Ergänzung 7.3: Raman-Streuung (5/6)

Die Raman-Streuung des Wassers

Die auf Seite 3 dieser Ergänzung gezeigten Schwingungsformen des Wassermoleküls können wir nun statt mit Schwingungsfrequenzen f auch in Wellenzahlen $\tilde{\nu }$ angeben.

Die drei Schwingungsmoden des Wassermoleküls mit den zugehörigen Wellenzahlen.

Die Raman-Linien der Wassermoleküle in flüssigem Wasser sind - verglichen mit den Raman-Linien des Wasserdampfs - spektral breit. Dies wird durch Stöße der Moleküle mit ihren Nachbarn in der Füssigkeit und die damit einhergehenden Störungen der Energiezustände verursacht. Man bezeichnet sie als Raman-Banden. Aus der Energiebilanz der Stokes-verschobenen Raman-Bande (siehe Grafik in der rechten Spalte auf der vorherigen Seite)

folgt mit $c=f\lambda$ und $\Delta E=hc\tilde{\nu }$ die Beziehung

in der ${\lambda }_1$ die Wellenlänge des absorbierten Lichts und ${\lambda }_2$ die Wellenlänge der Stokes-verschobenen Raman-Bande ist. ${\lambda }_1$ wird als Anregungswellenlänge und ${\lambda }_2$ als Raman-Wellenlänge bezeichnet.

Die folgende Grafik zeigt die Lage der Raman-Wellenlängen des flüssigen Wassers bei drei unterschiedlichen Anregungswellenlängen.

Spektren der Intensität von drei Raman-Banden des flüssigen Wassers, jeweils angeregt bei den mit blauen Pfeilen markierten Wellenlängen 400 nm (violett), 475 nm (blau) und 500 nm (blau-grün). Die roten Pfeile markieren die Stokes-Verschiebung der Raman-Wellenlängen.

Aus der Grafik wird deutlich, dass der Abstand der Raman-Wellenlänge zur Anregungswellenlänge nicht konstant bleibt, sondern mit wachsender Anregungswellenlänge steigt. Nach der Energiebilanzgleichung ist nicht die Differenz dieser Wellenlängen, sondern die Energiedifferenz $\Delta E$ beziehungsweise die Wellenzahl $\tilde{\nu }$ konstant.