Spektroskopi­sche Methoden

Anwendungsgebiete

Die Infrarot- und die Ramanspektroskopie sind die wichtigsten Methoden der Schwingungsspektroskopie. Diese Verfahren dienen der chemischen Identifizierung und Charakterisierung von verschiedenen Substanzen und haben sich inzwischen auch als bedeutende Methoden in der Materialwissenschaft sowie der Qualitäts- und Prozesskontrolle etabliert. Insbesondere der chemische Aufbau von Werkstoffen hat einen entscheidenden Einfluss auf deren Materialeigenschaften, worüber die genannten Untersuchungsmethoden entsprechend Aussagen treffen können.

Die Spektroskopischen Methoden finden Anwendung bei:

• der Identifizierung und Strukturaufklärung von Werkstoffen
• der Bestimmung der Zusammensetzung von Materialien in Bezug auf Wasser-, Additiv-, Füllstoffgehalt
• der Identifizierung thermisch induzierter Abbaustufen
• der Charakterisierung von Verarbeitungsparametern insbesondere der thermischen Aushärtung
• der Oberflächenanalytik
• der zerstörungsfreien Analyse von Fügeteilen.

Methoden

Die Infrarotspektroskopie (IR) beruht auf der Anregung von Schwingungen und Rotationen in Molekülen durch Bestrahlung mit infrarotem Licht im Wellenlängenbereich von 0,8 bis 1000 µm. Besondere das mittlere Infrarot im Wellenlängenbereich von 2,5 bis 25 µm (4000 bis 400 Wellenzahlen) wird in der Analytik genutzt, da sich im diesem Bereich konkrete Aussagen über funktionelle Gruppen in den Molekülen treffen lassen. Diese absorbieren das eingestrahlte IR-Licht bei jeweils charakteristischen Wellenlängen, womit eine Identifizierung möglich wird. Durch den Vergleich der aufgenommenen Spektren mit entsprechenden Datenbankspektren gelingen außerdem Identitätsprüfungen. Die Proben können im Transmissionsmodus und für Materialien, welche für Infrarotstrahlung undurchlässig sind, im Reflexionsmodus gemessen und charakterisiert werden. Letzteres erfolgt entweder durch ATR-Messungen (abgeschwächte Totalreflexion) oder am IR-Mikroskop.

Die Raman-Spektroskopie basiert auf der Detektion von Streulicht, welches aus den Schwingungen und Rotationen der mit monochromatischem Licht bestrahlten Probenmoleküle resultiert. Aus den Frequenzunterschieden vom Primärlicht zum Streulicht ergibt sich ein Spektrum, welches ähnlich wie die IR-Spektren Rückschlüsse auf die chemische Zusammensetzung des untersuchten Materials zulässt.
Die physikalische Prozesse, welche den beiden spektroskopischen Methoden zugrunde liegen unterscheiden sich zwar, aber dennoch sind in den Spektren die einzelnen Banden an nahezu den gleichen Stellen zu beobachten. Damit ergänzen sich das IR- und Raman-Spektrum eines Materials in ihrem Informationsgehalt.

Mit dem Lichttransmissions- und -reflexionsmessgerät können Transmissions- und Reflexionsmessungen in einem Spektralbereich von 280 bis 780 nm (UV- und sichtbarer Bereich) schnell und mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden. Durch Messung der Lichttransmission kann die Güte einer Verklebung oder die Transparenz eines Laminats ermittelt und beschrieben und Rückschlüsse auf die Beständigkeit der Materialien gegen äußere Einflüsse erzielt werden. Dabei können optischer Veränderung nach künstlicher und natürlicher Alterung an Verbundgläsern, geklebten Glasbauteilen sowie Photovoltaikelementen untersucht werden.