Kombination von Raman – Spektroskopie und Röntgen – Fluoreszenzspektroskopie (EDX) Vortragender: Sebastian Triller Betreuer: Prof. Dr. J.A.C. Broekaert

Inhalt: 1) Grundlagen der Raman – Spektroskopie a) Der Raman – Effekt b) Auswahlregeln c) 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 EV E0 Rayleigh - Streuung

1a) Der Raman - Effekt EV E1 E0 Stokes - Raman - Streuung Rayleigh -

1a) Der Raman - Effekt EV E1 E0 Stokes - Raman - Streuung Rayleigh - Antistokes - Raman - Streuung 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.

1 2 3 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 über die enthaltenen Elemente gewinnen. Problem: Beide Systeme können nicht in einem Gerät vereinigt werden.

Schema: 3) Röntgenfluoreszenz 1) Probe 2) Kollimator Prinzip: Schema: N2 - Kühlung Elektronenstrahl Röntgen - strahlung 1) Probe 2) Kollimator 3) Fenster bestehend aus Be – Folie 4) Mit Li dotierter Si – Kristall 5) Feldeffekt - Transistor Verhältnis der relativen Peak – Intensitäten: K: K = 1 : 0,1 L: 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 Sandkörner aus 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 gut Abweichungen 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