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Grundlagen der IR- und Raman-Spektroskopie

Historisches

IR-Spektroskopie

Schon im Jahr 1800 endeckte Sir W. Herschel bei Untersuchungen zum Sonnenspektrum das infrarote Licht. Sein Detektor war hierbei das Thermometer. Erst 1880 gelang die genaue Wellenlängenmessung nach der Entwicklung des Bolometers. Desweiteren mußten geeignete Fenstermaterialien, Gitter und Detektoren entwickelt werden.

Erst 105 Jahre nach Entdeckung des infraroten Lichtes wurden von W.W. Coblentz die ersten Absorptionsspektren von verschiedenen Stoffen mit der IR-Technik aufgenommen. Bedeutung gewann die IR-Spektroskopie aber erst, als vollautomatische Spektrometer zur Verfügung standen. Das erste Gerät dieser Art entwickelte E. Lehrer im Jahr 1937. Danach war die Entwicklung der IR-Gerätetechnik nicht mehr zu stoppen. Seit den 60er Jahren werden Fourier-Transform-Spektrometer (Michelson-Interferometer), die gegenüber dispersiven Geräten viele Vorteile haben, eingesetzt. Heute ist die IR-Spektroskopie eine Routinetechnik, die sich in vielen Bereichen durchgesetzt hat.

Raman-Spektroskopie

Unter dem Raman-Effekt versteht man, dass neben der Frequenz der Primärstrahlung auch Strahlung niederer sowie höherer Frequenz auftritt. Die Existenz dieser unelastischen Streuung wurde bereits 1923 von A. Smekal vorrausgesagt. 1928 endeckte der indische Wissenschaftler Ch.V. Raman bei Untersuchungen zur Lichtstreuung den Raman-Effekt. Unabhängig davon beobachteten G.L. Landsberg und L. Mandelstam einige Monate später dasselbe Phenomen bei Experimenten zur Lichtstreuung an Kristallen. Ch.V. Raman erhielt für den experimentellen Nachweis des Raman-Effektes 1930 den Nobelpreis der Physik "für seine Arbeiten über die Diffusion des Lichtes und die Entdeckung des nach ihm benannten Effekts". Das Interesse an der Raman-Spektroskopie war zunächst immens groß, da die Gerätetechnik zu dieser Zeit keine große Herausforderung darstellte und in vielen Laboratorien vorhanden war. Die Anregungsstrahlung wurde durch leistungstarke Quecksilberdampflampen erzeugt, die Raman-Streustrahlung mit fotografischen Platten analysiert. Nach dem zweiten Weltkrieg wurden jedoch empfindliche Infrarot-Detektoren entwickelt und bald danach kam das erste automatische IR-Spektrometer auf den Markt, so dass die IR-Spektroskopie zur Routinemethode wurde und damit die Raman-Spektroskopie zurückdrängte. Erst mit der Entwicklung des Lasers im Jahr 1960 erlebte die Raman-Spektroskopie ihre Renaissance. Zur Routine wurde die Raman-Spektroskopie zu dieser Zeit trotzdem nicht, da das größte Hindernis - die Fluoreszenz - diese Messmethode nicht attraktiv machte. Zwei wesentliche Entwicklungen, die Ende der 80er/Anfang der 90er gemacht wurden, rückten die Raman-Spektroskopie wieder in den Blickpunkt des Interesses:

  • die Fourier-Transform-Raman-Spektroskopie mit Anregungswellenlängen im NIR-Bereich, wo eine Anregung der Fluoreszenz äußerst selten ist, und
  • CCD-Detektoren für dispersive Raman-Geräte, die eine Aufnahme von kompletten Raman-Spektren in wenigen Sekunden möglich machen.

Diese und zahlreiche weitere technische Neuerungen verhalfen der Raman-Spektroskopie zum Einzug in zahlreiche Laboratorien.

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