Raman-Spektroskopie

Was ist Raman-Spektroskopie und wofür wird sie verwendet?

Die Raman-Spektroskopie ist eine zerstörungsfreie Analysetechnik mit Anwendungen in der chemischen Prüfung, Pharmazie, Geologie, Polymercharakterisierung (einschließlich Mikroplastikanalyse) und der Halbleiterindustrie. Sie basiert auf der inelastischen Streuung von Photonen, bekannt als Raman-Streuung. Das Raman-Spektrum liefert Informationen über chemische Struktur und Verteilung, Phase und Polymorphie, Kristallinität sowie molekulare Wechselwirkungen.

Wie funktioniert die Raman-Spektrometrie?

In der Raman-Spektroskopie wird eine monochromatische Lichtquelle auf eine Probe gerichtet. Die Photonen interagieren mit den Molekülen der Probe und werden inelastisch gestreut. Das gestreute Licht wird von einem optischen Spektrometer detektiert. Raman-Spektren entstehen, wenn Licht mit Molekülschwingungen und Rotationsenergien in der Probe interagiert. Die Energie der Photonen kann sich nach oben oder unten verschieben, und diese Änderungen der Wellenlänge werden gegenüber dem einfallenden Licht aufgezeichnet.

Chemische Bindungen haben charakteristische Schwingungsfrequenzen, die als Peaks im Raman-Spektrum sichtbar sind. Sobald die chemischen Bindungen in der Probe anhand der charakteristischen Peaks identifiziert wurden, können Rückschlüsse auf die chemische Struktur der Verbindung(en) gezogen werden, die die Probe enthält.

Vor- und Nachteile der Raman-Spektroskopie-Analyse

Die Raman-Spektroskopie ist eine vielseitige Technik, die für die meisten Probenmatrices geeignet ist. Im Vergleich zu anderen Methoden wie FTIR und TED-GC-MS ist Raman in der Regel auch kostengünstiger, was die Mikroplastik-Quantifizierung mittels Raman zur empfohlenen Methode für die Identifizierung von Mikroplastikpartikeln in relativ einfachen Probenmatrices wie Wasser macht.

Die größte Schwäche der Raman-Spektroskopie ist die Fluoreszenz, die in einigen Substanzen vorhanden ist und die zugrunde liegenden spektralen Informationen verdecken kann. Fluoreszenz kann von der Probe selbst oder von den darin enthaltenen Verunreinigungen ausgehen. Darüber hinaus kann Raman sehr kleine Mikroplastik- und Nanoplastikpartikel mit einem Durchmesser von weniger als 1 µm nicht detektieren. Die py-GC-MS-Methode ist in solchen Fällen eine Alternative, obwohl sie nicht die Partikelgrößenverteilung liefert, sondern stattdessen Konzentrationen in Mikrogramm pro Liter angibt.

Was ist der Unterschied zwischen Raman und FTIR?

Die Raman-Spektroskopie liefert Daten, die komplementär zur Infrarot(IR)-Spektroskopie sind. Während die IR-Spektroskopie empfindlich für polare Bindungen und heteronukleare Gruppenschwingungen ist, wie beispielsweise die OH-Streckschwingung in Wasser, ist die Raman-Spektroskopie empfindlich für homonukleare molekulare Bindungen, wie C - C-, C = C und C ≡ C. Aus diesem Grund kann die Raman-Spektroskopie zur Analyse von Proben in wässrigen Lösungen eingesetzt werden, die mit FTIR schwer zu analysieren wären. Die Raman-Spektroskopie ist zudem empfindlicher für anorganische Materialien.

Wenn Sie sich speziell für die Unterschiede zwischen Raman und FTIR in der Mikroplastikanalyse interessieren, können Sie das Thema in unserem Blog über ISO 16094-Normen weiter vertiefen. ISO 16094-2 beschreibt das Verfahren zur Analyse von Mikroplastik mit Vibrationsspektroskopie-Methoden (d. h. Raman und FTIR) und spezifiziert einige der wesentlichen Unterschiede zwischen ihnen.

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