Medizinische Physik 3: Medizinische Laserphysik [2004]

6 Lineare Laserspektroskopiemethoden 123
Dopplerfreie Absorptionsspektroskopie mit Lasern. Zur Strukturaufklärung
von mehratomigen Molekülen will man häufig die durch schnelle
thermische Bewegung der Moleküle (Dopplereffekt) hervorgerufene Linienverbreiterung
vermeiden. Wenn das gelingt, hat man es bei stabilen Molekülen
nurnochmitdernatürlichen und der durch zwischenmolekulare Stöße verursachten
Linienbreite zu tun; letztere kann durch Reduzierung des Gasdrucks
noch weiter vermindert werden.
Zur Reduzierung der Dopplerverbreiterung sollten nur Moleküle mit einer
Geschwindigkeitskomponente ∆vx um vx = 0 beobachtet werden, wenn x
die Richtung der Achse zwischen dem Licht absorbierenden/emittierendem
Molekül und dem Beobachter (Detektor) bezeichnet. Zwei experimentelle
Möglichkeiten zur Reduzierung der Dopplerverbreiterung sollen hier besprochen
werden.
1. Man kann die Geschwindigkeitskomponente vx verkleinern. Um eine solche
Reduktion zu erreichen, verwendet man einen sogenannten Molekularstrahl:
Dies ist ein kollimierter Teilchenstrahl, der aus den zu untersuchenden
Molkülen in hoher Verdünnung mit einem inerten Gas besteht
und der aus einer kleinen Öffnung (z.B. 80 µm) eines Behälters unter
Atmosphärendruck ins Vakuum austritt (Abb. 6.8). Bedingt durch den
gerichteten Impulsübertrag innerhalb der Austrittsöffnung und einer
Blende werden Moleküleselektiert,dieeinestarkeAbkühlung ihrer inneren
Freiheitsgrade (Schwingung, Rotation) erfahren haben. Sie fliegen
in einem gebündelten Strahl mit einer Geschwindigkeitsverteilung, deren
Abb. 6.8. Molekularstrahl zur Reduzierung der Dopplerverbreiterung von Spektrallinien