Warum wir die Raman-Spektroskopie verwenden
Erfahren Sie mehr über die Vorteile der Raman-Spektroskopie und warum sie sich besonders für die kombinierte und korrelative Mikroskopie eignet. Die Raman-Mikroskopie ergänzt andere Strukturanalyseverfahren wie FTIR und XRD.
Die Raman-Spektroskopie ist ein vielseitiges, zerstörungsfreies Verfahren für chemische Analysen, das in der Regel keine Materialvorbereitung erfordert. Wir können die Raman-Mikroskopie mit anderen bildgebenden und analytischen Verfahren kombinieren, um Informationen auf mehreren Ebenen zu erhalten. Die Raman-Mikroskopie kann ergänzend zur Fourier-Transformations-Infrarotspektroskopie (FTIR) und Röntgenbeugung (XRD) eingesetzt werden. Wir vergleichen diese Analyseverfahren.
Vorteile der Raman-Spektroskopie
In vielen Fällen können Sie Zeit bei der Materialvorbereitung sparen und direkt mit der Raman-Analyse beginnen. Die Hauptvorteile:
Mit der Raman-Analyse können Sie die chemische Zusammensetzung und Struktur von Werkstoffen ermitteln.
Mit der Raman-Spektroskopie lassen sich verschiedene chemische Zusammenhänge und Strukturen nachweisen. Dazu gehören polymorphe Formen, die dieselben Atome enthalten, aber in unterschiedlichen Kristallformen vorliegen. Sie können auch Mischungen analysieren und deren chemische Zusammensetzung quantifizieren.
Die Raman-Spektroskopie hat viele Einsatzbereiche
Alle Nichtmetalle haben aktive Raman-Spektren. Deswegen eignet sich die Raman-Spektroskopie besonders für die Analyse unbekannter Proben. Beachten Sie, dass Metallverbindungen Raman-Spektren aufweisen. Deswegen können Metalloxide mittels Raman-Analyse charakterisiert werden, was uns Aufschluss über Korrosion gibt.
Die Raman-Analyse erfordert kaum Probenvorbereitung
Wenn die Verwendung eines Objektivs zur Beleuchtung Ihrer Probe möglich ist, können Sie deren Raman-Spektrum erfassen. Eine weitere Probenvorbereitung ist nicht erforderlich.
Die Raman-Mikroskopie ermöglicht eine markierungsfreie biochemische Erkennung
Zur Unterscheidung zwischen biologischen Geweben und Zellen werden keine Farbstoffe benötigt.
Die Raman-Analyse ist berührungslos und zerstörungsfrei
Sie können Ihre Probe mehrfach analysieren, ohne sie zu verändern.
Mittels Raman-Mikroskopie lassen sich Spurenelemente nachweisen
Die besten Raman-Mikroskope sind in der Lage, kleine Materialkonzentrationen von unter einem Mikrometer Größe räumlich aufzulösen. Dazu gehören Verunreinigungen, Nanodiamanten und einlagiges Graphen. Solche Systeme verwenden Linsen mit hoher numerischer Apertur, die das Raman-Streulicht aus einer kleinen Probenregion effizient beleuchten und erfassen können.
Mit der Raman-Spektroskopie können auch große Proben und Massenchemikalien überprüft werden
Wir können faseroptische Raman-Sonden verwenden, um unbewegliche Proben aus der Ferne zu analysieren. Manchmal müssen wir in situ Raman-Messungen durchführen (beispielsweise an einer Synchrotron-Beamline oder in einem chemischen Reaktor).
Die Raman-Analyse eignet sich für Proben in Wasser
Sie können Proben in wässrigen Lösungen analysieren, beispielsweise kolloidale Suspensionen, lebende Zellen oder biochemische Reaktionsmassen. Sie müssen eine nasse Probe weder extrahieren noch trocknen. Diese Prozesse sind zeitaufwändig und können auch die Chemie oder Struktur Ihrer Proben verändern.
Wir können durch die Seite eines Reagenzglases fokussieren, um eine Raman-Analyse des darin befindlichen Graphenpulvers durchzuführen.Korrelative Raman-Mikroskopie
Sie können die Bilder der Raman-Mikroskopie mit denen anderer Mikroskopieverfahren korrelieren. Dies ist einfach, dank der minimalen Anforderungen an die Probenahme und des zerstörungsfreien Charakters der Raman-Spektroskopie. Wir können unsere Raman-Systeme problemlos mit anderen Verfahren für ortsaufgelöste Messungen kombinieren, wie unter anderem:
- Rastersondenmikroskopie (SPM) / Rasterkraftmikroskopie (AFM)
- Rasterelektronenmikroskopie (SEM) mit Renishaws inLux™SEM-Raman Interface
- Fotostrom-Bildgebung
- Photolumineszenz (PL)
- Mittelwellen-Infrarot-Thermografie (MWIR)
- Nanoindentierung
- Fluoreszenzlebensdauer-Imaging-Mikroskopie (FLIM)
Diese Verfahren in Kombination können Ihnen vollständige Informationen zu Ihren Materialien liefern.
Weitere Informationen über kombinierte Raman-Systeme
Überlagertes Bild, das eine klare Korrelation zwischen (A) optischem Bild, (B) REM-Bild und (C) Raman-Bild zeigt. Das Raman-Bild stellt die chemische Zusammensetzung des Polymerlaminats dar: Polycarbonat (rot), Rutil-TiO2 (blau), Poly[4,4'-Methylenbis(phenylisocyanat)-alt-1,4-Butandiol/Poly(butylenadipat) (grün), Kupferphthalocyanin (blaugrün) und Polyethylenterephthalat (gelb) dar. Beachten Sie die blaugrüne Schicht, die weder im REM-Bild noch im optischen Bild sichtbar ist, aber durch Raman-Bildgebung erkannt wird.
Wissenswertes über Raman-Spektroskopie
Neu auf dem Gebiet der Raman-Spektroskopie? Machen Sie sich schnell mit den Grundlagen der Raman-Analyse vertraut.
Raman-Mikroskopie im Vergleich zur Fourier-Transformations-Infrarotspektroskopie (FTIR)
Wissenschaftler vergleichen die Raman-Spektroskopie häufig mit der geläufigeren Fourier-Transformations-Infrarotspektroskopie (FTIR). Beides sind Formen der Schwingungsspektroskopie. Die Raman- und FTIR-Spektroskopie ergänzen sich aufgrund ihrer unterschiedlichen physikalischen Mechanismen.
Die FTIR misst, wie eine Probe Licht bei bestimmten Frequenzen, die den Schwingungsfrequenzen von Molekülbindungen entsprechen, absorbiert. Die IR-Absorption erfordert eine Änderung des Dipolmoments an einer Bindung. Daher ist die FTIR-Spektroskopie empfindlicher für Schwingungen von heteronuklearen funktionellen Gruppen mit polaren Bindungen, wie beispielsweise die O-H-Streckung in Wasser.
Die Raman-Spektroskopie hingegen misst die inelastische Streuung von Licht an Molekülen, um deren Schwingungen zu untersuchen. Damit Raman-Streuung stattfinden kann, muss das einfallende Photon eine Änderung der Polarisierbarkeit an einer Bindung bewirken. Die Raman-Spektroskopie ist empfindlicher für die Schwingungen homonuklearer Molekülbindungen und kann zwischen C-C-, C=C- und C≡C-Bindungen unterscheiden.
Sowohl Raman- als auch FTIR-Spektroskopie können mikroskopisch durchgeführt werden. Gegenüber der FTIR bietet die Raman-Mikroskopie einige Vorteile:
• Die Raman-Spektroskopie erkennt Schwingungsmoden, die nicht IR-aktiv sind.
• Die Raman-Mikroskopie kann kleinere Partikel auflösen als die mikroskopische FTIR (Mikro-FTIR), da sie häufig kürzere Lichtwellenlängen verwendet.
• Die Raman-Analyse kann zwischen Stoffen unterscheiden, die eine höhere chemische Spezifität aufweisen, da die Raman-Banden schmaler sind.
• Für die FTIR-Analyse müssen die Proben unter Umständen mit einem ATR- (attenuated total reflectance-)Lichtwellenleiter in Kontakt sein. Analytiker müssen Feststoffe oft durch Mahlen mit Nujol-Gemisch oder Lösungsmitteln vorbereiten. Anschließend wird die Probenmischung zwischen KBr-Scheiben gepresst. Für flüssige Proben können NaCl-Scheiben erforderlich sein.
• Möglicherweise wird für die quantitative Raman-Analyse ein Referenzstoff benötigt, der keine Probenvorbereitung einer festen optischen Weglänge erfordert. Bei der quantitativen FTIR-Analyse handelt es sich um ein Absorptionsverfahren, das eine gleichmäßige optische Weglänge über die gesamte Probe voraussetzt.
• Die Raman-Spektroskopie eignet sich für Untersuchungen der Depolarisation an chiralen Molekülen.
Raman-Mikroskopie im Vergleich zur XRD
Die Röntgenbeugung (XRD) ist ein weiteres zerstörungsfreies Analyseverfahren. Mit der XRD können Sie physikalische Eigenschaften wie Phasenzusammensetzung, Kristallstruktur und die Ausrichtung von festen oder flüssigen Proben untersuchen. Die Wellenlänge der Röntgenstrahlen ist vergleichbar mit dem Abstand zwischen den Atomen in einem Kristallgitter. So kann es zu konstruktiven Interferenzen zwischen den einfallenden Röntgenstrahlen und der kristallinen Probe kommen. Wir können das resultierende XRD-Muster analysieren, um die langreichweitige Ordnung innerhalb der Kristallstruktur zu verstehen.
Die Raman-Spektroskopie ergänzt die XRD-Spektroskopie, wenn es um Informationen zur Kristallstruktur eines Stoffes geht. Gegenüber der XRD bietet die Raman- Spektroskopie jedoch einige Vorteile:
• Die Raman-Spektroskopie kann sowohl kristalline als auch amorphe Substanzen messen
• Mit der Raman-Analyse können kleine Mengen einer Probe bis hin zu einzelnen Körnern oder Partikeln gemessen werden
• Die Raman-Spektroskopie benötigt weder eine Vakuumkammer noch eine Feuchtigkeits- oder Temperaturkontrolle
Holen Sie das Beste aus Ihrem Raman-System heraus
Die Raman-Spektroskopie hat zwar viele Vorteile, kann aber auch einige Herausforderungen mit sich bringen. Erfahren Sie, wie einigen der Probleme begegnet werden kann, die bei ihrer Verwendung auftreten.
Was ist Raman-Spektroskopie?
Erfahren Sie noch mehr über die Raman- und Photolumineszenz- (PL-)Spektroskopie. Wir beantworten Ihre Fragen zur Raman-Mikroskopie, schnellen Raman-Bildgebung, Datenauswertung, Fluoreszenz und zu begleitenden Analyseverfahren.
Wissenswertes über Raman-Spektroskopie