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Stoffliche Charakterisierung III: Raman-Spektroskopie

Rayleigh-, Stokes- und Antistokes-Streuung

Bezeichnet man die Wellenzahl des eingestrahlten Lichts mit ν 0 ~ und die Wellenzahl des im Raman-Experiment gestreuten Lichts mit ν s ~ , so kann man eine Raman-Verschiebung Δ ν ~ = ν 0 ~ ν s ~ bzw. einen Energieunterschied ΔE zwischen den eingestrahlten und gestreuten Photonen zu

Δ ν ~ = Δ E h c = E 0 E s h c

definieren. Man kann hierbei drei Fälle unterscheiden:

  1. Δ ν ~ > 0 , d.h.   E 0 > E s Die Wellenzahl des Streulichtes ist kleiner als die des eingestrahlten Lichtes, d.h. die entsprechende Energie des gestreuten Photons ist ebenfalls kleiner als die des eingestrahlten. Ein Betrag Δ E = E 0 E s muss demzufolge im Molekül, an dem die Streuung stattfand, verblieben sein, d.h. das Molekül befindet sich im angeregten Zustand. Man spricht von der Stokes'schen Raman-Verschiebung.
  2. Δ ν ~ = 0 , d.h.   E 0 = E s Das gestreute Licht hat die gleiche Wellenzahl wie das eingestrahlte, es liegt Rayleigh-Streuung vor.
  3. Δ ν ~ < 0 , d.h.   E 0 < E s Das Streulicht besitzt eine größere Wellenzahl als das eingestrahlte Licht bzw. eine größere Photonenenergie. In diesem Fall hat das Molekül, an dem die Streuung stattfand, auf das streuende Photon Energie übertragen, was aber nur dann möglich ist, wenn das Molekül sich in einem angeregten Zustand befand. Man spricht von den Antistokes'schen Raman-Verschiebung.
Abb.1

Energieniveaudiagramm mit den Übergängen der Rayleigh-Streuung (gepunktete Pfeile) und der Raman-Streuung (gestrichelte Pfeile) am Beispiel eines zweiatomigen Moleküls

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