoreszenzaktiver Stoffe zur Fluoreszenz tritt der so genannte Photobleaching-Effekt auf. Die Lebensdauer fluoreszierender Moleküle ist bedingt durch irreversible photochemische Prozesse begrenzt. Das Photobleaching entsteht durch Photooxidation, wobei die angeregten Molekülen mit molekularem Sauerstoff aus dem Grundzustand in einem chemischen Zerstörungsprozess reagieren. Bei der Reaktion entsteht angeregter Singulettsauerstoff (die Elektronen des Sauerstoffs aus dem Grundzustand gelangen auf ein höheres Energieniveau). Das Molekül kann dann irreversibel vom Sauerstoff oxidiert werden. Die Überlebensdauer der angeregten fluoreszierenden Moleküle hängt von der Intensität der anregenden Strahlung und der Temperatur ab.
Die SITA Fluoreszenzmessgeräte wurden so ausgelegt, dass die Abtastdauer eines Punktes im Allgemeinen noch keinen signifikanten Photobleaching-Effekt hervorruft. Bei wiederholtem Erfassen der Sauberkeit an einem Punkt kann es jedoch zu einem Erhöhen des angezeigten Sauberkeitswertes kommen.

 

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