Bestimmung von chemischen und mechanischen Eigenschaften unter Verwendung von Raman- und Brillouin-Spektroskopie
Möchte man die chemischen und mechanischen Eigenschaften einer Probe erfassen, eignet sich die Kombination aus Raman- und Brillouin-Spektroskopie. Beide Techniken nutzen die Wechselwirkung von Licht mit Materie, um chemische und mechanische Informationen einer Probe zu erhalten.
Bei der Raman-Spektroskopie geben optische Phononen Aufschluss auf chemische Eigenschaften, wohingegen bei der Brillouin-Spektroskopie die akustische Phononen auf (bio-)mechanische Eigenschaften hinweisen.
Raman
- …beruht auf inelastischer Streuung, der Stokes (bzw. Anti-Stokes) Schwingung, welche sehr viel schwächer ist als die der Rayleigh-Streuung
- …verwendet monochromatisches Licht, die Probe wird angeregt, das gestreute Licht ist die Raman-Streuung
- …aktive Schwingungen werden erhalten, wenn sich die Polarisation der Moleküle ändert
- …-Spektroskopie ist meist zerstörungsfrei, label-free und vielseitig anwendbar, mit kaum Probenvorbereitung
- …-Spektroskopie wird zur quantitativen und qualitativen Analyse von Proben verwendet
- …-Shift liegt im Wellenzahlbereich, das dem der molekularen Schwingungsenergien entspricht, der sog. „Fingerprint-Region“
- …-Spektroskopie kann mit optischer Mikroskopie verbunden werden
- …-Messungen werden im sichtbaren Wellenlängenbereich betrieben, es werden keine teuren optischen Komponenten benötigt
Brillouin
- …beruht auf inelastischen Streuung von Licht an akustischen Phononen; Schwingungen werden auch als Stokes und Anti-Stokes bezeichnet
- …erhält die mechanischen Eigenschaften der Probe
- …ist eine markierungsfreie, berührungslose Technik, bei der man subzelluläre räumliche Auflösung und 3D-Volumenbildgebung erhalten kann
- …-Streuung ist sehr schwach, daher muss die Rayleigh-Streuung unterdrückt werden
- …-Shift befindet sich im GHz Bereich, d.h. man benötigt einen sensitiven Detektor und einen schmalbandigen Laser
Vorteile unter Verwendung beider Techniken:
- Die Messung bleibt zerstörungsfrei
- Kein Photon geht verloren, d.h. man kann mit einer Lichtquelle beide Spektroskopie-Techniken betreiben
- Verwendung desselben Messaufbaus (gleicher Laser oder Mikroskop) mit zwei unterschiedlichen Detektoren
- Gleichzeitige Gewinnung von chemischen (Raman) und mechanischen (Brillouin) Informationen einer Probe
- Raman + Brillouin + Mikroskopie = chemisch + mechanisch + visuelle Eigenschaften