DE2822739A1

DE2822739A1 - Messverfahren und messanordnung zur spektroskopischen untersuchung von polyatomaren molekuelen

Info

Publication number: DE2822739A1
Application number: DE19782822739
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Prof Dr Rer Na Kaiser
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1978-05-24
Filing date: 1978-05-24
Publication date: 1979-11-29
Also published as: DE2822739B2; DE2822739C3

Description

Meßverfahren und Meßanordnung zur spektroskopischen
Untersuchung von polyatomaren Molekülen Die Erfindung betrifft ein spektroskopisches Meßverfahren und die dazu geeignete Anordnung, mit deren Hilfe polyatomare Moleküle in einer bisher nicht gekannten Weise analysiert werden können. Sie erlaubt die Bestimmung charakteristischer Molekülzustände, die in konventionellen Absorptions- oder Fluoreszenzmessungen aus verschiedenen Gründen (z.B. wegen der verwaschenen breiten Banden) nicht beobachtet werden können.
Spektroskopische Untersuchungen im ultravioletten, sichtbaren und infraroten Spektralbereich liefern seit vielen Jahren wertvolle Informationen über die Eigenschaften von großen Molekülen und ihre Wechselwirkung mit der Umgebung.
Bei den gegenwärtig bekannten spektroskopischen Untersuchungen vom ultravioletten bis infraroten Spektralbereich wird die Transmission einer Probe untersucht oder das Emissionsspektrum nach vorheriger optischer Anregung analysiert. Weiterhin wird das für die Moleküle spezifische Ramanspektrul in konserziellen Ramanspektrometern ausgemessen.
Die bekannten Meßverfahren geben bei polyatomaren Molekülen häufig nur begrenzte Informationen. Insbesondere enthalten die elektronischen Übergänge wegen der großen Breite der Absorptions- und Fluorenzenzbanden nur wenig spektroskopische Einzelheiten. Bisher ist es nur in Sonderfällen bei tiefen Temperaturen in speziellen Festkdrpermatrizen möglich geworden, detaillierte Strukturen bei den elektronischen Übergängen aufzudecken. Siehe hierzu E.V.
Shpol'skii: Soviet Phys. Uspekhi, vol.3 (1960) Seite 372; G.V. Svishchyov: Opt. Spectry. vol. 18 (1965) Seite 350,.
Außerdem ist eine Notiz (R.H. Barnes, C.E. Moeller, J.F.
Kircher, C.M. Verber, Appl. Phys. Lett. vol. 24 (1974), Seite 610) erschienen, nach der ein kleines Molekül in der Gasphase einer Zweistufenanregung ausgesetzt wurde. Dabei stand die Fluoreszenz von ICl zwischen elektronischen Zuständen im Vordergrund. Das dort gemessene Spektrum liefert keinerlei Information, die man mit konventioneller Absorptionsspektroskopie nicht auch erhalten könnte (siehe Ref. 7,8 der Arbeit). In dieser Veröffentlichung wurde nicht erkannt, daß man mit geeigneten Zweistufenanregungsverfahren speziell bei polyatomaren Molekülen anstelle der breiten, verwaschenen Spektren detaillierte Absorptionsspektren messen kann, die neue Informationen über charakteristische Molekülzustände liefern. Die in diesen Arbeiten beschriebenen Anordnungen sind außerdem nur für Zweistufenanregungen in kleinen Molekülen, die im Gaszustand vorliegen, geeignet, da nur dort die Lebensdauern genügend lang sind.
Der Erfindung liegt dagegen die Aufgabe zugrunde, ein Meßverfahren samt Meßanordnung anzugeben, mit dem bei beliebiger Temperatur auch in der kondensierten Phase ein neues, charakteristisches Spektrum beobachtet werden kann und damit zusätzliche Informationen über die Struktur des Moleküls und seine Umgebung erhalten werden können.
Diese Aufgabe wird nach dem Kennzeichen des Anspruchs 1 dadurch gelöst, daß die Moleküle der zu untersuchenden Probe in zwei oder auch noch mehr Schritten, die relativ zueinander zu genau definierten Zeitpunkten erfolgen, angeregt, nämlich mit zwei geeigneten Lichtquellen bestrahlt werden, wobei die Besetzung des durch die zwei Lichtquellen angeregten Zustands über das emittierte Fluoreszenzlicht, über eine Durchlässigkeitsänderung oder durch akustische Nachweismethoden registriert wird.
Um derartige Untersuchungen auszuführen, müssen Lichtquellen mit abstimmbarer Frequenz, hinreichender Intensität und geeigneter Zeitdauer hergestellt werden, die synchronisierbar sind.
Als besonders geeignet für derartige Untersuchungen ist dabei nach Anspruch 2 ein Verfahren, in dem im ersten Anregungsschritt eine Molekülschwingung besetzt wird und im zweiten Schritt ein Ubergang in ein angeregtes elektronisches Niveau erfolgt. Die Ansprüche 3 bis 15 geben weitere Einzelheiten des neuen Meßverfahrens an; so kann die Anregung der Molekülschwingung durch Einstrahlen zinns infraroten Lichtstrahls erfolgen oder durch Einstrahlen von zwei Frequenzen aus dem sichtbaren oder ultravioletten Spektralbereich mit einer Frequenzdifferenz, die gleich der Frequenz der Molekülschwingung ist. Das letztere Verfahren führt dann zu einer Anregung über den sogenannten Ramaneffekt. Durch Absorption eines zweiten Lichtquants werden die angeregten Moleküle in einen Zustand eines angeregten eletronischen Niveaus übergeführt. Das Messen der Besetzung dieses Zustands als Funktion der eingestrahlten Frequenzen liefert die für das neue Verfahren spezifischen Informationen. Die Besetzung dieses Zustands kann durch Messen der Durchlässigkeit des zweiten Lichtstrahls oder durch geeignetes Registrieren der nachfolgenden Fluoreszenzemission mit einem Spektrometer und einem Photomultiplier bestimmt werden. Für die Durchlässigkeitsmessung eignet sich insbesondere eine breitbandige Lichtquelle, weil damit das gesamte Spektrum gleichzeitig registriert werden kann.
Wie bereits erwähnt, sind für die Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens Lichtquellen mit möglichst hoher Intensität nötig. Aus diesem Grund wählt man als Lichtquellen zweckmäßigerweise Laser, die möglichst gepulst oder intermittierend arbeiten. Je kürzer die Impulsdauer ist, um so weniger wird die zu untersuchende Probe bei gleicher Intensität durch Aufheizen gestört werden.
Deshalb sind für die Meßanordnung ultrakurze Lichtimpulse von Nd-Glas-, YAG- und Farbstofflasern sehr gut geeignet.
Die Verwendung dieser extrem kurzen Impulse verhindert darüberhinaus, daß sich die im ersten Schritt erzeugte Besetzung auf viele andere Zustände verteilen kann. Dies würde zu einem Verschmieren der Struktur führen. Die für das Verfahren nötigen frequenzvariablen Lichtimpulse werden mit Farbstofflasern oder in nichtlinearen Kristallen mittels parametrischer Prozesse erzeugt. Im letzteren Fall kann bei der Wahl geeigneter Medien von Lasern mit festen Frequenzen ausgegangen werden.
Die Synchronisation kann dadurch erreicht werden, daß mit einem Laser durch Aufspalten in Teilstrahlen voneinander unabhängig durchstimmbare Lichtimpulse erzeugt werden oder daß von einer durchstimmbaren Lichtquelle Teilstrahlen durch einen Strahlteiler ausgekoppelt werden und zur Erzeugung einer zweiten oder weiteren Frequenzen verwendet werden.
Zur Erhöhung der Meßgenauigkeit ist es zweckmäßig, die in die Probe eingestrahlten Lichtimpulse möglichst genau zu analysieren und deren momentane Eigenschaften, wie a.B.
Energie, Frequenzposition und Linienbreite, bei der Auswerdung der MeBergebnisse jeweils mit zu berücksichtigen.
Bei der Verwendung von intermittierenden Lichtquellen erhält man (lurch Verwenden von frequenzselektiven Verstärkern bei der Signalregistrierung eine besonders hohe Empfindlichkeit..
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen darin, daß die damit gemessenen Spektren neue, bisher nicht bekannte Details über die Struktur von polyatomaren Molekeulen und ihrer Wechselwirkung mit der Umgebung zu beobchten erlauben und gleichzeitg zur zerstörungsfreien analytischen Bestimmung von Molekülen herangezogen werden können. Insbesondere erlaubt das Verfahren die Bestimmung des elektronischen 0-0-Überganund die Beobachtung molekülspezifischer Schwingungszustände. Es ermöglicht z.B.
detaillierte Untersuchungen über den Einfluß von verschiedenen Lösungsmitteln auf polyatomare Moleküle; dabei können Frequenzverschiebungen bei den elektronischen Übergängen sehr genau gemessen werden. Auch über die Kopplung von Schwingungszuständen und elektronischen Zuständen lassen sich Aussagen machen.
Diese Erkenntnisse sind von erheblicher Bedeutung auf den Gebieten, wo häufig polyatomare Moleküle Verwendung finden, z.B. in der Biologie, der Medizin (Anfarbung von Zellen) und der Technik (z.B. Farben von Geweben). Umfassende Informationen über Schwingungszustände ermöglichen Aussagen darüber, ob und in welcher Weise die untersuchten polyatomaren Moleküle mit ihrer Umgebung chemisch reagieren können.
Außerdem tragen diese Erkenntnisse wesentlich dazu bei, die Funktion von biologischen Systemen zu verstehen, die dann möglicherweise biotechnisch nutzbar gemacht werden können.
Während die Ansprüche 1 bis 15 das erfindungsgemäße Verfahren angeben, betreffen die Ansprüche 16 bis 36 die zur Durchführung dieses Verfahrens dienende Anordnung.
Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgen näher beschrieben.
Außerdem wird in zwei Diagrammen das mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gemessene strukturreiche Spektrum den glatten konventionellen Absorptionsspektren gegenUbergestellt.
In der Zeichnung zeigt: Fig.1 eine schematische Darstellung einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung zur spektroskopischen Untersuchung von polyatomaren Molekülen; Fig.2 eine schematische Darstellung für eine Anordnung zur erfindungsgemäßen spektroskopischen Untersuchung von polyatomaren Molekülen, in der ultrakurze, frequenzvariable Lichtimpulse verwendet werden, die in nichtlinearen Medien mit Hilfe eines parametrischen Prozesses erzeugt werden; Fig.3a ein mit einem konventionellen Absorptionsspektrometer gemessenes Spektrum von Nilblau-A-Oxazon; Fig.3b im Gegensatz dazu ein mit einer erfindungsgemäßen Anordnung mit zwei Lichtimpulsen gemessenes Spektrum des gleichen Moleküls, wobei die Summe der Frequenzen 1+2 der beiden Lichtimpulse den gleichen Frequenzbereich überstreicht, der auch in Abb. 3a gezeigt ist (»1=2935 cm 1=const.92 variabel).
Im ersten Beispiel gemäß Fig. 1 ist eine Anordnung dargestellt, in der die Moleküle mit zwei synchronisierbaren Lasern stufenweise angeregt werden.
FUr die zwei Anregungsstufen der untersuchten Moleküle werden hier zwei möglichst kurze Laserlichtimpulse verwendet, von denen mindestens einer in der Frequenz variiert werden kann. Diese abstimmbaren Lichtimpulse können in den Laser systemen 1 und 2 z.B. mit Farbstofflasern erzeugt werden.
Eine Synchronisiereinrichtung 3 dient dazu, den Zeitpunkt der Emission der Lichtimpulse aus den Systemen 1 und 2 so einzustellen, daß sie gleichzeitig in der zu untersuchenden Probe 11 ankommen. Dies kann auf elektrooptischen oder optischem Wege erreicht werden.
Mit Hilfe der Strahlteiler 4 und 6 wird ein kleiner Teil der Lichtimpulse ausgekoppelt und mit den Einrichtungen 5 und 7 analysiert. Dort kann z.B. mit Photodetektoren die Energie oder mit Spektrographen die Frequenzposition und die Linienbreite der Impulse gemessen werden. Der Spiegel oder das Umlenkprisma 8 und der Strahlteiler 9 dienen dazu, die beiden Lichtimpulse zum Überlagern zu bringen.
Sie werden anschließend mit der Linse 10 in die zu untersuchende Probe 11 fokussiert. Der Probenraum ist so gestaltet, daß Einrichtungen zum Aufheizen und Abkühlen der Probe angebracht werden können, um das Messen in einem großen Temperaturbereich zu ermöglichen.
Das von der Probe nach der Anregung emittierte Fluoreszenzlicht wird mit einer geeigneten Einrichtung 12 registriert. Das Fluoreszenzlicht durchläuft zuerst frequenzselektive Filter, ein Spektrometer oder eine Kombination von beiden und wird anschließend von einem Photomultiplier registriert.
Im zweiten Beispiel gemäß Fig. 2 wird eine Anordnung dargestellt, mit der Moleküle untersucht werden können, die im grünen und blauen Spektralbereich absorbieren und eine Fluoreszenz im Roten zeigen.
Als primäre Lichtquelle 13 wird ein modengekoppeltes Nd-Glas-Lasersystem oder ein YAG-Lasersystem verwendet, das Einzelimpulse bei der WellenlängeX - 1,06p liefert. Diese Lichtp impulse werden durch einen Strahlteiler 14, z.B. einem teildurchlässigen dielektrischen Spiegel, in zwei Teile aufgeteilt.
In der unteren Hälfte der Zeichnung ist die Erzeugung eines durchstimmbaren Lichtimpulses im infraroten Spektralbereich schematisch dargestellt, der zur Anregung einer Molekülschwingung dient. Der Strahl wird zunächst mit einem Spiegel oder Prisma 15 umgelenkt. Mit einem Strahlteiler 16 wird ein kleiner Teil des primären Lichtimpulses zum Analysieren in einer Einrichtung 17 ausgekoppelt. Dort kann z.B. mit einer geeigneten Anordnung dessen Energie, Intensität oder Impulsdauer gemessen werden. Die primären Lichtimpulse dienen dann in den beiden doppelbrechenden Kristallen 19 A und 19 B - man kann an dieser Stelle z.B.
LiNbO3-Kristalle verwenden - als Pumplichtquelle für einen parametrischen Prozeß, in dem der Pumpimpuls in zwei Lichtimpulse aufgespalten wird. Die Summe der Frequenzen der beiden erzeugten Lichtimpulse ist dabei gleich der Frequenz des Pumplichtimpulses. Durch Verändern des Winkels zwischen optischer Achse und der Richtung des eingestrahlten Pumplichtimpulses oder durch Verändern der Temperatur lassen sich die Frequenzen der erzeugten Lichtimpulse durchstimmen. Die Anordnung aus zwei Kristallen wird gewählt, um die Divergenz und Linienbreite der erzeugten Lichtimpulse zu verringern. Das Filter 20 läßt schließlich nur noch den für den ersten Anregungsschritt benötigten infraroten Lichtimpuls durch. Mit dem Strahlteiler 6 wird ein Teil dieses infraroten Lichtimpulses ausgekoppelt und mit einem Spektrometer 21 gesesen. Es kann an dieser Stelle auch ein Spektrograph 21 und eine geeignete Photodetektoranordnung 22 verwendet werden, um zusätzlich auch noch die Linienbreite eines jeden Impulses bestimmen zu können.
Der zweite Teilstrahl, der vom Strahlteiler 14 ausgekoppelt wird, dient zur Erzeugung eines abstimmbaren Lichtimpulses im Sichtbaren. Mit Hilfe eines nichtlinearen Kristalls 24, wie z.B. KDP, wird die Frequenz des primären Lichtimpulses verdoppelt. Ein Teil dieses frequenzverdoppelten Lichtimpulses mit der Wellenlänge 530 nm, der allein von dem Filter 25 durchgelassen wird, wird mit dem Strahlteiler 26 ausgekoppelt und mit der Photozelle 27 registriert, um dessen Energie bestimmen zu können. Dieser frequenzverdoppelte Lichtimpuls dient nun als Pumpimpuls für einen parametrischen Prozeß in den Kristallen 28A und 28B, ganz analog zu dem in den Kristallen 19. Der Unterschied besteht nur darin, daß hier Lichtimpulse im roten Spektralbereich erzeugt werden. Auch hier können LiNb03-Kristalle als nichtlineares Material verwendet werden. Das Filter 29 schließlich läßt nur die roten Lichtimpulse durch, deren Energie nach dem Auskoppeln mit Hilfe eines Strahlteilers 4 mit der Photozelle 5 registriert wird. Ein Spektrograph 30 und eine geeignete Detektoreinrichtung (z.B.
ein optischer Vielkanalanalysator) 31 dient dazu, die Frequenzposition und Linienbreite der roten Lichtimpulse zu bestimmen.
Mit Hilfe des Spegels oder eines Umlenkprismas 8 und eines Strahlteilers 9 werden der infrarote Impuls mit der Frequenz und und der rote Impuls mit der Frequenz 2 zum Überlagern gebracht und mit der Linse 10 in die zu untersuchende Probe 11 fokussiert. Die zeitliche Synchronisation erfolgt mit Hilfe der beiden Verzögerungseinrichtungen 18 und 23, die jeweils aus drei Prismen aufgebaut sind. Ein Verschieben des um 1800 reflektierenden Prismas bewirkt eine Veränderung der optischen Weglänge, womit auch die Laufzeit der Lichtimpulse verändert wird.
Das eigentliche Meßsignal ist bei dieser Anordnung das von der Probe emittierte Fluoreszenzsignal. Es wird mit der Linse 32 auf den Eintritts spalt eines Spektrometers 33 fokussiert und dann mit einem Photomultiplier 34 als Funktion der eingestrahlten Frequenzen/1 i und < 2 gemessen. Die Signale der Photozellen 5 und 22 werden zur Normierung des Signals herangezogen.
Selbstverständlich können mit dem paramtrischen Prozeß mit anderem Kristallmaterial auch andere Frequenzbeniche erfaßt werden.
L e e r s e i t e

Claims

Patentansprüche 3 Spektroskopisches Meßverfahren zur Bestimmung charakteristischer Zustände von polyatomaren Molekülen mit breiten Absorptions- und Fluoreszenzbanden in Lösung, in flüssigem in festem oder dampfförmigem Zustand innerhalb eines großen Temperaturbereichs, dadurch gekennzeichnet, daß die Moleküle in zwei oder auch noch mehr Schritten, die relativ zueinander zu genau definierten Zeitpunkten erfolgen, angeregt werden, daß zur Anregung Lichtquellen mit hinreichender Intensität im infraroten, sichtbaren oder ultravioletten Spektralbereich verwendet werden, wobei die Frequenz mindestens einer dieser Lichtquellen änderbar ist, und die Besetzung des Endniveaus gemessen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im ersten Schritt nur Molekülschwingungen angeregt werden und in einem weiteren Schritt ein Übergang in einen elektronisch angeregten Zustand erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß im ersten Schritt eine Molekül schwingung durch resonante Absorption eines infraroten Lichtimpulses angeregt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß im ersten Schritt gleichzeitig zwei Lichtstrahlen mit unterschiedlichen Frequenzen eingestrahlt werden, wobei die Differenz der beiden Frequenzen im Bereich der Schwingungsfrequenzen der Moleküle liegt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im zweiten Schritt eine Lichtquelle im UV, Sichtbaren oder IR verwendet wird, ul die im vorausgehenden Schritt angeregten Moleküle in einen fluoreszierenden angsregten elektronischen Zustand tiberzuführen, wobei als Meßsignal das emittierte Fluoreszenzlicht als Funktion der Frequenzen der eingestrahlten Lichtstrahlen mit einem Photodetektor oder einem Photonultiplier registriert wird.
6. Verfahren nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Lichtstrahlen eine derartige Frequenz besitzt, daß gleichzeitig damit die angeregten Moleküle in einen höheren angeregten elektronischen Zustand übergeführt werden.
7. Verfahren nach eines der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gsnnzsichnet, daß im zweiten Schritt eine Lichtquelle im UV, Sichtbaren oder nahen IR verwendet wird, um die Transmission dieses Lichtstrahltqals Funkton der Frequenzen der eingestrahlten Lichtquellen zu messen.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im zweiten Schritt eine Lichtquelle mit großer Frequenzbreite (Kontinuum) verwendet wird, um die Transmission als Funktion der Frequenz zu bestimmen.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtanregung des Systems nach allen Anregungsstufen akustisch, z.B. mit einem Spektrophon, als Funktion der Anregungsfrequenzen registriert wird.
10. Verfahren nach einem der Anspruche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zur Anregung gepulste Lichtquellen verwendet werden.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zur Anregung intermittierende Lichtquellen verwendet werden.
12. Verfahren nach einem der Anspruche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß kohärente Lichtquellen (Laser) zur Anregung verwendet werden.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß durch Modenkopplung erzeugte ultrakurze Lichtimpulse für die Anregunsschritte verwendet werden.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Moleküle schrittweise mit frequenzabstimmbaren Farbstofflasern angeregt werden.
15. Verfahren nach Anspruch 8 und einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß im zweiten Schritt ein Kontinuum mit großer Frequenzbreite verwendet wird, das durch Laserlicht hinreichender Intensität in einem nichtlinearen Prozeß erzeugt wird.
16. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Einrichtung (1 bis 10) zur Erzeugung von mindestens zwei Lichtstrahlen vorhanden ist, die relativ zueinander zu genau definierten Zeitpunkten in die zu untersuchende Probe (11) eingestrahlt werden, von denen mindestens einer in der Frequenz durchstlmmbar ist oder ein breites Spektrum besitzt, und daß eine zweite Einrichtung (12) vorhanden ist, um die Besetzung des Zwischen- und Endniveaus zu messen (Fig. 1 ).
17. Anordnung nach Anspruch 16 und zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß Lichtimpulse mit variabler Frequenz für die Anregungsschritte verwendet werden, die mit Hilfe eines parametrischen Prozesses in nichtlinearen Materialien erzeugt werden, wobei eine kohärente Lichtquelle mit genügend hoher Intensität als Pumplichtquelle dient.
18. Anordnung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpimpulse und die im nichtlinearen Medium (19a, 28a) erzeugten Lichtimpulse mit variabler Frequenz durch ein zweites nichtlineares Medium (19b, 28b) geführt werden, damit die spektralen Eigenschaften, die Intensität und die Divergenz der erzeugten Impulse verbessert und die Impuls daues verkürzt werden (Fig.2).
19. Anordnung nach einem der Ansprüche 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß als nichtlineares Medium doppelbrechende Kristalle verwendet werden, wobei die Frequenz durch Drehen der Kristalle oder durch Verstellen der Temperatur änderbar ist.
20. Anordnung nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß als Pumplichtquelle ein modengekoppelter Laser (13) dient (Fig. 2).
21. Anordnung nach Anspruch 16 und zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß für einen intermittierenden Betrieb der frequenzvariablen Farbstofflaser ein modengekoppelter Ionenlaser als Pumplichtquelle dient.
22. Anordnung nach einem der Ansprüche 16 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitdifferenz bzw. Zetgleichheit zwischen den Anregungsschritten dadurch genau eingestellt wird, daß eine Lichtquelle durch einen Strahlenteiler (14) in zwei Teilstrahlen aufgespalten wird, die unabhängig voneinander in ihrer Frequenz eingestellt bzw. durchgestimmt werden können und, daß durch optische Verzögerungseinrichtungen (18,23) der Zeitpunkt des Eintreffens in der Probe bestimmt wird, wobei beide Teilstrahlen kollinear oder unter einem Winkel in die zu untersuchende Probe eingestrahlt werden (Fig.2).
23. Anordnung nach einem der Ansprüche 16 bis 24, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß mit einer frequenzvariablen Lichtquelle mindestens eine zweite Lichtquelle mit festem Frequenzabstand zur erstgenannten oder mit einer von der ersten unabhängig variierbaren Frequenz erzeugt wird, wobei die erstgenannte und die damit erzeugten Lichtquellen für die Anregung schritte verwendet werden, die Zeitbeziehung zwischen den einzelnen Schritten durch Verzögerungeinrichtungen eingestellt wird und die für die Anregungsschritte notwendigen Strahlen in die zu untersuchende Probe kollinear oder unter einem Winkel eingestrahlt werden.
24. Anordnung nach einem der Ansprüche 16 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Lichtquellen für die Anregungsschritte verwendet werden, von denen mindestens eine in der Frequenz variierbar ist und denen durch elektrooptische Schalter oder z.B. mechanische Verschlüsse eine genau definierte relative Zeitbeziehung aufgezwungen wird.
25. Anordnung nach einem der Ansprüche 22 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen vorhanden sind, mit denen die eingestrahlten Lichtquellen und das gegebenenfalls emittierte Fluoreszenzlicht polarisiert werden können bzw. deren Polarisationsrichtung verändert werden kann, um von den einzelnen Polarisationsrichtungen abhängige Spektren messen zu können.
26. Anordnung nach Anspruch 22 oder 25, dadurch gekennzeichnet, daß ein phasengekoppeltes Nd-Glas-Lasersystem als Pumplichtquelle dient, die dann in Teilstrahlen aufgespalten wird.
27. Anordnung nach Anspruch 22 oder 25, dadurch gekennzeichnet, daß als gemeinsame Pumplichtquelle ein phasengekoppeltes YAG-Lasersystem verwendet wird.
28. Anordnung nach Anspruch 21, 22 oder 25, dadurch gekennzeichnet, daß ein phasengekoppelter Ionenlaser zum Pumpen von mindestens zwei Farbstofflasern verwendet wird.
29. Anordnung nach einem der Anspruch 22 bis 28 und zur Durchführung des Verfahrens einem der Ansprüche 1 bis 6 oder 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß zur Registrierung des Fluoreßzenzlichts vor dem Photodetektor bzw. Photomultiplier (29) ein Spektrometer, Interferenzfilter, Farbglasfilter oder eine Kombination dieser Elemente (33) verwendet wird, um Störlicht auszuschalten und die Empfindlichkeit der Registrierung zu erhöhen (Fig.2).
30. Anordnung nach einem der Ansprüche 22 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kontrolle der Frequenz und der Linienbreite der einzelnen frequenzvariablen Lichtquellen ein Teil durch Strahlteler (6, 9) ausgekoppelt wird und mit Spektrographen (21, 30) und nachfolgenden optischen Analysatoren(22,31) überwacht wird, um die Genauigkeit in der Frequenzskala der gemessenen Spektren zu erhöhen. (Fig. 2).
31. Anordnung nach einem der Ansprüche 22 bis 30, dadurch gekennzeichnet, daß die für die Anregungsschritte nötigen Lichtstrahlen in die zu untersuchende Probe mit Linsen oder Spiegeloptiken (10) fokussiert werden, um die Meßsignale zu vergrößern und die NachweisempfinRlichkeit zu erhöhen (Fig. 1).
32. Anordnung nach einem der Ansprüche 22 bis 31, dadurch gekennzeichnet, daß die Intensitäten der anregenden Lichtstrahlen mit Photodetektoren ( 5, 7) gemessen werden und zur Normierung des Meßsignals verwendet werden (Fig. 1, Fig. 2).
33. Anordnung nach einem der Ansprüche 22 bis 32, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zum Abblocken der für die Anregung im ersten Schritt verantwortlichen Lichtquellen vorhanden ist, so daß das von thermisch angeregten Schwingungszuständen erzeugte Signal allein gemessen werden kann und bei der Messung mit der optischen Anregung des Schwingungszustands rechnerisch berücksichtigt werden kann.
34. Anordnung nach einem der Ansprüche 22 bis 33 und zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß phasenempfindliche Verstärker oder sogenannte Boxcar Integratoren bei der Registrierung verwendet werden.
35. Anordnung nach einem der Ansprüche 22 bis 34, dadurch gekennzeichnet, daß ein Prozeßrechner zur Erfassung und Auswertung aller Einzelmeßwerte und zur Steuerung der gesamten Anlage, insbesondere der Einstellung der Frequenzen und deren Überwachung verwendet wird.
36. Anordnung nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, daß der Prozeßrechner so ausgebildet ist, daß das bei der Messung entstehende Spektrum auf einem Display oder einem graphischen Terminal wiedergegeben wird.