Raman-Spektroskopie

Ein spektroskopischer Fingerabdruck identifiziert chemische Stoffe

Die Raman-Spektrosopie liefert als schwingungs-spektroskopische Methode ähnlich detaillierte Spektren von chemischen Stoffen wie die Infrarot-Spektroskopie. Anders als ein IR-Spektrometer nimmt ein Raman-Spektrometer diese Informationen aber im sichtbaren Spektralbereich auf und umgeht so die besonderen Herausforderungen der Messung im Infraroten. Die untenstehende Abbildung zeigt ein Raman-Spektrum von Paracetamol und demonstriert die hohe Informationsdichte der Spektren. Sie ist Voraussetzung für die zuverlässige Identifikation von chemischen Stoffen oder die Bestimmung der Reinstoff-Konzentrationen in komplexen Mischungen.

Insbesondere für die Prozess-Messtechnik bietet die Raman-Spektroskopie diverse Vorteile gegenüber anderen verbreiteten Verfahren:

• hohe Informationsdichte im Vergleich zu NIR- und UV/Vis-Spektroskopie
• problemlose Messung in wässrigen Medien (im Gegensatz zur IR-Spektroskopie)
• Kopplung des Raman-Effekts an die Polarisierbarkeit von Molekülen und nicht an deren Dipolmoment (wie die IR-Absorption), sodass homo-nukleare Moleküle wie N₂, H₂, O₂ detektiert werden können
• Messung von nicht-polaren Gruppen (-S-S-, -C-S-, -C=C-) problemlos möglich
• einfache Messung auch im Spektralbereich deutlich unterhalb von 1000 1/cm, bspw. zur Detektion schwacher Bindungen, bis hinunter zu Wasserstoffbrücken
• Messung im sichtbaren Spektralbereich, keine aufwändigen optischen Komponenten
• Inline-Messung: nur ein Zugangspunkt nötig, Messung in Rückstreugeometrie (im Gegensatz zu Transmissions-Spektroskopie)
• Nutzung von optischen Fasern zur Lichtleitung über weite Strecken oder zur Parallelisierung möglich
• Spektrometer ohne bewegliche Teile

Der Einsatz der Raman-Spektroskopie bringt allerdings auch zahlreiche Herausforderungen mit sich. Vor allem der geringe Wirkungsquerschnitt bei der Wechselwirkung mit Molekülen erhöht den technischen Aufwand, sodass je nach Einsatz Kosten und Nutzen abgewogen werden sollten.

Fraunhofer IPM hat jahrelange Erfahrung in der Auslegung und im Aufbau von Raman-Messsystemen und bietet Unterstützung bei der Auslegung von Messsystemen, der Anpassung kommerzieller Spektrometer an Kunden-Vorgaben oder bei der Entwicklung spezieller Raman-Systeme. Unser Leistungsspektrum umfasst die gesamte Projektkette von der Simulation und Abschätzung der Performanz, über den Aufbau und Test des Messsystems bis hin zu Datenverarbeitung, Chemometrie und Verarbeitungs-Software.