Ergänzung 7.3: Raman-Streuung (6/6)

Die Raman-Streuung des Wassers (Forts.)

Betrachtet man die auf der vorherigen Seite gezeigten Spektren der Raman-Streuung genauer, so zeigt sich in den Banden eine Struktur. In der Abbildung unten ist dies in höherer spektraler Auflösung gezeigt. Die Struktur ist das Ergebnis des permanenten Dipolmoments der Wassermoleküle: neben freien ungebundenen Molekülen besteht flüssiges Wasser - wie weiter oben beschrieben - aus Clustern, die durch Wasserstoffbrücken zwischen den Molekülen zustande kommen. Da durch die Wasserstoffbrücken die Bindungsenergie zwischen dem Sauerstoffatom und den beiden Wasserstoffatomen im Molekül geschwächt wird, verkleinert sich die Wellenzahl bzw. erhöht sich die Wellenlänge der Raman-Verschiebung.

Die Raman-Banden der freien Einzelmoleküle (monomer) und der mit Wasserstoffbrücken gebundenen Moleküle (polymer) unterscheiden sich in ihrer spektralen Lage und überlagern sich zu einer breiteren Struktur im Spektrum.

Das Verhältnis der monomeren und polymeren Wassermoleküle ist - siehe Seite 2 - von der Temperatur abhängig. Das Summenspektrum der beiden überlagerten Raman-Banden ist daher ebenfalls temperaturabhängig, wie die unten gezeigten Messdaten bestätigen.

Temperatur 24,92°C Temperatur 25,31°C

Punkte: Messdaten der Raman-Streuung des Wassers bei der angegebenen Temperatur, aufgetragen über die Wellenzahl (zum Vergleich mit der Grafik links: kleinere Wellenzahlen entsprechen größeren Wellenlängen und umgekehrt). Linien: Ausgleichskurven für die Banden der monomeren und polymeren Moleküle und für das Summenspektrum. Die gestrichelte Linie gibt die Raman-Bande des polymeren Wassers wieder.
Quelle: EARSeL Advances in Remote Sensing

Es wurde daher vorgeschlagen, aus der spektralen Signatur der Raman-Streuung des flüssigen Wassers die Temperatur zu bestimmen. Dies ist zwar messtechnisch sehr viel schwieriger als eine Messung mit konventionellen Thermometern. Der Vorteil ist aber, dass man die Temperatur des Wassers berührungslos aus großer Entfernung bestimmen kann; - mit Fernerkundung.