Technik

Spektrometertechnik

NIR-FT-Raman-Spektroskopie

Raman-Mikroskopie

Fluoreszenzvermeidung

Fluoreszenzvermeidung

Was ist Fluoreszenz?

Viele Materialien sind farbig. Häufig absorbieren diese Materialien Licht in einem spezifischen Bereich des sichtbaren Spektrums. Das meiste Licht jedoch wird durchgelassen oder reflektiert und wird als komplementäre Farbe des absorbierten Lichts wahrgenommen.

Das absorbierte Licht regt Elektronen für eine sehr kurze Zeit auf ein höheres Energieniveau an. Üblicherweise kehren die Elektronen rasch unter Ausstrahlung von Licht derselben Energie bzw. Wellenlänge zum Grundzustand zurück. Bei einigen Materialien dauert die Rückkehr jedoch wesentlich länger und ein Teil der Energie wird an innere molekulare Prozesse abgegeben. Das abschließend ausgestrahlte Licht ist langwelliger gegenüber dem zuvor absorbierten Licht. Dieser Vorgang wird als Fluoreszenz bezeichnet.

Konkurrenz von Raman-Streuung und Fluoreszenz

Wenn die Raman-Streuung nahe bei einem elektronischen Übergang angeregt wird geht dieses gelegentlich mit Fluoreszenz einher. Da die Fluoreszenz jedoch wesentlich intensiver ist und eine breite Emission aufweist, reichen bereits geringe Anteile an fluoreszierenden Komponenten auf, die die Raman-Streuung überdecken können. Ohne eine Verstärkung des Raman-Effekts lassen sich Nachweisgrenzen von ca. 0,1% bis 1% erreichen. Da die Fluoreszenz üblicherweise mehrere Größenordnung intensiver als die Raman-Streuung ist reichen bereits Spuren von fluoreszierenden Verunreinigungen aus, um die Aufnahme des Raman-Spektrums des Grundmaterials zu verhindern.

Strategien zur Fluoreszenzvermeidung

• Auswahl der optimalen Anregungswellenlänge
  Durch Auswahl einer Anregungswellenlänge, die weit entfernt von einem elektronischem Übergang der Probe ist, wird die Fluoreszenz grundsätzlich vermieden. Fluoreszenz wird weitestgehend durch die NIR-FT-Raman-Spektroskopie vermieden.

• Reinigen der Probe
  Diese Methode ist für Proben geeignet, wo die Fluoreszenz durch Verunreinigung verursacht wird.

• Photo-Bleaching
  Durch Bestrahlung der Probe über einige Minuten mit sehr intensivem Licht, bevorzugt mit dem Raman-Laser, werden fluoreszierende Komponenten zerstört. Diese Methode ist für feste Proben geeignet, wo die Fluoreszenz durch Verunreinigung verursacht wird.

• Konfokale Optik
  Bei einem konfokalen Raman-Mikroskop wird durch eine Lochblende die Fluoreszenz von außerhalb des Laserfokus ausgeblendet und überwiegend die relativ intensive Raman-Streuung innerhalb des Laserfokus detektiert. Anwendbar bei relativ gering intensiv fluoreszierenden Proben.

• Geringe Verschiebung der Anregungswellenlänge
  Anwendbar bei schwach fluoreszierenden Proben. Es werden nacheinander die Raman-Spektren mit leicht verschiedenen Laserwellenlängen aufgenommen. Durch Subtraktion der beiden Spektren voneinander wird die nicht veränderte Fluoreszenzhintergrund entfernt. Das Raman-Spektrum wird anschließend mittels eines mathematischen Verfahrens aus dem Subtraktionsspektrum rekonstruiert.

• Basislinienkorrektur
  Schwach intensive Fluoreszenzuntergründe lassen sich durch ein mathematisches Verfahren entfernen. Üblicherweise werden so nach dem Photo-Bleaching verbleibende schwach intensive Fluoreszenuntergründe entfernt.

• Verstärkung des Raman-Effekts durch RR und SERS
  Die Raman-Streuintensitäten lassen sich gegenüber der Fluoreszenz durch die resonante Raman-Streuung (RR) und die oberflächenverstärkte Raman-Streuung (SERS) steigern.