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Spezielle Techniken in der Raman-Spektroskopie

Oberflächenverstärkte Raman-Spektroskopie

Eine andere Form der Raman-Spektroskopie, die gegenüber dem klassischen Raman-Effekt wesentlich intensivere Signale zeigt, ist die oberflächenverstärkte Raman-Spektroskopie (engl.: Surface Enhanced Raman Spectroscopy) oder kurz SERS. Diese Verstärkung kann dann beobachtet werden, wenn die zu untersuchende Substanz an Metallelektroden, kolloidalen Metallpartikeln oder an aufgerauhten Metalloberflächen adsorbiert ist. Als Metalle werden für den SERS-Effekt überwiegend Silber, Gold und auch Kupfer eingesetzt.

Der Mechanismus, der zu einer Verstärkung um den Faktor 103 bis 106 verglichen mit dem linearen Raman-Effekt führt, ist noch nicht vollständig geklärt.

Abb.1
Beispielspektrum für den SERS-Effekt

Zwei Mechanismen wurden für die Erklärung des oberflächenverstärkten Raman-Effekts vorgeschlagen:

  • Theorie des elektromagnetischen Effektes
  • Theorie der chemischen Verstärkung

Die Theorie des elektromagnetischen Feldes geht davon aus, dass durch das anregende Licht die Leitungselektronen des Metalls angeregt werden. Damit sind die Metallpartikel polarisiert und bilden starke Dipole aus. Um diese Partikel entsteht ein starkes elektrisches Feld, welches mit der zu untersuchenden Probe wechselwirkt. Das heißt, die Wechselwirkungen zwischen einfallendem Licht und Probe werden durch die Metallpartikel verstärkt. Die Intensität der Raman-Streuung wird größer.

Abb.2
Theorie des elektromagnetischen Feldes

Die chemische Verstärkung kann durch Ladungstransfer oder durch die Ausbildung einer Bindung zwischen Metallpartikeln und Probe hervorgerufen werden. Diese Vorgänge können die Polarisierbarkeit und damit die Intensität der Raman-Streuung erhöhen.

Wird die oberflächenverstärkte Raman-Spektroskopie mit der Resonanz-Raman-Spektroskopie kombiniert, dann kann die Intensität der Raman-Signale nochmals erhöht werden. Diese Technik bezeichnet man als oberflächenverstärkte Resonanz-Raman-Spektroskopie (engl.: Surface Enhanced Resonance Raman Spectroscopy) oder kurz SERRS.

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