15.) Lichtstreuung: Grunderscheinungen, Kategorisierung der Lichtstreuungen, elastische Streuung, Rayleigh-, Mie-, nicht-selektive Streuung, Raman Streuung, Raman Spektroskopie, Messmethode: Flashcards
<p>Lichtstreuung</p>
<p>Im Allgemeinen versteht man unter Lichtstreuung, dass Teilchen abgelenkt werden vor der Absorbanz und sich an anderen kleinen Teilchen oder rauen Oberflächen (Inhomogenität) ablenken, reflektiert werden und dadurch ein gerichtetes Licht in diffuses Licht verwandelt wird. Streuung findet in der Nähe des Atomkerns statt (aufgrund dessen EM-Feldes). Dabei ist erst mal egal, ob Feststoff oder Gas.</p>
<p>Die Farbe von Gegenständen ist durch die Absorption und die Streuung bestimmt.</p>
<p>Inhomogenitäten streuen Licht im Wellenlängenbereich. Die räumliche Inhomogenität beschreibt eine statische Lichtstreuung d.h. die Teilchen in einer Lösung bestimmen dies. Die zeitliche Inhomogenität oder Fluktuation ist eine dynamische Lichtstreuung, weil man ein gewisses Beobachtungsfeld hat.</p>
<p> „Weißes“ Licht besteht immer aus ungefähr gleichen (Intensitäts-)Anteilen der Grundfarben. </p>
<p>Man unterteilt zwischen elastischer Lichtstreuung und inelastischer Lichtstreuung. </p>
<ul>
<li>Elastische Lichtstreuung: keine Energieübertragung auf Teilchen: Lambda bleibt gleich. (Sprich: Das gestreute Licht hat die gleiche Farbe wie vor der Streuung).</li>
</ul>
<p><em>Mie und Rayleigh Streuung</em></p>
<ul>
<li>Inelastische Lichtstreuung: Photonenenergie verkleinert sich, d.h. Wellenlänge vergrößert sich. Es findet also ein Energieaustausch vom Photon auf das streuende Teilchen statt.</li>
</ul>
<p><em>Raman-Streuung</em></p>
<p>Inhomogenitäten</p>
<p>“in der Größenordnung der Wellenlänge des Lichtes”<br></br>
streuen Licht</p>
<p><br></br>
<em>räumliche</em> Inhomogenitäten – <em>statische</em> Lichtstreuung<br></br>
→ Teilchen in einer Lösung/Gas</p>
<p><br></br>
<em>zeitliche</em> Inhomogenitäten/Fluktuationen – <em>dynamische</em><br></br>
Lichtstreuung</p>
<p>elastische Lichtstreuung</p>
<p>ohne Energieübertragung auf das Streuteilchen<br></br>
die Photonenenergie/Wellenlänge bleibt<br></br>
<em>Rayleigh- und Mie- Streuung</em></p>
<p>inelastische Lichtstreuung</p>
<p>die Photonenenergie verkleinert sich, d.h. die Wellenlänge vergrößert sich (Stokes)<br></br>
<em>Raman-Streuung</em></p>
<p>Rayleigh-Streuung</p>
<p>Wechselwirkung mit Teilchen dessen Durchmesser<br></br>
viel kleiner als die Wellenlänge ist (d <0.1 λ).<br></br>
Die gestreute Intensität ist stark wellenlängeabhängig (1/λ4)</p>
<p>Mie-Streuung</p>
<p>Der Durchmesser der Partikel ist in der<br></br>
Grössenordung der Wellenlänge<br></br>
(0.1 λ < d < 10 λ)</p>
<p>nicht-selektive Streuung</p>
<p>Alle Wellenlängen werden ungefähr gleich beeinflusst<br></br>
Durchmesser der Partikel ist viel größer als die Wellenlänge<br></br>
(d > 10 λ)</p>
<p>Rayleigh-Streuung (Beschreibung)</p>
<p>Licht induziert in Atomen, Molekülen und kleinen Teilchen ein elektrisches Dipolmoment, das aufgrund der Schwingung des elektrischen Feldvektors der elektromagnetischen Strahlung ebenfalls schwingt, wodurch das Molekül selber elektromagnetische Strahlung emittiert.</p>
<p>Diese Rayleigh-Streuung ist für den blauen Himmel und<br></br>
das rötliche Licht am Morgen und am Abend verantwortlich.<br></br>
Ist die Atmosphäre dichter, dann nimmt die Streuung zu.</p>
<p>Mie-Streuung (Beschreibung)</p>
<p>Bei größeren Teilchen gilt die Dipolnäherung nicht mehr, das heißt das<br></br>
induzierte elektrische Dipolmoment kann nicht mehr mit einem Vektor<br></br>
beschrieben werden. Vielmehr kommt es zur Interferenz der von den<br></br>
unterschiedlichen Streuzentren emittierten Strahlung, die<br></br>
charakteristisch ist für Durchmesser und Form des streuenden Teilchens<br></br>
(Mie-Streuung). Folglich können aus der winkelabhängig gemessenen,<br></br>
zeitlich gemittelten Streulichtintensität Information über Durchmesser<br></br>
und Struktur hinreichend großer Teilchen gewonnen werden.</p>
<p>Nicht-selektive Streuung (Beschreibung)</p>
<p>In diesem Bereich ist die Streuung unabhängig von der Wellenlänge. Deshalb sieht das gestreute Licht weiss aus, zum Beispiel das an Wolken oder am Nebel gestreute<br></br>
Licht. </p>
<p>Messmethode: Statische Lichtstreuung</p>
<p>Die zeitlichen Mittelwerte der Streulichtintensität werden bei einem Winkel bestimmt. Die Streuintensität nimmt mit der sechsten Potenz des Durchmessers zu!<br></br>
→ Bestimmung von Molmassen</p>
<p>Anwendung: Statische Lichtstreuung</p>
<p>Die Charakterisierung der Mikrostruktur von<br></br>
Mikroemulsionen kann mit der Methode der statischen<br></br>
Lichtstreuung erfolgen, wenn die Strukturgrößen in der<br></br>
Größenordnung einiger 100 nm liegen.</p>
<p>Dynamische Lichtstreuung</p>
<p>Man bestimmt mit der dynamischen Lichtstreuung Diffusionskoeffizienten bzw.<br></br>
Verteilungen von Diffusionskoeffizienten. Mit der Stokes-Einstein-Beziehung lassen sich<br></br>
dann unter der Annahme, dass sphärische Teilchen vorliegen, aus den<br></br>
Diffusionskoeffizienten die hydrodynamischen Radien der diffundierenden Teilchen<br></br>
berechnen.</p>
<p><em>→ Bestimmung der Partikelgrössenverteilung</em></p>
<p>Raman-Streuung</p>
<p>Bei der RamanStreuung werden Moleküle in andere Vibrationszustand versetzt.</p>
<p>Die Moleküle nehmen hierbei einen Teil der Lichtenergie auf bzw. geben einen Teil ihrer Energie ab; die Wellenlänge des rückgestreuten Lichts wird durch die Streuung geändert.</p>
<p>Die Intensität um 2 bis 3 Größenordnungen geringer als bei der elastischen Streuung.</p>
