Ramanmikroskopie

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In einem Ramanspektrum entspricht jedes Signal (bzw. jede Bande) einer Schwingung eines Moleküls, Kristalls oder einer amorphen Phase. Proben werden mit einem monochromatischen Lichtstrahl, typischerweise mit einem sichtbaren kontinuierlichen Laser, angeregt. Ein geringer Anteil der Photonen wird von den Probenbestandteilen inelastisch gestreut (d.h. Raman-gestreut), wodurch Photonen mit leicht veränderter Frequenz (d.h. leicht veränderter Farbe) erzeugt werden. Die Differenz der Lichtfrequenzen (Raman shift) wird üblicherweise in Wellenzahlen (cm^-1) ausgedrückt und entspricht der Frequenz einer Molekül- oder Kristallgitterschwingung.

Da der Satz aller Raman-aktiven Resonanzfrequenzen einen sehr charakteristischen “Fingerabdruck” einer Molekül- oder Kristallstruktur darstellt, ermöglicht die Ramanspektroskopie die Identifikation von

• organischen Molekülen,
• funktionellen Gruppen (durch Zuordnung einzelner Banden zu Gruppenfrequenzen),
• anorganischen Phasen,
• sowohl kristallinen als auch amorphen Phasen und
• Polymorphen.

Als eine Schwingungsspektroskopie ist die Ramanspektroskopie der Infrarot-(IR-)Spektroskopie ähnlich. Mehrere Vorteile von Raman gegenüber IR sind auf den Einsatz von sichtbarem Licht anstelle von Infrarotstrahlung zurückzuführen. So ist die Kopplung der Ramanspektroskopie mit der Licht- bzw. Konfokalmikroskopie naheliegend und die Sub-Mikrometer-Wellenlängen von sichtbarem Licht ermöglichen Raman-mikroskopische Bildgebung mit Auflösungen im Bereich unterhalb 1 µm.

 

 

Ein Ramanmikroskop ermöglicht die gezielte Auswahl mikroskopischer Messstellen auf dem Lichtmikroskopiebild einer Probe (Einzelpunktmessungen) und die Aufnahme ganzer Ramanbilder durch Abrastern der Probe und Aufnahme kompletter Ramanspektren in jedem Pixel einer ausgewählten Fläche (Ramanbildgebung bzw. Ramanmapping). Aus diesen Daten lassen sich Verteilungskarten chemischer Bestandteile oder physikalischer Materialeigenschaften berechnen.

Im Prinzip können alle Proben, die unter ein Mikroskop passen (üblicherweise auf Glas-Objektträgern präpariert), mit einem Ramanmikroskop untersucht werden. Hauptgrund für Einschränkungen der Messbarkeit einiger Proben ist die geringe Intensität der Ramanstreuung, welche in Gegenwart fluoreszierender Probenbestandteile leicht in der starken Lichtemission “untergehen” kann. Dieses kann in vielen Fällen durch Wechsel der Laserwellenlänge überwunden werden.