Raman-Spektroskopie

Allgemeines

• Wie in der IR-Spektroskopie werden in der Raman-Spektroskopie Atomgruppen zu Schwingungen angeregt und die dabei entstehenden charakteristischen Banden registriert. Diese werden als Raman-Banden bezeichnet.
• Besonders charakteristische Signale liefern unpolare oder nur wenig polare Atomgruppen, wie sie z.B. Bindungen zwischen gleichen Atomen darstellen.
• Die aus C-C-Schwingungen resultierenden Gerüstschwingungen organischer Moleküle lassen sich mit Hilfe der Raman-Spektroskopie oft besser zuordnen, als mit der IR-Spektroskopie, so können z.B. die Ringgrößen von Kohlenstoffringen bestimmt werden.
• Insgesamt lässt sich die Raman-Spektroskopie als Ergänzung der IR-Spektroskopie einordnen, da sie genau die Gruppen nachzuweisen vermag, die in der IR-Spektroskopie inaktiv sind.

Messprinzip

• Die Raman-Spektroskopie beruht auf dem Smekal-Raman-Effekt. 
• Strahlt man monochromatisches Licht in eine Lösung, so treten drei physikalische Erscheinungen auf. 
  • Durchstrahlung
  • Streuung des eingestrahlten Lichts ohne Veränderung der Frequenz (Rayleigh-Streuung, Tyndall-Effekt)
  • Streuung des eingestrahlten Lichts mit Veränderung der Frequenz (Raman-Streustrahlung)
• Die Raman-Streustrahlung lässt sich in Linien bestimmter Frequenzen zerlegen (Stokes'sche Linien). Diese weisen eine im Vergleich zur Anregungsfrequenz verminderte Frequenz auf. 
• Trägt man die Frequenzen der Linien der Raman-Streustrahlung und der Absorptionsbanden des IR-Spektrums der gleichen Substanz gegeneinander auf, so erkennt man, dass die Frequenzunterschiede zwischen den Linien bzw. Banden identisch sind.
• Analog zur IR-Spektroskopie werden also auch hier Molekülschwingungen angeregt. Allerdings ist der Mechanismus ein anderer. Bei der Raman-Spektroskopie geben einige Lichtquanten (< 1 %) einen Teil ihrer Energie an die Moleküle der Probe ab. Diese Lichtquanten haben nun also eine geringere Energie und folglich eine niedrigere Frequenz. Sie sind es nun, die als Raman-Streustrahlung gemessen werden. 
• Auch hier ist der Betrag der Energiedifferenz gleich der Energie, die der Resonanzfrequenz der Atomgruppe entspricht.

Voraussetzungen

• Voraussetzung für die Raman-Spektroskopie ist die Polarisierbarkeit zumindest von Teilen der Probensubstanz, da nur so ein Dipol entstehen kann - Grundvoraussetzung für die Ausendung elektromagnetischer Wellen.
• Oftmals sind auch Gruppen, die IR-inaktiv sind Raman-aktiv, da sie zwar kein Dipolmoment, wohl aber eine deformierbare - und damit polarisierbare - Elektronenhülle aufweisen.

Aufbau

• Da die Streustrahlung nur weniger als 1 % des eingestrahlten Lichts ausmacht, müssen sehr intensive Lichtquellen eingesetzt werden. Meist werden dafür Laser benutzt, die sich auch aufgrund ihres monochromatischen Lichts hervorragend für die Messung eignen.
• Die Probe darf keine fluoreszierenden Substanzen oder Schwebstoffe enthalten.
• Die Messung erfolgt, wie in der Fluorimetrie, rechtwinklig zur Einstrahlung.

Anwendung

• Identifizierung und Strukturaufklärung apolarer Atomgruppen
• Untersuchung symmetrischer Atomgruppen bzw. IR-inaktiver Moleküle
• Quantitative Bestimmungen
• Ergänzung der IR-Spektroskopie