Analytical Potential of Clusteroluminescence – Insights from Wood Surfaces

Die Fluoreszenz der Holzgrundbestandteile Lignin und Polysaccharide wird seit Jahrzehnten systematisch untersucht und bereits in industriellen Verfahren zur Qualitätskontrolle eingesetzt. Die zugrunde liegenden physikalischen Mechanismen und beteiligten Stoffgruppen sind jedoch weiterhin Gegenstand aktueller Forschung. In der vorliegenden Arbeit wurde die native Lumineszenz von Holz auf das Phänomen der Clusterolumineszenz zurückgeführt. Diese erst seit kurzem bekannte Form der Lumineszenz beruht auf Through-Space-Interaktionen zwischen funktionellen Gruppen statt auf konjugierten π-Elektronensystemen und folgt damit anderen Prinzipien als klassische Fluoreszenz. Zur Verbesserung der spektroskopischen Messung im Front-Face-Aufbau wurde ein einfaches Bauteil entwickelt, das Streusignale um das bis zu achtfache reduziert und das effektive Signal dadurch verbessert. Es wurde gezeigt, dass die native Holzlumineszenz von Faktoren wie Holzfeuchte (reversibel) und kurzwelligem Licht (irreversibel) beeinflusst wird und sich dabei nicht nur die Intensität, sondern auch Anregungs- und Emissionswellenlänge ändern. Zwischen den Wellenlängen von Anregungs- und Emissionsmaxima wurde ein enger linearer Zusammenhang nachgewiesen. Eine ausführliche Literaturauswertung zeigte, dass dieser Zusammenhang nicht nur für Lignocellulose, sondern auch für alle anderen ausgewerteten Clusteroluminogene (z. B. Proteine und synthetische Polymere) gilt, jedoch nicht für klassische Fluorophore. Mit steigender Heterogenität der Cluster scheint sich die Peakposition in den längerwelligen Bereich zu verschieben, während die Intensität vorwiegend von der Nähe der clusternden Gruppen zueinander und der Steifheit der Matrix bestimmt wird. Diese Haupterkenntnisse sind weit über den Bereich von Holz und Lignocellulose hinaus gültig. Insgesamt schafft die vorliegende Arbeit die Grundlage für die zuverlässige Messung und Interpretation von Clusterolumineszenz als eigenständiger analytischer Parameter.