Theorie und Anwendung der konfokalen Mikro-Raman-Spektroskopie an hybriden Polymer-Schichten und PDMS-Membranen und spektroskopische Untersuchungen an dotierten B2O3-Bi2O3 Glas-Systemen

The thesis consists of two major parts. The first part contains a theoretical-experimental study of confocal micro-Raman spectroscopy on hybrid polymer coatings and an application of this spectroscopic method on PDMS-membranes. The theoretical-experimental study includes the application of a model that describes the influence of the refraction effect on the focus length on confocal Raman experiments, and the development of a new model that additionally takes into account the effect of diffraction on the focus dimensions. A parallel comparison between these two theoretical approaches and experimental data has been also drawn and a better agreement between theory and experiment was observed, when both refraction and diffraction effects were considered. Further, confocal resonance micro-Raman spectroscopy has been applied to characterise the diffusion processes of pharmacologically relevant molecules (b-carotene dissolved in dimethylsulfoxide) through a polydimethylsiloxane (PDMS)-membrane. The diffusion rate as a function of the measurement depth and diffusion time as well as the concentration gradient under a steady flux have been determined. The measurements shown that the confocal micro-Raman technique is a powerful tool to investigate the kinetics of diffusion processes within a membrane before the steady state has been reached. The second part of the thesis contains infrared and Raman spectroscopic studies of copper and iron doped B2O3-Bi2O3 glass systems. These studies were performed to obtain specific data regarding their local structure and the role played by dopant ions on boron and bismuthate units. The changes of B2O3 and Bi2O3 structural units due to the relaxation of the amorphous structure, which was induced in these samples by the thermal treatment, were also evidenced.Die vorliegende Arbeit besteht aus zwei Teilen. Der erste Teil beschäftigt sich mit theoretischen und experimentellen Untersuchungen der konfokalen Mikro-Raman-Spektroskopie hybrider Polymer-Schichten und PDMS-Membranen. Dabei wurden besonders die Dimensionen des Fokus in den Proben untersucht, um so einen tieferen Einblick in die bei solchen Messungen auftretenden physikalischen Phänomene zu erhalten. Es wurde zur Berechnung des konfokalen Mikro-Raman-Response-Profils für verschiedene Eindringtiefen innerhalb zweier unterschiedlich beschichteter Proben eine auf Strahlverfolgung basierende Analyse durchgeführt, wobei die sphärische Aberration, die an der Luft/Beschichtungs-Grenzfläche entsteht, mit berücksichtigt wurde. Außerdem wurde ein theoretischer Ansatz entwickelt, der den Einfluss von Brechung und Beugung auf die Fokusverlängerung bei konfokalen Mikro-Raman-Experimenten beschreibt. Im Vergleich zu dem Modell, das nur den Brechungseffekt in Betracht zieht, wird eine Verkürzung der Fokuslänge erreicht, wenn Brechungs- und Beugungseffekte betrachtet werden, was die Übereinstimmung zwischen experimentellen und theoretischen Daten verbessert. Desweiteren wurden die Diffusion von ß-Carotin durch PDMS-Membranen mittels der konfokalen Resonanz-Mikro-Raman-Spektroskopie untersucht. Zunächst wurden Untersuchungen der Diffusionskinetik vor Erreichen des stationären Zustandes durchgeführt. Hierbei konnte die Diffusionsgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Messtiefe und der Messzeit ermittelt werden. Es wurde zusätzlich der Konzentrationsgradient im stationären Fluss von b-Carotin in PDMS-Membranen untersucht. Die Untersuchungen mit der konfokalen Resonanz-Mikro-Raman-Spektroskopie zeigten, dass diese Methode geeignet ist, Diffusionskinetiken im nicht stationären Zustand innerhalb der Membranen zu beobachten. Derartige Untersuchungen sind extrem wichtig für die Entwicklung neuer Applikationsysteme zur kontrollierten Wirkstofffreisetzung. Im zweiten Teil der vorliegenden Arbeit wurden strukturelle Untersuchungen an Kupfer- und Eisen-dotierten B2O3-Bi2O3 Glas-Systemen mittels Infrarot- und Raman-Spektroskopie durchgeführt. Die lokale Struktur des Glas-Netzwerks und der Einfluss der dotierenden Ionen auf die Bismut-Borat Matrix wurden diskutiert. Desweiteren wurde der Einfluss des Bor-Netzes auf die strukturellen Einheiten des Bismuts in den wärmebehandelten Proben bewiesen. Raman- und Infrarot-Spektren der Proben nach Wärmebehandlung zeigten, dass sich die Glasstabilität verringert, wenn der Bismutgehalt zunimmt