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<p><b>Neue Seite</b></p><div>Unter '''Raman-Spektroskopie''' [{{IPA|ˈrɑːmən}}] (benannt nach dem indischen Physiker [[C. V. Raman]]) versteht man die [[Spektroskopie|spektroskopische]] Untersuchung der [[Stoß (Physik) #Unelastischer Stoß|inelastischen]] [[Streuung (Physik)|Streuung]] von [[Licht]] an [[Molekül]]en oder [[Festkörper]]n ([[Raman-Streuung]]). Sie dient u.&nbsp;a. der Untersuchung der [[Materialeigenschaft]]en z.&nbsp;B. von [[Halbleiter]]n oder [[Pigment]]en (etwa bei [[Kunstgegenstand|Kunstgegenständen]]).<br />
<br />
== Funktionsprinzip ==<br />
{{Hauptartikel|Raman-Streuung}}<br />
Um bei Molekülen Raman-Spektroskopie anwenden zu können, muss sich die [[Polarisierbarkeit]] bei Rotation oder Schwingung des Moleküls ändern.<br />
Bei der Raman-Spektroskopie wird die zu untersuchende Materie mit [[monochromatisch]]em Licht bestrahlt, üblicherweise aus einem [[Laser]]. Im [[Frequenzspektrum|Spektrum]] des an der Probe gestreuten Lichts werden neben der eingestrahlten [[Frequenz]] ([[Rayleigh-Streuung]]) noch weitere Frequenzen beobachtet. Die Frequenzunterschiede zum eingestrahlten Licht entsprechen den für das Material charakteristischen Energien von [[Rotation (Physik)|Rotations]]-, [[Molekülschwingung|Schwingungs]]-, [[Phonon]]- oder [[Spin-Flip]]-Prozessen. Aus dem erhaltenen Spektrum lassen sich, ähnlich dem Spektrum der [[Infrarotspektroskopie]], Rückschlüsse auf die untersuchte Substanz ziehen. Die in einem Raman-Spektrum auftretenden Linien werden auch als Stokes-Linien bezeichnet.<br />
<br />
Der Grund liegt in einer Wechselwirkung des Lichtes mit der Materie, dem sogenannten Raman-Effekt, bei dem Energie vom Licht auf die Materie übertragen wird („[[Stokes-Verschiebung|Stokes-Seite]]“ des Spektrums), bzw. Energie von der Materie auf das Licht („Anti-Stokes-Seite“ des Spektrums). Da die [[Wellenlänge]] des Lichts, d.&nbsp;h. seine [[Farbe]], von der Energie des Lichtes abhängt, bewirkt dieser Energieübertrag eine Verschiebung der Wellenlänge des gestreuten Lichtes gegenüber dem eingestrahlten Licht, die sogenannte Raman-Verschiebung.<br />
<br />
Die erreichbare [[Auflösungsvermögen|räumliche Auflösung]] variiert je nach verwendeter Messapparatur. So lässt sich eine Auflösung von einigen Mikrometern erreichen, wenn man das zur Spektroskopie genutzte Laserlicht mit Hilfe eines Mikroskops fokussiert.<ref name="DeWolf1996">{{Literatur|Autor=Ingrid De Wolf|Titel=Micro-Raman spectroscopy to study local mechanical stress in silicon integrated circuits |Sammelwerk=Semiconductor Science and Technology|Band=11|Nummer=2|Jahr=1996|Seiten=139-154|DOI=10.1088/0268-1242/11/2/001}}</ref><br />
<br />
Die Ortsauflösung spezieller [[LIDAR]]-Geräte zur Bestimmung des vertikalen Profiles zum Beispiel des Wassergehaltes der Atmosphäre beträgt vertikal einige Meter – sie arbeiten mit Laserimpulsen und messen das zeitliche Eintreffen des Rückstreusignales.<ref>[https://www.meteoschweiz.admin.ch/wetter/messsysteme/atmosphaere/lidar-und-ceilometer.html ''LIDAR und Ceilometer''], Mitteilung des Bundesamtes für Meteorologie und Klimatologie MeteoSchweiz, abgerufen am 17. Apr. 2023</ref><br />
<br />
== Aussagen ==<br />
Aus dem Spektrum (Frequenz und der zugehörigen [[Intensität (Physik)|Intensität]]) und der [[Polarisation]] des gestreuten Lichtes kann man u.&nbsp;a. folgende Materialeigenschaften erfahren: [[Kristallklasse|Kristallinität]], [[Kristallorientierung]], [[Chemische Formel|Zusammensetzung]], [[Mechanische Spannung|Verspannung]], [[Temperatur]], [[Dotierung]] und [[Relaxation (Naturwissenschaft)|Relaxation]].<br />
Die Raman-Spektroskopie erlaubt auch Aussagen über wässrige Systeme, die über Infrarot-Spektroskopie schwer zugänglich sind. So sind nicht nur [[abiotisch]]e, sondern auch [[biotisch]]e Systeme der Analyse zugänglich. Es ist prinzipiell sogar möglich, einzelne [[Art (Biologie)|Spezies]] von [[Bakterien]] mittels Raman-Spektroskopie zu unterscheiden.<ref>{{Literatur|Autor=M. Krause, P. Rösch, B. Radt, J. Popp|Titel=Localizing and identifying living bacteria in an abiotic environment by a combination of Raman and fluorescence microscopy|Sammelwerk=Analytical Chemistry|Band=80|Nummer=22|Jahr=2008|Seiten=8568–8575|DOI=10.1021/ac8014559}}</ref><br />
<br />
Die Raman-Streuung von Molekülen besitzt normalerweise einen sehr kleinen [[Streuquerschnitt]] (ca. 10<sup>−30</sup> cm<sup>2</sup>),<ref name="Hellerer2004" /> so dass man eine relativ hohe Konzentration an Molekülen oder eine hohe Laserintensität benötigt, um ein detektierbares Signal zu erhalten. Raman-Spektren einzelner Moleküle sind so nicht möglich.<br />
<br />
Vergleicht man das Raman-Spektrum einer thermisch oder mechanisch behandelten Probe mit dem einer gleichwertigen unbehandelten Probe, so lassen sich Aussagen über die entstandenen Eigenspannungen treffen. Dabei führt das Aufkommen von Druckspannung zu einer Verschiebung zu höheren Frequenzen, während eine Verschiebung zu kleineren Frequenzen durch Zugspannung hervorgerufen wird.<ref name="DeWolf1996" /><br />
<br />
== Varianten und Weiterentwicklungen ==<br />
Neben der klassischen Raman-Spektroskopie existieren noch einige Varianten und Weiterentwicklungen. Dazu gehören<br />
* auf der [[Nichtlineare Raman-Spektroskopie|nichtlinearen Raman-Streuung]] basierende Verfahren, z.&nbsp;B. die kohärente Anti-Stokes-Raman-Streuung (engl. ''{{lang|en|coherent anti-Stokes Raman scattering}}'', CARS)<br />
* auf der [[Raman-Streuung #Oberflächenverstärkte Raman-Streuung|oberflächenverstärkten Raman-Streuung]] (engl. ''{{lang|en|surface enhanced Raman scattering}}'', SERS) basierende Verfahren<br />
* die [[spitzenverstärkte Raman-Spektroskopie]] (engl. ''{{lang|en|tip-enhanced Raman spectroscopy}}'', TERS) als Kombination aus SERS und [[Rasterkraftmikroskop]]ie (engl. ''{{lang|en|atomic force microscopy}}'', AFM).<ref name="Hellerer2004">{{Literatur|Autor=Thomas Hellerer|Titel=CARS-Mikroskopie: Entwicklung und Anwendung|Verlag=München|Jahr=2004|Kommentar=Ludwig-Maximilians-Universität München, Fakultät für Chemie und Pharmazie|Online=[http://d-nb.info/971093954 Abstract & PDF]}}</ref><ref>{{Literatur|Autor=P. G. Etchegoin, E. C. Le Ru|Titel=A perspective on single molecule SERS: current status and future challenges|Sammelwerk=Physical Chemistry Chemical Physics|Band=10|Nummer=40|Jahr=2008|Seiten=6079–6089|DOI=10.1039/b809196j|Online=[http://www.victoria.ac.nz/raman/publis/Eric/pdf/2008%20PCCP%20Feature%20on%20SMSERS.pdf PDF]}}</ref><ref>{{Literatur|Autor=M. Schmitt, C. Krafft, J. Popp|Titel=Molekulares Imaging: Raman, CARS und TERS|Sammelwerk=BIOspektrum|Band=14|Nummer=6|Jahr=2008|Seiten=605–607|Online=[http://www.biospektrum.de/sixcms/media.php/1093/605_607.527880.pdf PDF]}}</ref><br />
<br />
Mithilfe der oberflächenverstärkten Raman-Streuung wird Raman-Spektroskopie auch an einzelnen Molekülen möglich. Dabei werden die Raman-Signale an den Oberflächen intelligent designter [[Metall]]<nowiki />strukturen um 10<sup>6</sup> bis 10<sup>8</sup> [[Verstärkung (Physik)|verstärkt]] (gegenüber Signalen ohne metallische Oberfläche), indem dort lokal sehr hohe [[elektromagnetisch]]e [[Feldstärke]]n auftreten, die zu einem starken Intensitätseintrag führen.<br />
<br />
Mithilfe spezieller Spektrometer für eine schnelle Datenerfassung können diese Verfahren auch für „[[Echtzeit]]“-Anwendungen eingesetzt werden. Die sogenannte ''Echtzeit-Raman-Spektroskopie'' kommt im Bereich der medizinischen [[in vivo|In-vivo]]-Diagnostik zur Anwendung.<ref>{{Literatur | Autor = Jianhua Zhao, Harvey Lui, David I., Haishan Zeng | Herausgeber = Domenico Campolo | Titel = Real-Time Raman Spectroscopy for Noninvasive ''in vivo'' Skin Analysis and Diagnosis | Sammelwerk = New Developments in Biomedical Engineering | Verlag = InTech | Ort = Wien | Jahr = 2010 | ISBN = 978-953-7619-57-2 | Seiten=455–474 | Online=[http://www.phas.ubc.ca/~hzeng/PDF%20Files/Zeng%20Raman%20Book%20Chapter.pdf PDF] | DOI=10.5772/7603}}</ref><br />
<br />
Das Projekt ''OpenRAMAN'' hat die [[technische Dokumentation]] eines Raman-Spektroskops offen lizenziert und als [[Open-Source-Hardware|Open Hardware]] veröffentlicht, sodass dieses nachgebaut und weiterentwickelt werden kann.<ref>{{Internetquelle |url=https://www.open-raman.org/ |titel=OpenRAMAN |sprache=en-US |abruf=2023-09-15}}</ref><ref>{{Internetquelle |url=https://www.thepulsar.be/article/diy-raman-spectroscopy/ |titel=DIY Raman Spectroscopy |werk=The Pulsar Engineering |datum=2019-02-15 |sprache=en-gb |abruf=2023-09-15}}</ref><br />
<br />
== Siehe auch ==<br />
* [[Oberflächenchemie]]<br />
* [[Partikelplasmon]]<br />
<br />
== Literatur ==<br />
* Josef Brandmüller, Heribert Moser: ''Einführung in die Ramanspektroskopie.'' Steinkopff, Darmstadt 1962 (''Wissenschaftliche Forschungsberichte. Naturwissenschaftliche Reihe'' 70, {{ISSN|0084-0920}}).<br />
* D. B. Chase, J. F. Rabolt (Hrsg.): ''Fourier Transform Raman Spectroscopy. From Concept To Experiment.'' Academic Press, San Diego CA u. a. 1994, ISBN 0-12-169430-5.<br />
* Jeanette G. Grasselli (Hrsg.): ''Analytical Raman Spectroscopy.'' Wiley, New York NY u. a. 1991, ISBN 0-471-51955-3 (''Chemical Analysis'' 114 ''A Wiley Interscience Publication'').<br />
* Michael J. Pelletier: ''Analytical Applications Of Raman Spectroscopy.'' Reprinted. Blackwell Science, Malden MA u. a. 2001, ISBN 0-632-05305-4.<br />
* [[Bernhard Schrader]] (Hrsg.): ''Infrared And Raman Spectroscopy. Methods and Applications.'' VCH, Weinheim u. a. 1995, ISBN 3-527-26446-9.<br />
* Douglas A. Skoog, F. James Holler, Stanley R. Crouch, Beatrix Föllner, Hans-Jörg Möhring, R. Niessner: ''Instrumentelle Analytik'', Kapitel 18: Seite 475–490, 6. Auflage, Springer 2013, ISBN 978-3-642-38169-0.<br />
<br />
== Weblinks ==<br />
* [http://rruff.info/ RRUFF – Referenzdatenbank mit RAMAN-Spektren für Mineralien]<br />
* [http://www.hedm.cup.uni-muenchen.de/download/raman.pdf Raman-Spektroskopie erklärt (.pdf)]<br />
* [http://www.raman.de/ raman.de]<br />
* [https://infozentrum.ethz.ch/datenbanken-tools/datenbanken Verzeichnis der ETH Zürich von Datenbanken und Nachschlagewerken]<br />
<!-- der usrpl. link funktioniert nicht mehr: http://www.eqi.ethz.ch/fmi/xsl/eqi/eqi_property_details_de.xsl?node_id=593 Verzeichnis der ETH Zürich von Datenbanken und Nachschlagewerken mit Raman-Spektren --><br />
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== Einzelnachweise ==<br />
<references /><br />
<br />
{{Normdaten|TYP=s|GND=4176916-8|LCCN=sh85111278}}<br />
<br />
[[Kategorie:Molekülspektroskopie]]<br />
[[Kategorie:Laseranwendung]]<br />
[[Kategorie:Biologische Untersuchungsmethode]]</div>imported>Hjh1