Was ist Raman-Spektroskopie?
Die Raman-Spektroskopie ist eine Technik zur Untersuchung der Funktion von Wellenlängen zwischen Strahlung und Materie. Insbesondere untersucht die Wissenschaft niederfrequente Modi wie Vibrationen und Rotationen. Der Hauptprozess besteht darin, monochromatisches Licht zu streuen, ohne die kinetische Energie der Partikel zu bewahren. Wenn Laserlicht mit den Schwingungen von Strukturen innerhalb eines Atoms interagiert, ist eine Reaktion innerhalb des Lichts selbst die Folge. Auf diese Weise können Wissenschaftler mithilfe der Raman-Laserspektroskopie Informationen über das System sammeln.
Die grundlegende Theorie hinter der Raman-Spektroskopie ist der Raman-Effekt. Licht wird auf ein Molekül projiziert, um mit der Elektronenwolke, dem Bereich um ein oder zwischen Elektronen in einem Atom, zu interagieren. Dadurch wird das Molekül durch einzelne Lichteinheiten, sogenannte Photonen, angeregt. Das Energieniveau innerhalb des Moleküls wird erhöht oder verringert. Das Licht von dem bestimmten Ort wird dann mit einer Linse gesammelt und an einen Monochromator weitergeleitet.
Ein Monochromator ist ein Gerät, das ein schmales Wellenlängenband von Licht optisch durchlässt. Aufgrund der Tatsache, dass Lichtbänder durch transparente Feststoffe und Flüssigkeiten streuen, was als Rayleigh-Streuung bekannt ist, werden die Wellenlängen, die näher am Licht des Lasers liegen, gestreut, während das verbleibende Licht mit der Schwingungsinformation von einem Detektor gesammelt wird.
Adolf Smekal sagte 1923 die Idee der Lichtstreuung durch den Raman-Effekt voraus. Erst 1928 entdeckte Sir CV Raman die Möglichkeiten der Raman-Spektroskopie. Seine Beobachtungen betrafen vor allem das Sonnenlicht, da die Lasertechnologie zu diesem Zeitpunkt noch nicht verfügbar war. Mit einem fotografischen Filter konnte er monochromatisches Licht projizieren und dabei beobachten, dass sich die Frequenz des Lichts änderte. Für seine Entdeckung erhielt Raman 1930 den Nobelpreis für Physik.
Die häufigsten Anwendungen für die Raman-Spektroskopie liegen in den Bereichen Chemie, Medizin und Festkörperphysik. Durch diesen Prozess können chemische Bindungen von Molekülen analysiert werden, sodass die Forscher unbekannte Verbindungen anhand der Schwingungsfrequenz leichter identifizieren können. In der Medizin können Raman-Laser das in Anästhetika verwendete Gasgemisch überwachen.
Die Festkörperphysik nutzt die Technologie, um die Anregungen verschiedener Festkörper zu messen. Fortgeschrittene Versionen des Konzepts können auch von Strafverfolgungsbehörden verwendet werden, um gefälschte Medikamente zu identifizieren, während sie noch in der Verpackung sind. Dies tritt auf, wenn die Technologie in ihrer Empfindlichkeit begrenzt ist und im Wesentlichen bestimmte Schichten passieren kann, bis sie das gewünschte Molekül erreicht.