Die Raman-Spektroskopie ist eine Technik zur Untersuchung der Funktion der Wellenlängen zwischen Strahlung und Materie. Insbesondere untersucht die Wissenschaft niederfrequente Modi wie Vibrationen und Rotationen. Der Prozess funktioniert hauptsächlich, indem monochromatisches Licht gestreut wird, ohne die kinetische Energie der Partikel zu erhalten. Wenn Laserlicht mit den Schwingungen von Strukturen innerhalb eines Atoms wechselwirkt, kommt es zu einer Reaktion im Licht selbst. Auf diese Weise können Wissenschaftler mithilfe der Raman-Laserspektroskopie Informationen über das System sammeln.
Die grundlegende Theorie der Raman-Spektroskopie ist der Raman-Effekt. Licht wird auf ein Molekül projiziert, um mit der Elektronenwolke, dem Bereich um ein oder zwischen Elektronen in einem Atom, zu interagieren. Dadurch wird das Molekül durch einzelne Lichteinheiten, sogenannte Photonen, angeregt. Das Energieniveau innerhalb des Moleküls wird erhöht oder verringert. Licht von der bestimmten Stelle wird dann mit einer Linse gesammelt und an einen Monochromator weitergeleitet.
Ein Monochromator ist ein Gerät, das optisch ein schmales Wellenlängenband des Lichts überträgt. Aufgrund der Tatsache, dass Lichtbänder durch transparente Festkörper und Flüssigkeiten gestreut werden, die als Rayleigh-Streuung bekannt ist, werden die Wellenlängen, die näher am Licht des Lasers liegen, gestreut, während das verbleibende Licht mit den Schwingungsinformationen von einem Detektor gesammelt wird.
Adolf Smekal sagte 1923 die Idee der Lichtstreuung durch den Raman-Effekt voraus. Doch erst 1928 entdeckte Sir CV Raman die Möglichkeiten der Raman-Spektroskopie. Seine Beobachtungen beschäftigten sich vor allem mit dem Sonnenlicht, da die Lasertechnologie damals noch nicht ohne weiteres verfügbar war. Mit einem fotografischen Filter konnte er monochromatisches Licht projizieren, während er beobachtete, dass das Licht seine Frequenz änderte. Für seine Entdeckung erhielt Raman 1930 den Nobelpreis für Physik.
Die häufigsten Anwendungen der Raman-Spektroskopie liegen in den Bereichen Chemie, Medizin und Festkörperphysik. Durch den Prozess können chemische Bindungen von Molekülen analysiert werden, wodurch Forscher unbekannte Verbindungen anhand der Schwingungsfrequenz leichter identifizieren können. In der Medizin können Raman-Laser das Gasgemisch überwachen, das in Anästhetika verwendet wird.
Die Festkörperphysik nutzt die Technologie, um die Anregungen verschiedener Festkörper zu messen. Erweiterte Versionen des Konzepts können auch von Strafverfolgungsbehörden verwendet werden, um gefälschte Medikamente zu identifizieren, während sie sich noch in der Verpackung befinden. Dies tritt auf, wenn die Technologie in ihrer Empfindlichkeit eingeschränkt ist und bestimmte Schichten im Wesentlichen durchlaufen kann, bis sie das gewünschte Molekül erreicht.