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Tutorial MenueSensorikLerneinheit 4 von 7

Optische Detektionsverfahren in der Sensorik

SPR-Aufbau

In SPR-Aufbauten wird meist Licht an der Grenzfläche eines hochbrechenden Mediums (Prisma) totalreflektiert und durch sein evaneszentes Feld werden Oberflächenplasmonen an einer Metalloberfläche angeregt.

Die Otto-Konfiguration

Bei der Otto-Konfiguration sind Prisma (Medium 3) und Metall (Medium 2) durch einen Luftspalt (Medium 1) getrennt. Im Metall werden an der Grenzfläche zum Luftspalt Plasmonen angeregt.

Abb.1

Es gelten für die Schichtdicke von Medium 1, wo sich dann auch die Probe befinden würde, folgende Bedingungen:

  • Einerseits muss das Evaneszentfeld des Lichts die Metalloberfläche erreichen.
  • Andererseits dürfen die Oberflächenplasmonen über ihr in z-Richtung exponentiell abklingendes Evaneszentfeld nicht zu stark vom Brechungsindex des Prismas beeinflusst werden, da sich sonst Lichtgerade und Dispersionskurve der Plasmonen nicht schneiden.

Dazu muss, wie Otto zeigte, der Luftspalt zwischen 4000nm und 6000nm dick sein, was die praktische Umsetzung dieser Anordnung erschwert.

Die Kretschmann-Konfiguration

Einige Jahre später nutzte Kretschmann in seinem Aufbau aus, dass das Evaneszentfeld des Lichts auch eine dünne Metallschicht durchdringen kann.

Abb.2

Eine etwa 50nm dicke Metallschicht (Medium 2) wird direkt auf das Prisma (Medium 3) aufgebracht und Oberflächenplasmonen auf der gegenüberliegenden Seite des Metalls angeregt. Auf der dem Prisma zugewandten Seite werden keine Oberflächenplasmonen angeregt, da sich dort Lichtgerade und Dispersionskurve der Plasmonen nicht schneiden.

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