Fortgeschrittene Raman-Techniken
Verbesserung der Raman-Spektroskopie
Es gibt zahlreiche Varianten der Raman-Spektroskopie, von denen einige eine etwas andere Probenvorbereitung beinhalten und andere völlig neue Spektrometer erfordern. Diese Variationen und alternativen Raman-Techniken ermöglichen es der Raman-Spektroskopie, ein breiteres Spektrum von Proben zu analysieren. Diese alternativen Techniken adressieren in der Regel unterschiedliche Einschränkungen der Raman-Spektroskopie.
Methoden wie die Surface Enhance Raman Spectroscopy (SERS) und die Tip Enhance Raman Spectroscopy (TERS) sollen die Empfindlichkeit der Raman-Spektroskopie erhöhen, während FT-Raman die Fluoreszenz während eines Raman-Experiments verhindern soll. Diese alternativen Techniken überwinden nicht nur die Grenzen der Raman-Spektroskopie, sondern ermöglichen es ihr sogar, die Möglichkeiten der traditionellen Raman-Spektroskopie in einigen Anwendungen zu übertreffen.
Erhöhung des Raman-Signals
Es gibt verschiedene Techniken, die die Empfindlichkeit der Raman-Spektroskopie erhöhen sollen. Einige davon erfordern spezielle Aufbauten oder Modifikationen an einem Raman-Spektrometer, was die Durchführung komplizierter macht. Einige erfordern jedoch nur eine geringfügig andere Probenvorbereitung, um von einer stärkeren Signalstärke zu profitieren. Durch die Erhöhung der Stärke des Raman-Signals durch diese Techniken können kleinere Spezies untersucht werden, wie einzelne DNA-Stränge und sogar einzelne Moleküle.
Oberflächenverstärkte Raman-Spektroskopie (SERS)
Die Raman-Spektroskopie ist eine der beliebtesten Raman-Techniken, da sie einfach durchzuführen ist und nur eine geringfügig andere Probenvorbereitung erfordert. SERS wird durchgeführt, indem die Probe auf eine Glasoberfläche gelegt wird, die Nanopartikel enthält, die typischerweise aus Silber, Gold oder Aluminium bestehen.
Die optimalen Nanopartikel, ihre Größe und die Dicke der Oberfläche sind für jede Probe einzigartig, so dass einige Experimente erforderlich sind, um den richtigen Aufbau zu finden. Sobald jedoch die ideale Oberfläche für das Experiment geschaffen ist, kann die Stärke des Raman-Signals um bis zu 1010 erhöht werden.
Anstelle von Metall-Nanopartikeln kann der gleiche Effekt mit einer dünnen Schicht Graphen erzielt werden. Diese Technik wird als Graphene Enhance Raman Spectroscopy (GERS) bezeichnet. Genau wie bei SERS kann GERS die Stärke des Raman-Signals enorm erhöhen.
Tip Enhanced Raman Spectroscopy (TERS)
Eine weitere Raman-Technik ist die Tip Enhanced Raman Spectroscopy (TERS). Bei dieser Technik wird eine Sonde mit einer sehr kleinen Spitze (10-50 nm) verwendet, um die Oberfläche der Probe abzutasten. Dadurch entsteht ein sehr starkes Raman-Signal, das in der Nähe der Sondenspitze lokalisiert ist.
Dies ermöglicht es, Proben mit unglaublicher Detailgenauigkeit zu analysieren, was diese Technik äußerst nützlich für die Analyse biologischer Moleküle oder sogar die Visualisierung einzelner Atome auf der Oberfläche einer Probe macht. Diese Technik erfordert jedoch eine Modifikation des Raman-Spektrometers, so dass es viel schwieriger einzurichten ist. Außerdem ist es nicht gut geeignet, um größere Proben zu untersuchen.
Es gibt viele andere Techniken, die mit der Raman-Spektroskopie verwendet werden können, um das Raman-Signal zu verstärken. Abhängig von dem Experiment, das durchgeführt werden muss, kann es sich also lohnen, nach einigen dieser Optionen zu suchen.
FT-Raman: Der ultimative Weg, um Fluoreszenz zu verhindern
Fluoreszenz ist der Feind des Raman-Spektrums, daher ist es wichtig, Fluoreszenz bei der Durchführung der Raman-Spektroskopie zu vermeiden. Dazu kann die Wellenlänge des Lasers erhöht werden. In der typischen Raman-Spektroskopie wird ein 785-nm-Laser verwendet, wenn eine Probe fluoresziert, aber manchmal ist diese Wellenlänge noch nicht lang genug, um alle Spuren von Fluoreszenz zu vermeiden.
Um sicherzustellen, dass die Probe nicht fluoresziert, kann ein 1064 nm Nahinfrarotlaser verwendet werden. Die Verwendung dieses Lasers stellt jedoch eine zusätzliche Herausforderung dar. Ein typisches Raman-Spektrometer verwendet ein Beugungsgitter, um Licht über einen CCD-Detektor zu streuen. Der CCD eignet sich jedoch am besten für die Detektion von Licht mit kürzeren Wellenlängen. Der CCD-Detektor ist einfach nicht empfindlich genug, um das Licht zu detektieren, das bei der Verwendung eines 1064-nm-Lasers erzeugt wird.
Das bedeutet, dass das Raman-Spektrometer für die Verwendung mit einem 1064-nm-Laser modifiziert werden muss. Nachdem das Licht mit der Probe interagiert hat, wird es an ein Interferometer anstelle eines Beugungsgitters gesendet. Interferometer bestehen aus einer Reihe von beweglichen Spiegeln, die das Licht in Wechselwirkung mit sich selbst bringen. Diese Wechselwirkungen ermöglichen es, das Licht schnell von einem mit flüssigem Stickstoff gekühlten Germanium-Detektor zu detektieren.
Die Verwendung eines Interferometers erzeugt einen anderen Datensatz als die Streuung des Lichts mit einem Beugungsgitter, daher wird eine mathematische Operation namens Fourier-Transformation verwendet, um die Daten in das typische Raman-Spektrum umzuwandeln. Dieser neue Spektrometeraufbau wird als FT-Raman-Spektrometer bezeichnet, da die Fourier-Transformation eine Schlüsselrolle bei der Technik spielt.
