[ Raman ]

Raman Imaging nutzt die einzigartigen Fingerabdrücke von Materialien und organischem Gewebe, um diese im Ramanspektrum zu identifizieren. Es handelt sich hierbei um einen hochempfindlichen Ansatz.

Die Technologie

Raman Spektroskopie ist eine zerstörungsfreie Analysetechnik, welche detaillierte Informationen über die chemische Struktur, Kristallinität und molekulare Interaktion eines Analyten liefert. Der Raman Effekt basiert auf der Interaktion von Licht mit den chemischen Strukturen in einem Material. Wird ein Material mit hochenergetischen, monochromatischem Licht bestrahlt,  typischerweise einer Laserlichtquelle, so wird das einfallende Licht auf der molekularen Ebene des Analyten gestreut. Der Großteil des Lichts wird mit der Wellenlänge der Anregungslichtquelle elastisch gestreut und bietet keine Informationen über das Material. Dieser Effekt wird als Rayleigh Streuung bezeichnet. Zusätzlich zur Rayleigh Streuung wird ein geringer Teil des einfallenden Lichts aufgrund der molekularen Zusammensetzung des Materials bei unterschiedlichen Wellenlängen gestreut. Hierbei spricht man vom Raman Effekt. Raman Banden die im Vergleich zur Anregungswellenlänge zu höheren Wellenlängen verschoben sind, werden als Stokes-Raman-Banden bezeichnet. Die Raman-Banden, die zu niedrigeren Wellenlängen verschoben sind, werden als Anti-Stokes-Raman-Banden bezeichnet. Spektren können bei nahezu jeder Anregungswellenlänge erzeugt werden. Sowohl die richtige Wahl der Anregungswellenlänge als auch die Konzentration und Streueigenschaften des Analyten sind essentiell für die Intensität des Raman Effekts. Dabei gilt, dass die Intensität des Raman Effekts umgekehrt proportional zur vierten Potenz der Anregungswellenlänge ist. Durch die Wahl der optimalen Anregungswellenlänge können zudem unerwünschte Effekte wie Fluoreszenzerscheinungen vermindert bzw. unterdrückt werden.

Nutzen und Benefit

Raman Spektroskopie ist eine markerfreie Messtechnik. Somit entfällt im Gegensatz zu Fluoreszenzmessungen, die Präparierung von Messproben mit fluoreszierenden Markern. Dies führt zu einer wesentlichen Reduktion des Aufwandes für die Probenpräparation und somit auch zu einer wesentlichen Reduktion der damit verbundenen Kosten. Desweiteren kann Raman Spektroskopie zerstörungsfrei durch Glas oder Polymerverpackungen hindurch Messproben analysieren. Zudem liegt bei Raman Spektroskopie, im Gegensatz zur Infrarot Spektroskopie, die Möglichkeit vor Wasser als Lösungsmittel zu verwenden.

Anwendung

Die Raman Spektroskopie hat ein breites Anwendungsspektrum. Dazu zählen organische, inorganische oder biologische Materialien mit einer jeweils festen, flüssigen oder gasförmigen Konsistenz. Da jedes Material einen einzigartigen Fingerabdruck im Ramanspektrum hat, können sowohl Reinstoffe als auch Mixturen anhand ihres Ramanspektrums unterschieden werden. Im Bereich der Halbleiterindustrie wird die Raman Spektroskopie verwendet, um mechanischen Stress innerhalb von Photovoltaik Zellen anhand der Position des Ramanpeak zu untersuchen. Im Bereich Pharma und Kosmetik wird Raman seit Jahren als Analysemethode verwendet. Hierbei wird die Raman Spektroskopie verwendet, um sogenannte Ramanmaps zu erstellten, welche die räumliche Verteilung von unterschiedlichen Wirkstoffen in Tabletten zeigen. Kosmetische Anwendungen sind beispielsweise die Analyse von Kosmetika auf der Haut, Einzelzellen- Charakterisierung und die Wirkstoff-Zellen Interaktion für die Entwicklung neuer intelligenter Medikamente. Die Detektion und der Nachweis von mikrobiellen Verunreinigungen in Lebensmittel- Produktionsprozessen gestalten sich üblicherweise in punkto Zeitauflösung extrem schwierig. Hauptgrund dafür ist die lange Inkubationszeit von 4-24h und den daraus resultierenden langen Antwort bzw. Reaktionszeiten, sowie Produktionsausfälle. Raman Spektroskopie bietet hier die Möglichkeit rein optisch geringe Konzentrationen (Einzelbakterien) von mikrobiellen Verunreinigungen zu detektieren. Trotz des breiten Anwendungsspektrums hat die Raman Spektroskopie auch Einschränkungen. Metalle und deren Legierungen können beispielsweise mit Hilfe der Raman Spektroskopie nicht untersucht werden.