Raman-Spektroskopie ist eine berührungslose Analysemethode zur Materialcharakterisierung. Sie gehört heute zu den wichtigsten Untersuchungsmethoden und beruht auf der Raman-Streuung, die von dem indischen Physiker und Nobelpreisträger C.V. Raman (1888-1970) entdeckt wurde.
Einordnung der Raman-Spektroskopie
Die Spektroskopie wird nach verschiedenen Gesichtspunkten eingeteilt, z. B.: nach dem Spektralbereich oder nach dem Ursprung der analysierten Strahlung. Die Raman-Spektroskopie gehört dabei zu Gruppe der Verfahren, die nach der Art der Wechselwirkung unterschieden werden. Die in der Werkstoffkunde gut bekannte Emissionsspektroskopie (s. Spektralanalyse von Metallen) zählt auch zu dieser Verfahrens-Gruppe.
Des Weiteren ist die Raman-Spektroskopie eine schwingungsspektroskopische Methode sowie auch die Infrarot-Spektroskopie. Da sie auf einem Streuvorgang beruht, wird auch als Streuspektroskopie bezeichnet. Bei beiden Methoden werden Moleküle, Baugruppen bzw. das Kristallgitter zum Schwingen angeregt. Infrarot- und Raman unterschieden sich in erster Linie in der Art der Anregung.
Im Falle der IR-Spektroskopie wird Infrarotlicht auf die Probe gestrahlt. Aus dem Spektrum werden genau die Wellenlängen absorbiert, die dazu in der Lage sind, die Moleküle bzw. das Kristallgitter zum Schwingen anzuregen.
Abb.1 Raman-Spektroskopie a) Beispiel eines Raman-Spektrums, b) Tragbares Raman-Spektrometer
Grundprinzip der Raman-Spektroskopie
Bei der Raman-Spektroskopie wird monochromatisches Laser-Licht auf die zu untersuchende Probe gestrahlt. Der größte Teil (99,999%) des eingestrahlten Lichtes wird mit gleicher Energie wieder reflektiert oder in alle Raumrichtungen gestreut. Der Rest des Lichtes tritt aber in Wechselwirkung mit den Molekülen bzw. dem Kristallgitter.
Bei diesem Vorgang wird dem eingestrahlten Laser-Licht entweder ein Teil der Energie entzogen oder hinzugefügt. Die Wellenlänge des Laser-Lichtes wird gleich Null gesetzt und die Energieverschiebung (sogenannte Raman-Verschiebung) dann in Wellenzahlen angegeben. Trägt man die Intensität des inelastisch gestreuten Lichts gegen die Energieänderung relativ zum eingestrahlten Laserlicht erhält man das Ramanspektrum. In Abb. 1a ist Raman-Spektrum eines Diamanten gezeigt. Der Vorteil der Raman-Spektroskopie im Vergleich zur Infrarot-Spektroskopie liegt darin, dass die Peaks schmalbandiger also schärfer sind.
Anwendung der Raman-Spektroskopie
Durch die Einführung des Lasers als Lichtquelle wurde die Empfindlichkeit von Verfahren auch der Raman-Spektroskopie erhöht, bis hin zum Nachweis einzelner Atome oder Moleküle. Und so können mit einem Raman-Spektrometer viele verschieden Analysen und Untersuchungen durchgeführt werden, beispielsweise Analyse von Pharmaka, Messung ungesättigter Fettsäuren in Speiseölen, Analyse von Drogen, Detaillierte Analyse von Sprengstoffen, Identifikation von Edelsteinen und Mineralien.
Abb. 1a zeigt ein modernes tragbares Raman-Spektrometer für die industrielle Rohstoffkontrolle und Identifizierung unbekannter Substanzen.<<
