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Tutorial MenueIR- und Raman-SpektroskopieLerneinheit 3 von 19

Methoden zur Beobachtung von Molekülschwingungen

Depolarisationsgrad

Eine Besonderheit in der Raman-Spektroskopie ist der Depolarisationsgrad p. Er liefert zusätzliche Informationen, die bei der Strukturaufklärung von Substanzen sehr nützlich sein können. Die Polarisation ist eine Eigenschaft des Lichtes. Sie beschreibt die Ausrichtung der Schwingungsebene des Lichtes. Weisen die einzelnen polarisierten Wellenzüge der elektromagnetischen Strahlung verschiedene Ausrichtungen der Schwingungsebenen auf, von denen keine dominiert, spricht man von unpolarisiertem Licht (Sonnenlicht). Besitzen dagegen alle Wellen die gleiche Schwingungsebene, handelt es sich um polarisiertes Licht. Raman-Spektren werden mit linear polarisiertem Licht, das von Lasern erzeugt wird, aufgenommen. Das von der Probe gestreute Licht wird, abhängig von der jeweiligen Schwingungsart des Moleküls, in verschiedene Richtungen polarisiert.

Beispiel

Tetrachlormethan CCl4

Abb.1
Symmetrische Valenzschwingung von Tetrachlormethan

Betrachtet man zuerst die symmetrische Valenzschwingung des Tetraedermoleküls, wird deutlich, dass die Polarisierbarkeit in alle Raumrichtungen gleich ist, da der Polarisierbarkeitstensor kugelförmig ist. Strahlt man das in der xz-Ebene polarisierte Erregerlicht aus der x-Richtung ein, wird auch das Dipolmoment in z-Richtung induziert.

Das Molekül gibt die ihm aufgezwungene Schwingungsenergie in Form von Streustrahlung wieder ab, die in z-Richtung polarisiert ist. Die Intensität des Streulichts bezeichnet man mit I . In x-Richtung hat das Streulicht im Falle des CCl4 keine Komponente; diese Intensität wird als I bezeichnet. Der Depolarisationsgrad p ist wie folgt definiert:

p = I I

Da I gleich 0 ist, ergibt sich für den Depolarisationsgrad p ebenfalls ein Wert von 0. Das Streulicht ist polarisiert.

Abb.2
Antisymmetrische Valenzschwingung von Tetrachlormethan

Betrachtet man nun z. B. die antisymmetrische Valenzschwingung von CCl4 , erkennt man, dass sich die Form des Polarisierbarkeitstensors während der Schwingung von einer Kugel zu einem Ellipsoiden ändert. Dementsprechend ist die Polarisierbarkeit nicht in alle Raumrichtungen gleich und das Dipolmoment wird nicht parallel zur Polarisationsrichtung des Erregerlichtes induziert. Da die Moleküle von Flüssigkeiten und Gasen willkürlich verteilt sind, hat auch das induzierte Dipolmoment und dementsprechend auch die Streustrahlung für jedes Molekül eine andere Richtung. Das Streulicht hat zusätzlich zur Komponente in z-Richtung eine Kompente in x-Richtung. Der Depolarisationsgrad ist nicht gleich 0. Man nennt das Streulicht depolarisiert.

Abb.3
Depolarisationsgrad der symmetrischen Valenzschwingung des Tetrachlorkohlenstoffs
Abb.4
Depolarisationsgrad der antisymmetrischen Valenzschwingung des Tetrachlorkohlenstoffs

Messung des Depolarisationsgrades

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