Ein Fluoreszenzpolarimeter zur Simultanbestimmung der Fluoreszenzpolarisation und der Doppelbrechung in anisotropen Polymeren

Zusammenfassung

Eine Übersicht über die physikalischen Grundlagen und die systematischen Fehlerquellen der Fluoreszenzmethode zur Bestimmung der Anisotropie molekularer Lageverteilungen und molekularer Beweglichkeiten in Polymeren wird gegeben.

Die durch Doppelbrechung und Streuung verursachten experimentellen Schwierigkeiten werden erläutert und durch ein geeignet konstruiertes Fluoreszenzpolarimeter behoben. Mit dem Polarimeter können der Doppelbrechungs- und der Streuanteil am Fluoreszenzsignal experimentell bestimmt werden.

Anhand von Messungen an Polystyrol wird gezeigt, daß geringe Doppelbrechungsänderungen sehr starke Änderungen im Fluoreszenzsignal hervorrufen. Bei äußerer Dotierung kann z. B. das in geringen Mengen in die Probe diffundierende Lösungsmittel der Farbstofflösung Relaxationserscheinungen im Polymeren auslösen, die bei Polystyrol bei 20 °C eine Doppelbrechungsänderung bis zu 5% hervorrufen können. Eine solche Doppelbrechungsänderung kann die Anisotropie der Polarisationsgradverteilung verringern oder vergrößern, je nachdem, wie groß die Retardation des Lichtes in der Probe ist.

Summary

The physical background and the systematic errors of fluorescence methods applied to determine anisotropic molecular orientation distributions and molecular mobility are summarized.

Experimental difficulties caused by birefringence and light scattering are explained and eliminated by a suitable designed fluorescence polarimeter. The polarimeter allows the experimental determination of both the birefringence and the scattering component of the fluorescence light. It can be demonstrated by investigations of anisotropy polystyrene that a small change of birefringence causes a large change of the fluorescence signal. This small change of birefringence results from relaxation induced by diffusing solvent out of the dye solution into the polymer during external doping. It is shown that this relaxation can decrease the birefringence up to 5 % e.g. in polystyrene at 20 °C, this can either increase or decrease the fluorescence anisotropy of the polymer. It depends on the amount of retardation whether the anisotropy of the angular polarisation distribution increases or decreases with decreasing birefringence.