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Raman-Spektroskopie Was sollte man beim Kauf eines Raman-Systems beachten?

| Autor/ Redakteur: Mark Wall* / Dipl.-Chem. Marc Platthaus

Die Raman-Spektroskopie hat sich zu einem unverzichtbaren Werkzeug in der Analytik entwickelt. Ihre Anwendbarkeit hat sich in den letzten zehn Jahren aufgrund der Fortschritte bei Detektoren, der Optik, den Laser-Quellen und der Systemintegration deutlich erweitert – Tendenz steigend.

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Abb.1: Aufbau einer konfokalen Raman-Mikroskop-Messung
Abb.1: Aufbau einer konfokalen Raman-Mikroskop-Messung
(Bild: Thermo Fisher Scientific)

War Raman einst die Domäne von Spektroskopie-Experten, ist sie jetzt ein Werkzeug, das auch von Nicht-Spezialisten eingesetzt werden kann. Allerdings sind nicht alle Raman-Instrumente gleich. Daher ist es für den Anwender wichtig, sich vor dem Kauf umfassend zu informieren. Unter anderem sind hier Fragen nach der Leistung, der Benutzerfreundlichkeit, Zuverlässigkeit und Wartung zu stellen.

Mikroskop-Funktionen in einem Raman-System

Moderne Raman-Instrumente verfügen häufig über integrierte Mikroskope, die die Ausrichtung auf die oftmals sehr kleinen Probenstellen erleichtern.

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Aufgrund der Vielzahl der zu untersuchenden Proben in vielen Labors, ist es sinnvoll, ein Raman-Instrument zu kaufen, das um ein Forschungs-Mikroskop „herum“ entwickelt wurde. Das Mikroskop sollte verschiedene Betrachtungsoptionen wie Dunkelfeld-Beleuchtung, Doppelbrechung (Cross Polarisation), Phasenkontrast, Reflektions- und Transmissionsbeleuchtung bieten. Zum Beispiel wird die Transmissionsbeleuchtung eingesetzt, um Einschlüsse in transparenten Proben wie Geologie-Proben oder Polymerlaminate zu untersuchen. Das Mikroskop sollte über eine 10-, 50- und 100-fache Vergrößerung verfügen. Das Mikroskop sollte direkt in den Strahlengang des Raman-Spektrometers integriert sein, da die Kopplung durch Glasfaser-Optiken zu Empfindlichkeitseinbußen führen kann. Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn sich das Raman-Spektrometer neben dem Mikroskop befindet, um mögliche Vibrationen und Wärme-Probleme zu minimieren. In Bezug auf die Raman-Messung sollte das integrierte Mikroskop sowohl konfokale und nicht-konfokale Betriebsarten unter Verwendung einer Loch- und Spaltblende ermöglichen. Das konfokale Raman-Mikroskop bringt eine erhöhte räumliche Auflösung in der x,y-Ebene der Probe und ist in der Lage, Proben auch unterhalb der Oberfläche zu untersuchen (s. Abb. 1). Ein modernes konfokales Raman-Mikroskop liefert eine Submikron-Auflösung in der x, y-Ebene und etwa zwei Mikrometer Auflösung entlang der z-Achse für die Durchführung von Tiefenprofilierung. Im Gegensatz dazu können nicht-konfokale Systeme eingesetzt werden, wenn ein höherer optischer Durchsatz und eine höhere Empfindlichkeit gefordert ist.

Der Laser zur Anregung der Raman-Streuung

Zur Anregung der Raman-Streuung in den Proben werden Laser eingesetzt. Die Quellen unterscheiden sich in Abstrahlcharakteristik und der Wellenlänge. Derzeit liefern Single-Mode-TEM00-Laser das beste monochromatische Licht bei kleinster Spotgröße. Die Spotgröße bestimmt dabei die untere Grenze der untersuchten Struktur. Single-Mode-TEM00-Laser können bis zu einer Spotgröße von rund 700 nm FWHM eingesetzt werden, wenn ein 100x-Objektiv verwendet wird.

Daneben gibt es eine Vielzahl von Laser-Wellenlängen, die von 450 bis 780 nm reichen. Die Wahl der Laser-Wellenlänge ist abhängig von der untersuchten Probe und welche Informationen gesucht werden. Viele Instrumente können so konfiguriert werden, dass Laser mit unterschiedlichen Wellenlängen eingesetzt werden können. Solche Multi-Laser-Instrumente bieten einen Weg, um die Auswirkungen der Fluoreszenz bei stark fluoreszierenden Proben zu begrenzen. Für Multi-Laser-Instrumente ist es ideal, wenn sich die Laserquellen einfach und schnell austauschen lassen.

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