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Versuch V-So 5 – Laserramanspektroskopie

Motivation für Raman-Spektroskopie:

Ein Raman-Spektrum kann Informationen über die gegenwärtigen Schwingungen von Atombindungen, molekularen Schwingungen und kristalliner Ordnung in der Probe geben. 

  • Fingerprint, dadurch Identifikation der Zusammensetzung oder kristalliner Ordnung! 

Ramanspektroskopie ist ein wichtiger experimenteller Zugang, um Schwingungen in Stoffen zu charakterisieren. Sie basiert auf der inelastischen Streuung von Licht, welche als Raman Effekt bekannt ist. Hierbei wird nahezu monochromatisches Laserlicht auf Gase, Flüssigkeiten oder Gase gelenkt und das dadurch entstehende Streuspektrum aufgenommen. Dieses beinhaltet neben der dominanten elastischen Streuung, der Rayleigh-Streuung auch nieder- und höherenergetische Streu-Anteile. Der Betrag des Energieverlusts bzw. Gewinns entspricht hierbei der Energie eines Phonons. 
 

Die verschiedenen Möglichkeiten der Lichtstreuung:

  1. Rayleigh-Streuung (kein Austausch von Energie: einfallende und getreute Photonen haben die gleiche Energie)
  2. Stokes-Raman-Streuung (Atom oder Molekül absorbiert Energie: gestreutes Photon hat weniger Energie als das einfallende Photon)
  3. Anti-Stokes-Raman-Streuung (Atom oder Molekül verliert Energie: gestreutes Photon hat mehr Energie als das einfallende Photon)

Unser Raman-Aufbau besteht aus einem konfokalen Mikroskop, mit welchem eine ortsaufgelöste Spektroskopie mit einer Auflösung von bis zu 1µm erreicht wird. Ein Argon-Ionen Laser dient als Lichtquelle, welcher eine Wellenlänge von 514.5 nm zur Verfügung stellt. Bevor das Streulicht in das Spektrometer gekoppelt wird, durchläuft es zur spektralen Vorbehandlung einen Kantenfilter, welches das Rayleigh gestreute Licht um einen Faktor von 105 abschwächt. Das verbliebene Streulicht wird in ein Gitterspektrometer gelenkt, in dem es spektral zerlegt und auf eine stickstoff-gekühlte CCD-Kamera fokussiert wird. Dieses Streuspektrum wird dann über den Computer ausgelesen.