Wat is Raman-spectroscopie?
Raman spectroscopie is een techniek om de functie van golflengten tussen straling en materie te bestuderen. Meer specifiek bestudeert de wetenschap laagfrequente modi zoals trillingen en rotaties. De belangrijkste manier waarop het proces werkt, is door monochromatisch licht te verstrooien zonder de kinetische energie van de deeltjes te behouden. Wanneer laserlicht interageert met de trillingen van structuren in een atoom, is een reactie in het licht zelf het resultaat. Hiermee kunnen wetenschappers informatie over het systeem verzamelen met behulp van Raman-laserspectroscopie.
De basistheorie achter Raman-spectroscopie is het Raman-effect. Licht wordt op een molecuul geprojecteerd met de bedoeling om te interageren met de elektronenwolk, het gebied rond een of tussen elektronen in een atoom. Hierdoor wordt het molecuul opgewonden door afzonderlijke lichteenheden, ook wel een foton genoemd. Het energieniveau binnen het molecuul wordt verhoogd of verlaagd. Licht van de specifieke locatie wordt vervolgens verzameld met een lens en doorgestuurd naar een monochromator.
Een monochromator is een apparaat dat optisch een smalle golflengteband van licht doorlaat. Vanwege het feit dat banden van licht zich verspreiden door transparante vaste stoffen en vloeistoffen, bekend als Rayleigh-verstrooiing, worden de golflengtes dichter bij het licht van de laser verspreid, terwijl het resterende licht met de trillingsinformatie wordt verzameld door een detector.
Adolf Smekal voorspelde het idee van de lichtverstrooiing door het Raman-effect in 1923. Pas in 1928 ontdekte Sir CV Raman de mogelijkheden achter Raman-spectroscopie. Zijn waarnemingen hadden voornamelijk betrekking op zonlicht vanwege het feit dat lasertechnologie destijds niet gemakkelijk beschikbaar was. Met behulp van een fotografisch filter was hij in staat monochromatisch licht te projecteren terwijl hij observeerde dat het licht van frequentie veranderde. Raman kreeg de Nobelprijs voor de natuurkunde voor zijn ontdekking in 1930.
Het meest voorkomende gebruik voor Raman-spectroscopie is op het gebied van chemie, geneeskunde en fysica in vaste toestand. Chemische bindingen van moleculen kunnen door het proces worden geanalyseerd, waardoor onderzoekers gemakkelijker onbekende verbindingen kunnen identificeren door de trillingsfrequentie. In de geneeskunde kunnen Raman-lasers het mengsel van gassen controleren dat in anesthetica wordt gebruikt.
Fysica in vaste toestand maakt gebruik van de technologie om de excitaties van verschillende vaste stoffen te meten. Geavanceerde versies van het concept kunnen ook door de politie worden gebruikt om nagemaakte medicijnen te identificeren terwijl ze nog in verpakking zijn. Dit gebeurt wanneer de technologie beperkt is in zijn gevoeligheid en in staat is om in wezen door bepaalde lagen te gaan totdat deze het gewenste molecuul bereikt.