Raman-Spektroskopie
Bei der Raman-Spektroskopie wird eine Probe mit einem monochromatischen Laser beleuchtet. Analysiert wird das gestreute Licht mit veränderten Wellenlängen.
Im folgenden Versuch wird als Probe Schwefel verwendet. Schwefel wird gerne als Testsubstanz für Ramanaufbauten verwendet, da er eine sehr hohe Ramanaktivität aufweist. Im gelben Schwefelpulver liegt Schwefel als Molekül aus 8 ringförmig angeordneten Atomen vor. Die zweite Probe besteht aus polymerem Schwefel. Dazu wird Schwefel auf über 120 Grad erhitzt und verflüssigt und anschießend in Wasser schlagartig abgekühlt. Es handelt sich um eine braune Substanz. Die Schwefelatome liegen als ungeordnete Ketten vor. Auch Spuren von Schwefelringen lassen sich in der hergestellten Masse finden.
Der Aufbau für die Raman-Spektroskopie besteht aus Laser, Probe, Filter und Spektrometer. Die Probe wird in diesem Versuch mit einem Laser mit 785nm Wellenlänge über eine Glasfaser beleuchtet. Andere Glasfasern sammeln das Licht, welches von der Probe zurück kommt auf und leiten dieses in ein Spektrometer. Ein Filter sorgt dafür, dass nur Licht mit einer Wellenlänge ungleich 785nm analysiert wird. Bei der Raman-Spektroskopie wird im Diagramm bei der Messung die Intensität gegen die Änderung der Wellenzahl aufgetragen.
Bei der Raman-Streuung spielt die Energie von Schwingungszuständen eines Moleküls oder Kristalls eine wesentliche Rolle. Das einfallende Photon kann entweder Energie an einen Schwingungszustand abgeben (Stokes-Streuung) und ist im Spektrometer als Licht mit einer größeren Wellenlänge zu messen oder es kann Energie aus einer Schwingung aufnehmen (Anti-Stokes-Streuung) und verlässt die Probe mit einer höheren Energie (= kürzere Wellenlänge). In userem Versuchsaufbau wird nur das Licht mit größerer Wellenlänge detektiert.
Beleuchtet man nun als erstes die Schwefelprobe bestehend aus S8-Ringen, so erhält man ein Ramanspektrum mit deutlichen Peaks die auf Schwingunsmoden der S8-Ringe zurückzuführen sind. Bei der zweiten Probe mit polymerem Schwefel sind die Peaks der S8-Ringe, die in der Probe auch enthalten sind, wieder zu finden. Die ungeordneten Polymere nehmen verschiedenste Energien auf, was zu einem breiten Buckel im Spektrum führt. Im Bereich nahe der Anregungsfrequenz sieht man die Auswirkung des Filter, der nicht nur exakt die Anregungswellenlänge heraus filtert, sondern auch nahe anliegende Frequenzen.