Raman- Spektroskopie. Natalia Gneiding. 5. Juni 2007

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1 Raman- Spektroskopie Natalia Gneiding 5. Juni 2007

2 Inhalt Einleitung Theoretische Grundlagen Raman-Effekt Experimentelle Aspekte Raman-Spektroskopie Zusammenfassung

3 Nobelpreis für Physik 1930 Sir Chandrasekhara Venkata Raman * 1888, 1970 Calcutta University, Calcutta, India

4 Motivation Analyse von Schwingungsspektren durch Laser wieder attraktiver symmetrische Molekülschwingungen können sichtbar gemacht werden Ergänzung IR-Spektrum

5 Was ist die Raman-Spektroskopie? beruht auf Raman- Efekt Messung der Wellenlängen und Intensitäten von inelastisch gestreutem Licht Beobachtung des Raman- Streulichtes bei Wellenlängen Molekül- oder Kristallgitterschwingungen gegenüber dem einfallenden Licht verschoben ist

6 Raman-Effekt Probe mit monochromatischem Licht bestrahlen:

7 Raman-Effekt Raman-Effekt unelastischer Stoß zwischen Photon und Molekül Energie (abgegeben oder aufgenommen): Differenz zwischen zwei Energieniveaus einer Molekülschwingung

8 Raman-Spektroskopie beruht auf dem Raman- Efekt Wellenlängen und Intensitäten von inelastisch gestreutem Licht werden gemessen Frequenz Raman- verschoben gegen einfallendes Licht Streulicht

9 Raman-Spektroskopie Die Infrarot- und Raman- Spektroskopie ergänzen sich in ihrem Informationsgehalt. IR-Spektrum von (E)-Dichlorethylen Laser-Raman- Spektrum von (E)-Dichlorethylen

10 Raman-Spektroskopie

11 Wellenmodel Raman- und Rayleigh-Streuung Annahme: Strahl der Frequenz ν e fällt auf Probe Elektrektrische Feld: E = E 0 cos(2πν t) e Dipolmoment: m = α E = α E 0 cos(2πν t) e

12 Wellenmodel Raman- und Rayleigh-Streuung α α α0 + rm cos(2πν t) r = ν m α = α0e0 cos( 2πν e t) + E0rm cos ν et r ( 2πν t) cos(2πν ) mit cos x cos y = [ cos( x + y) + cos( x y) ]/ 2

13 Wellenmodel Raman- und Rayleigh-Streuung [ ] [ ] t r r E t r r E t E m e m e m e ) ( 2 cos 2 ) ( 2 cos 2 ) cos( ν ν ν ν π α ν ν π α πν α = Rayleigh-Streuung Stokes-Streuung anti-stokes-streuung 0 r α Auswahlregel:

14 Instrumentelle Ausrüstung drei Komponenten:

15 Raman-Spektroskopie Voraussetzungen: Anregung mit monochromatischer Strahlung jede Anregungsfrequenz ein Raman-Spektrum Proben nicht fluoreszieren Raman-Spektrum überdecken Anregungswellenlänge in dem wenige Stoffe absorbieren wegen geringer Raman- Streuung intensive Lichtquelle Wasser als Lösungsmittel linienarm, wenig intensives Raman- Spektrum

16 Intensität normaler Raman-Linien abhängig von: Polarisierbarkeit des Moleküls Intensität der Strahlungsquelle Konzentration der Substanz

17 Laserquellen Helium-Neon-Laser Wellelänge 632,8 nm Argonionen-Laser Wellenlängen bei 488 nm und 514,5 nm Nd:YAG-Laser Wellenlänge 1064 nm

18 Raman-Spektren von Gasen nicht einfach zu erhalten Intensität der Raman-Linien ist gering Dichte der streuenden Substanz ist klein Einbau zwei Spiegel in die Küvette das Erreglicht vielfach hin- und herreflektieren

19 Raman-Spektren von Flüssigkeiten Raman-Spektren hoher Qualität Flüssigkeit möglichst staubfrei möglichst hochkonzentrierte Lösungen verwenden Lösungsmittel, die möglichst wenige eigene Banden haben: z.b. CS 2 hat Bande

20 Raman-Spektren von Pulvern Spektren deutlich schlechter als bei Flüssigkeiten abhängig vom Brechungsindex und von Teilchengröße Teil der Lichtintensität des Erreger- Streulichts geht verloren und des vielfache Reflexion an der Oberfläche der Teilchen Rayleigh- Linie mit großer Intensität ein Teil der Erregerlichts reflektiert in die Optik des Geräts

21 Anwendungen anderer Arten der Raman-Spektroskopie Resonanz-Raman-Spektroskopie Oberflächenverstärkte Raman-Spektroskopie

22 Zusammenfassung Raman-Spektroskopie Wechselwirkung zwischen elektromagnetischer Strahlung und Materie Rayleigh-,Stokes- und anti- Stokes- Streuung Ziel Schwingungsfrequenzen von Molekülen Aufgabe Interpretation der ermittelten Frequenzen

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