b"\n_START_ARTICLE_\nRamanspectroscopie\n_START_PARAGRAPH_\nRamanspectroscopie is een spectroscopische techniek die gebruikt wordt in vele domeinen, waaronder de vastestoffysica en de scheikunde, om vibraties en rotaties in een systeem te bestuderen. Een alternatief voor ramanspectroscopie wordt geboden door infraroodspectroscopie (IR). Beide spectroscopische technieken geven een signaal waarmee de verschillen in energieniveaus van de vibraties en rotaties gemeten worden. Echter, daar waar IR-spectroscopie gebaseerd is op de absorptie van infraroodlicht, is ramanspectroscopie gebaseerd op inelastische verstrooiing ofwel ramanverstrooiing van monochromatisch licht. Doordat raman- en infraroodspectroscopie gebaseerd zijn op verschillende effecten is de informatie complementair: sommige trillingen waarvoor de infraroodspectroscopie geen informatie kan geven vanwege symmetrie, kunnen in ramanspectroscopie wel worden gezien, en andersom. Om de trillingswijzen van een ingewikkeld molecuul goed te begrijpen is het dus aan te bevelen beide technieken toe te passen en te vergelijken. Bij ramanspectroscopie wordt een laser als lichtbron gebruikt in het zichtbaar licht, ultraviolet of nabij-infrarood._NEWLINE_Inelastische verstrooiing van licht vormt de basis van ramanspectroscopie. Deze inelastische verstrooiing is een fysisch effect waarbij het licht een energieverschuiving ondergaat tijdens het strooien. Dit effect noemt men het ramaneffect, naar de ontdekker, de Indische wetenschapper Sir Chandrasekhara Venkata Raman. Raman ontdekte het effect in 1928 en won hiervoor in 1930 de Nobelprijs voor Natuurkunde. Pas na de ontwikkeling van de laser werd ramanspectroscopie populair._NEWLINE_De grootteorde van de energie\xc3\xabn die voor ramanspectroscopie een rol spelen zijn gelijk aan die in de infraroodspectroscopie. Ook de eenheid reciproke centimeters of golfgetallen wordt in beide velden gebruikt om de energie aan te geven. Deze eenheid geeft het aantal golven weer en loopt van ongeveer 150\xc2\xa0cm\xe2\x81\xbb\xc2\xb9 tot 4000\xc2\xa0cm\xe2\x81\xbb\xc2\xb9, hoewel het gebied onder 1850\xc2\xa0cm\xe2\x81\xbb\xc2\xb9 het meest gebruikt wordt. De effectief gebruikte energie\xc3\xabn verschillen van toestel tot toestel en soms zelfs van experiment tot experiment.\n_START_SECTION_\nInstrumentatie\n_START_PARAGRAPH_\nIn een typisch experiment wordt een monster bestraald met een laser. Echter, elke optische component van de spectrometer heeft een ramanspectrum (al worden deze bij de productie van de spectrometer zo gekozen dat de ramanspectra van de optische componenten zo klein mogelijk zijn). Daarom wordt net voor de bestraling van het monster de gewenste lasergolflengte gefilterd van reeds opgetreden ramanverstrooiing en van eventuele andere aanwezige lasergolflengten. Deze filtering wordt uitgevoerd met een speciale monochromator en meer recentelijk met zogenaamde notch filters._NEWLINE_Het licht dat vervolgens door het monster verstrooid wordt, wordt opgevangen met behulp van een grote lens. Het licht kan onder verschillende hoeken worden opgevangen, bijvoorbeeld onder een hoek van 90 graden of 180 graden (backscatteringgeometrie). Bij backscatteringgeometrie wordt het verstrooide licht opgevangen door dezelfde lens die het laserlicht op het monster focuseert. Via een speciale spiegel wordt het ingestuurde licht dan gescheiden van het verstrooide licht._NEWLINE_Het ramaneffect is echter een inherent zwak effect. Slechts 1 op 10\xe2\x81\xb6 tot 1 op 10\xe2\x81\xb8 ingestuurde fotonen zal een energieverschuiving ondergaan. Hierdoor heeft het overgrote deel van het opgevangen licht nog steeds dezelfde energie als het ingestuurde licht en bevat dus geen informatie. Door deze grote hoeveelheid oninteressante fotonen bestaat het gevaar dat de detector reeds verzadigd wordt voordat een signaal gemeten kan worden. Daarom verwijdert een zogenaamde band-reject-filter de golflengten dicht bij de lasergolflengte, het signaal dat wordt veroorzaakt door elastische verstrooiing. De overgebleven golflengten (veel zwakkere signalen) worden via een tralie (ook rooster genoemd) gescheiden en op een detector opgevangen._NEWLINE_De scheiding van de oninteressante elastische en de veel zwakkere inelastische strooistraling was vroeger het grootste probleem van de ramanspectroscopie. Dit speelt vooral wanneer men naar kleine verschuivingen van minder dan 200\xc2\xa0cm\xe2\x81\xbb\xc2\xb9 op zoek is. Vaak worden hiervoor holografische tralies gebruikt, en een aantal opeenvolgende dispersie-stappen. Men moest het licht niet eenmaal maar soms wel driemaal door een monochromator sturen en ervoor zorgen dat het instrument zo is uitgelijnd dat de elastisch verstrooide Rayleigh-straling de uiterst gevoelige detector niet bereikt. Men kan dit probleem goed vergelijken met het observeren van de corona van de zon. Dat werkt het beste bij een totale zonsverduistering, wanneer het directe zonlicht dat vele malen sterker is dan dat van de corona, geblokkeerd wordt door de maan. Technologische vernieuwingen in rooster en detector zorgden ervoor dat een dergelijke optiek niet meer nodig blijkt, waardoor ramanspectrometers kleiner en handelbaarder werden. Een rooster scheidt het licht nu in de verschillende golflengte waaruit het bestaat die allen gezamenlijk op een CCD-detector opgevangen en geanalyseerd worden._NEWLINE_Net als bij IR-spectroscopie is het vaak niet nodig om alle details van het spectrum te begrijpen om toch van het spectrum nuttig gebruik te kunnen maken. Vaak gebruikt men het spectrum bijvoorbeeld om te identificeren wat voor soort functionele groepen de (onbekende) molecule bezit. Ramanspectroscopie wordt dan ook vaak voor dit soort analytische doeleinden toegepast.\n_START_SECTION_\nVarianten van ramanspectroscopie\n_START_PARAGRAPH_\nVan ramanspectroscopie zijn er verschillende varianten ontwikkeld. Deze technieken hebben alle hun eigen karakteristieken en werden ontworpen dan wel ontwikkeld met het oog op een hoger ramansignaal ten opzichte van dispersieve ramantoestellen of FT-ramantoestellen (FT: fouriertransformatie).\n_START_SECTION_\nResonantie ramanspectroscopie\n_START_PARAGRAPH_\nAnders dan bij infraroodspectroscopie is de lichtbron in het algemeen monochromatisch, namelijk een laserstraal met een vaste golflengte. Men kan met andere woorden deze golflengte tot op zekere hoogte kiezen. Echter, kwaliteitsvolle, degelijke en betrouwbare lasers met een willekeurig instelbare golflengte bestaan nog niet. Lasers met een regelbare golflengte bestaan wel, zoals kleurstoflasers en OPO/OPA systemen maar zij zijn vaak erg onderhoudsintensief, en/of hebben een lage, dikwijls instabiele, lichtopbrengst._NEWLINE_De keuze van een andere golflengte kan tot drastische verandering in het ramanspectrum leiden, vooral als men een golflengte kiest die geabsorbeerd wordt door het monster. Dit is het geval wanneer de energie van de invallende lichtbundel ongeveer overeenkomt met het energieverschil tussen twee elektronische energieniveaus in de bestraalde molecule. Men spreekt dan van resonantieramanspectroscopie. In deze techniek worden een beperkt aantal trillingswijzen veel intenser in het spectrum, vooral als zij van atomen komen die ook bij het absorptieproces betrokken zijn.\n_START_SECTION_\nSERS (Surface Enhanced Raman Scattering)\n_START_PARAGRAPH_\nIn de jaren zeventig is min of meer bij toeval ontdekt dat wanneer moleculen geadsorbeerd worden op een ruwe drager van zilver of goud (enige andere metalen vertonen dit effect in mindere mate), er een enorme versterking van het ramansignaal plaatsvindt. Dit betekent dat de gevoeligheid van de techniek een grote stap voorwaarts maakte, maar tegenwoordig is het nog steeds niet duidelijk hoe het 'magische' zilvereffect precies werkt. Wel is duidelijk dat er waarschijnlijk twee factoren zijn. Ten eerste hebben zilver en goud iets gemeen: zij zijn bijzonder goede geleiders die een plasmafrequentie hebben in het nabij ultraviolette of zichtbare gebied. De voornaamste bijdrage tot de versterking komt waarschijnlijk van een (dankzij de ruwheid) gelokaliseerde plasmonresonantie, waardoor als het ware het foton enige tijd opgebotteld wordt. Voor een molecuul in die bottel wordt de kans tot het ondergaan van een ramanproces daardoor vele malen groter. Een tweede bijdrage komt mogelijk van de chemisorptie van een molecule aan het zilver oppervlak waardoor de elektronentoestanden van de molecule zich vermengen met die van het zilver. _NEWLINE_SERS kan ook gecombineerd worden met het effect van resonantie, en hiermee ontstaat SERRS (Surface Enhanced Resonance Raman Scattering). Indien de intensiteitsverhogende effecten van beide technieken worden gecombineerd, is hiermee zelfs detectie van \xc3\xa9\xc3\xa9n enkele molecule met behulp van ramanspectroscopie mogelijk geworden.\n_START_SECTION_\nHistorisch overzicht\n_START_PARAGRAPH_\nHet ramaneffect werd door de Oostenrijkse natuurkundige Adolf Gustav Smekal in 1923 voorspeld en voor het eerst in de praktijk waargenomen door de Indische wetenschapper Chandrasekhara Venkata Raman in 1928. Hij deed deze ontdekking met hulp van gefilterd zonlicht, dit omdat er in de jaren 1920 nog geen monochromatische lichtbronnen bestonden. Raman gebruikte daarom een gekleurde filter als monochromator, en het menselijk oog als detector. De eerste experimenten werden uitgevoerd door visuele observatie van gefocusseerd zonlicht. Veel later werden ramanspectra bekomen met een kwikboog als lichtbron en geregistreerd op fotografische film. Door de atoomemissielijnen van kwik te gebruiken, werd voor het eerst gebruikgemaakt van echt monochromatisch licht en was dan ook een veel beter signaal meetbaar._NEWLINE_Ramanspectroscopie werd een gespecialiseerde nichetechniek in de jaren 1940. Infraroodspectroscopie, waarmee vergelijkbare informatie te verkrijgen is, was toen veel toegankelijker en goedkoper. De uitvinding van fotomultipliers zorgde daarentegen voor een verbeterde accuratesse en gebruiksgemak van ramanspectrometers. Daarna werden de eerste commerci\xc3\xable ramanspectrometers ge\xc3\xafntroduceerd in 1953. Lasers die veel beter presteerden, vervingen de kwikboog als lichtbron in de jaren 1960. In de jaren 1970 werd ramanmicroscopie ge\xc3\xafntroduceerd. Bij deze techniek wordt het laserlicht op een speciale manier door een microscoop geleid en kan men via de objectieven van de microscoop visueel zien welk oppervlak men bemonstert. Door gebruik te maken van een confocaal lenzensysteem werd het mogelijk om oppervlakken kleiner dan 1 \xce\xbcm\xc2\xb2 en volumes kleiner dan 1 \xce\xbcm\xc2\xb3 te analyseren. Halfweg de jaren 1980 traden er enkele onafhankelijke ontwikkelingen op die de productie en kwaliteit van de componenten van ramanspectrometers ten goede kwamen. Door de enorme instrumentele vooruitgang sinds halfweg de jaren 1980, kunnen ramanspectra veel sneller gecollecteerd worden en zijn de toestellen tevens compacter en nauwkeuriger geworden. Hierdoor zijn meer veeleisende toepassingen mogelijk geworden.\n_START_SECTION_\nToepassingen\n_START_PARAGRAPH_\nRamanspectroscopie kan gebruikt worden om de structuur van moleculen op te helderen of de samenstelling van een mengsel te achterhalen. Verder wordt de techniek in de scheikunde veel gebruikt als aanvulling op en volwaardig alternatief van infraroodspectroscopie voor de analyse van mengsels. Zeker in combinatie met chemometrie wordt ramanspectroscopie een krachtige techniek voor productherkenning en analyse van de samenstelling.\n_START_SECTION_\nToepassingen in het onderzoek\n_START_PARAGRAPH_\nSinds begin de jaren 1980 is er enorme vooruitgang in de instrumentatie. Er wordt dan ook steeds meer onderzoek gedaan om ramanspectroscopie te gebruiken bij de herkomstherkenning van kunstvoorwerpen en als snelle analysemethode voor biologische materialen in de farmacie en microbiologie. Typische voorbeelden van dergelijke recente onderzoeksprojecten zijn de herkenning van bijvoorbeeld prostaatkanker of soortherkenning van micro-organismen._NEWLINE_In de vastestoffysica wordt ramanspectroscopie gebruikt om materialen te karakteriseren. Bovendien kan men er ook de temperatuur van een monster of de ori\xc3\xabntatie te bepalen._NEWLINE_Net zoals in losse moleculen, zijn er in vaste stoffen karakteristieke fononen die het monster kunnen helpen identificeren. Ook kan met behulp van ramanspectroscopie een beeld worden gevormd van andere laagfrequente modes in de vaste stof, zoals plasmonen, magnonen en aangeslagen supergeleidende toestanden._NEWLINE_Ramanverstrooiing door een kristal geeft informatie over de ori\xc3\xabntatie van het kristal. De richting van de polarisatie van de ramanverstrooiing kan samen met de kristalstructuur worden gebruikt om de richting van het kristal vast te leggen._NEWLINE_Ramanspectroscopie wordt gebruikt voor de eiwitanalyse omdat de frequentie van de amide-banden informatie geeft over aanwezigheid en hoeveelheid van structurele elementen zoals de \xce\xb1-helix en \xce\xb2-plaat."