Technik
Spektrometertechnik
Spektrometeraufbau
Ein Raman-Spektrometer besteht üblicherweise aus mindestens 4 Elementen:
- Einer monochromatischen Lichtquelle
- Der Probenkammer und Sammeloptik
- Einer Einheit für die spektrale Zerlegung des Lichts
- Und einem Detektor
Eine hohe Empfindlichkeit wird durch die hohe Beleuchtungsstärke eines fokussierten Laserstrahls, durch gute Sammeleigenschaften für das Raman-Streulicht, hohen Lichtdurchsatz der Optik und durch einen empfindlichen Detektor erreicht. Das gesamte System wird durch einen Computer gesteuert. Dieser stellt zudem die Raman-Spektren oder direkt das Ergebnis einer spektralen Auswertung dar.
Laser und Detektoren
Raman-Spektren können bei nahezu jeder Anregungswellenlänge erzeugt werden. Die Auswahl der Wellenlänge hängt davon ab, welcher Laser verfügbar ist und von der erforderlichen Empfindlichkeit der Analyse (die Raman-Streuintensität ist umgekehrt proportional abhängig von der 4. Potenz der Anregungswellenlänge). Darüber hinaus kann bei bestimmten Anregungswellenlängen der Resonanz-Raman-Effekt genutzt oder Fluoreszenz vermieden werden.
Laser stehen vom ultravioletten (UV) über den sichtbaren (VIS) bis hin zum nahen infraroten (NIR) Spektralbereich zur Verfügung. Eine hohe Empfindlichkeit des Raman-Spektrometers wird erst durch einen für den Spektralbereich passenden Detektor erzielt. Für den sichtbaren Spektralbereich werden üblicherweise auf Silizium aufgebaute CCD-Detektoren verwendet. Im NIR werden Raman-Spektren mit Indium-Gallium-Arsenid (InGaAs) oder Germanium-Detektoren aufgezeichnet.
FT-Raman- oder dispersive Raman-Spektroskopie?
Mit einem NIR-Laser ist die Raman-Streuintensität um mindestens den Faktor 1⁄4 verringert. Zusätzlich sind für die grundsätzlich geringe Intensität der Raman-Streuung InGaAs- und Germanium-Detektoren weniger empfindlich als CCD-Detektoren. Interferometerbasierte Spektrometer können gegenüber dispersiven Spektrometern, die auf Gittern oder Filtern basieren, einen Teil dieser Einbußen ausgleichen. Das Raman-Spektrum wird dabei über eine Fourier-Transformation (FT) aus dem Interferogramm berechnet.
Üblicherweise werden dispersive CCD/Diodenlaser-System bevorzugt für verdünnte Bestandteile in Mischungen und Lösungen, für schwach streuende oder temperaturempfindliche Proben. Allerdings bieten die FT-Raman-Systeme eine bessere Wellenlängengenauigkeit, einen größeren Spektralbereich und eine höhere Auflösung. Zudem weisen sie in der Regel weniger Störungen durch Fluoreszenz auf, besonders wenn die Anregung bei letztlich 1064 nm erfolgt.
Folglich hängt die Wahl des Spektrometertyps im Wesentlichen von der Probenart ab.
