Kombination von Raman – Spektroskopie undRöntgen – Fluoreszenzspektroskopie (EDX)Vortragender: Sebastian TrillerBetreuer: Prof. Dr. J.A.C. Broekaert

Inhalt:

1) Grundlagen der Raman – Spektroskopiea) Der Raman – Effektb) Auswahlregelnc) Raman – Spektroskopie an Festkörpern

2) Kombination von Raman – Spektroskopie und Elektronenmikroskopie

3) Röntgenfluoreszenz

4) Probenpräparation

5) Ergebnisse

6) Vor – und Nachteile

7) Literatur

1a) Der Raman - Effekt

Rayleigh - Streuung

E0

EV

1a) Der Raman - Effekt

Rayleigh - Streuung

Stokes - Raman -Streuung

E0

EV

E1

1a) Der Raman - Effekt

Rayleigh - Streuung

Stokes - Raman -Streuung

Antistokes -Raman - Streuung

E0

E1

EV

Intensität: 10-3 1 10 -6

1b) Auswahlregeln

Eine Molekülschwingung ist Raman – aktiv, wenn sich während der Schwingung die Polarisierbarkeit ändert.

Für Moleküle mit Symetriezentrum gilt:Die Polarisierbarkeit ändert sich bei allen Schwingungen, die symetrisch zum Symetriezentrum sind.

1c) Raman – Spektroskopie an Festkörpern

Stokes: Wechselwirkung des eingestrahlten Lichtes mit dem Kristallgitter unter Erzeugung von Gitterschwingungen (Phononen) Anti – Stokes: Vernichtung von Phononen durch das eingestrahlte Licht.Es gilt: µ = E (Molekül) bzw. p = Festkörper)

Andere Arten der Wechselwirkung:

1 2 3

Emission des gestreu- ten Photons unter Er- zeugung eines zweiten Ponons

Emission des gestreu- ten Photons unter Er- zeugung zweier neuer Phononen

Erzeugung des gestreu- ten Photons unter Wechsel-wirkung mit zwei Phononen

2) Kombination von Raman - Spektroskopie und Elektronenmikroskopie

Motivation:

In Kombination mit einem Elektronenmikroskop würde man über die Röntgenfluoreszenz zusätzlich noch Informationen überdie enthaltenen Elemente gewinnen.

Problem:

Beide Systeme können nicht in einem Gerät vereinigt werden.

3) Röntgenfluoreszenz

Prinzip:Schema:

N2 - KühlungElektronenstrahl

Röntgen -strahlung

1) Probe2) Kollimator3) Fenster bestehend aus Be – Folie4) Mit Li dotierter Si – Kristall5) Feldeffekt - Transistor

Verhältnis der relativenPeak – Intensitäten:K: K = 1 : 0,1L: L = 1 : 0,7

4) Präparation der Proben:

TEM – Gitter werden oberhalb der Probe platziert und schaffen dadurch ein Koordinatensystem.

Proben, bei denen zu erwarten ist, daß sie sich elektrostatisch aufladen, müssen vor der Untersuchung mit Kohlenstoff bedampft werden.

5) Ergebnisse:

A)

Zr – und Ti – haltige, homogene Sandkörneraus Südafrika

m

5) Ergebnisse:

B)

Schwermetallhaltige, heterogene Partikel aus einer Uran – Mine in Ungarn

m

6) Vor- und Nachteile

Die Informationen über Molekülstruktur (Raman – Spektroskopie und Elementarzusammensetzung ergänzen sich sehr gutAbweichungen im Raman – Spektrum können erklärt und Verunreinigungen können identifiziert werden.Aber:

Bilder vom optischen Mikroskop und vom Elektronenmikroskop unterscheiden sich in Tiefenschärfe und Auflösungsvermögen.

Licht und Elektronenstrahlen dringen unterschiedlich tief in die Proben ein.

Durchmesser von Laserstrahl und Elektronenstrahl müssen aufeinander abgestimmt werden.

Aufwendige Präparation der Proben:Die Proben müssen vor der REM - Untersuchung mitunter mit Kohlenstoff bedampft werden.

6) Literatur:

- E.A. Stefaniak, A.Worobiec, S.Potgieter-Vermaak, A.Alsecz, S.Török, R. Van Grieken, Spectrochimica Acta, 2006, Part B 61, 824 – 830- J. L. Koenig, Spectroscopy of Polymers, American Chemical Society 1992- D. O. Hummel, Polymer Spectroscopy, Verlag Chemie, 1974- Bergmann Schäfer, Lehrbuch der Experimentalphysik Band VI – Festkörper, Walter de Gruyter (1992)- H. Kuzmany, Festkörperspektroskopie, Springer-Verlag, Berlin, 1989- S. Flegler, J.W.Heckman, K.L. Klomparens, Elektronenmikroskopie, Spektrum akademischer Verlag, 1995- J. Brandmüller, H. Moser, Einführung in die Raman - Spektroskopie, Dr. Dietrich Steinkopf Verlag 1962