Was ist ein Raman-Spektrometer?
Ein Raman-Spektrometer ist ein Gerät, das die Analyse chemischer Strukturen und die Bewertung physikalischer Eigenschaften durch Messung des Lichts ermöglicht, das gestreut wird, wenn eine Substanz mit Licht bestrahlt wird.
Das Streulicht enthält Licht verschiedener Wellenlängen, wobei Licht mit der gleichen Wellenlänge wie das einfallende Licht als Rayleigh-Streulicht und Licht mit einer anderen Wellenlänge als Raman-Streulicht bezeichnet wird. Das Raman-Spektrometer analysiert und bewertet durch den Nachweis von Raman-Streulicht.
Das Raman-Spektrometer besteht aus einer Laserquelle, einem Beugungsgitter usw. und einem empfindlichen Detektor, der das schwache Raman-Streulicht des Spektrometers erfasst. Es kann die Struktur der meisten Materialien, ob gasförmig, flüssig oder fest, ohne jegliche Vorbehandlung messen.
Darüber hinaus werden Raman-Spektrometer in vielen Bereichen eingesetzt, da sie Moleküle berührungslos und zerstörungsfrei identifizieren können.
Anwendungen von Raman-Spektrometern
Raman-Spektrometer werden in vielen Bereichen eingesetzt, z. B. bei Batterien, Displays, in der Lebensmittelwissenschaft, in der Medizin und in der Pharmazie, als Instrumente zur Analyse chemischer und molekularer Strukturen, unabhängig davon, ob es sich um organische oder anorganische Materialien handelt.
Sie kann zur Analyse der Lebensdauer, der Leistung und des Degradationszustands von Batterien sowie zur quantitativen Analyse von Proteinen, Lipiden und Lebensmittelpigmenten in Lebensmitteln eingesetzt werden. In der Pharmazie kann die Raman-Spektroskopie zur Untersuchung von Kristallstrukturen eingesetzt werden, die zur Bestimmung der Löslichkeit und Wirksamkeit herangezogen werden können.
Funktionsweise des Raman-Spektrometers
Ein Raman-Spektrometer ist ein Gerät zur Bewertung der Struktur und der physikalischen Eigenschaften einer Substanz durch den Nachweis des von der Substanz gestreuten Raman-Lichts. Es besteht aus einer Lichtquelle, die das Streulicht erzeugt, einem Monochromator zur Extraktion des Raman-Streulichts aus dem Streulicht und einem Detektor zum Nachweis des Raman-Streulichts.
1. Lichtquelle
Es wird eine Lichtquelle mit einer einzigen Wellenlänge und hoher Lichtintensität verwendet. Je schmaler die Linienbreite der Lichtquelle ist, desto höher ist die Auflösung der Analyse und desto schwächer ist das Raman-Streulicht als Signal. In den meisten Fällen werden Festkörperlaser verwendet.
2. Spektrometer
Es werden Monochromatoren, die Licht mit einer einzigen Wellenlänge aussenden oder Polychromatoren, die Licht mit einer festen Wellenlänge aussenden, verwendet. Die Spektroskopie wird mit Hilfe von Beugungsgittern im Spektrometer durchgeführt. Das Beugungsgitter ist ein Glassubstrat, in das in gleichen Abständen winzige Rillen eingraviert sind, und ist ein Element, das das Beugungsphänomen des Lichts für die Spektroskopie nutzt.
3. Detektor
Da das Raman-Streulicht schwach ist, wird ein hochempfindlicher Detektor verwendet. Bei der Detektion ist es wünschenswert, viele spektral getrennte Wellenlängen gleichzeitig zu erfassen. Daher werden lineare Bildsensoren verwendet.
Weitere Informationen zu Raman-Spektrometern
1. Vergleich mit Infrarotspektrometern
Infrarotspektrometer werden oft mit Raman-Spektrometern verglichen. Beide Geräte ermöglichen die Analyse chemischer Strukturen und die Bewertung physikalischer Eigenschaften auf der Grundlage der Schwingungsspektren von Molekülen. Es gibt jedoch Unterschiede in den Spektren, die gemessen werden können.
Die Spektren, die von beiden gemessen werden können, sind unterschiedlich, da das Raman-Spektrometer auf der Grundlage des gestreuten Lichts und das IR-Spektrometer auf der Grundlage der optischen Absorption der Substanz analysiert. Weitere vergleichende Merkmale sind im Folgenden aufgeführt:
Merkmale von Raman-Spektrometern
- Probengrößen bis zu etwa 1 µm sind möglich
- Es besteht die Möglichkeit der Messung von Proben in Glasbehältern.
- Eine Messung in wässriger Lösung ist möglich.
- Es ist keine Verdünnung oder andere Vorbehandlung erforderlich.
- Eine teure Ausrüstung ist erforderlich.
- Die Probe kann durch die Messung beschädigt werden.
Merkmale von Infrarotspektrometern
- Eine Probengröße bis zu 10 µm ist möglich.
- Eine Messung in Glasbehältern ist nicht möglich.
- Eine begrenzte Messung ist in wässrigen Lösungen möglich.
- Eine einfache Identifizierung der Probe ist möglich.
- Es handelt sich um eine kostengünstige Ausrüstung.
- Es besteht eine geringere Wahrscheinlichkeit, dass die Probe durch die Messung beschädigt wird.
2. Nachweismöglichkeit des gestreuten Lichts
Raman-Spektrometer werden zur Analyse und Bewertung von Stoffen eingesetzt, indem sie mit Licht bestrahlt werden und das gestreute Licht detektiert wird. Es gibt zwei Arten von Streulicht: das elastische und das inelastische Streulicht.
Bei der elastischen Streuung entsteht Streulicht mit der gleichen Wellenlänge wie das Licht vor der Streuung, während bei der inelastischen Streuung Streulicht mit einer anderen Wellenlänge als vor der Streuung entsteht. Das von einem Raman-Spektrometer erfasste Licht ist Raman-Streulicht, das durch inelastische Streuung erzeugt wird. Das Raman-Streulicht basiert auf den Schwingungs- und Rotationsniveaus des Materials.
Diese Niveaus sind die spezifischen Energieniveaus des Moleküls, so dass das Raman-Streulicht ein molekülspezifisches Spektrum ist. Daher kann das Raman-Spektrometer durch den Nachweis des Raman-Streulichts die Wellenlängenabweichung vom einfallenden Licht messen und das Molekül identifizieren.