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ラマンの基礎

ラマンイメージングガイド

ラマンイメージングの基礎を簡単に説明し、ケミカル3Dイメージングに関する基本的な疑問を中心に解説します。

基礎

入門

ラマンイメージングとは?

ラマン分光法の基礎

ラマンイメージングは​​、ラマン分光法と顕微鏡法という2つの強力な分析技術の組み合わせに基づいて構築されています。

ラマン分光法では、非弾性散乱した単色光(レーザー)の情報を利用して、物質の化学的性質を調べることができます。このプロセスは、非破壊的かつ非接触で行うことができます。

ラマン顕微鏡の基礎

従来、光学顕微鏡は非常に小さな試料を扱います。 直径1μmの粒子を分析するために、100倍対物レンズを使用することを想像してみてください。

この顕微鏡にラマン分光器を搭載すれば、この小さな粒子の化学分析が可能になります。このスペクトルデータと二次元、三次元の空間情報を組み合わせると、ラマンイメージングと呼ばれるようになります。

ラマンイメージングについて

ラマンイメージングでは、顕微鏡の小さな測定スポットを定め、そのスポットの下を試料が順番に移動します。

このとき、ステージの移動ステップサイズに応じて、空間的に分解されたスペクトル情報が取得されます。例えば、10 x 10 µmの測定「グリッド」を指定して実行すると、測定の点数分のラマンスペクトルを含む10 x 10 µmのラマンイメージが生成されます。

詳細

ラマンイメージとは?

ケミカルイメージには、各ピクセルにそれぞれの分子情報が含まれています。ラマンイメージでは、これらのピクセルは完全なラマンスペクトルで構成されています。つまり、このイメージにはラマンスペクトルデータの化学的情報が多く含まれています。

スペクトルデータは多くの方法で解釈することができます。ラマンイメージは、ラマンスペクトルのピーク積分値や波数シフトなど得られた情報を元に、指定した表示色を用いて描写されます。これにより、化学構造や組成など試料の特性を明確に表現することができます。

詳細

ラマンイメージはどのように作成されるか?

このビデオは、SENTERRA II ラマン顕微鏡を使用したラマンイメージの作成手順を示しています。

多くの場合、ラマン顕微鏡はラマンイメージの作成に使用されており、実際の手順は非常に簡単です。ラマンスペクトルは、測定者がソフトウェア上で測定領域と移動ステップの空間情報を設定することで、一定間隔で連続的に取得されます。このプロセスでは、レーザーは試料上の一点に照射されており、試料がそのレーザーの下を少しずつ移動することで、測定領域全体が「マッピング」されます。

取得した空間情報は、一次元、二次元、三次元のいずれかに対応しており、試料の化学的解析が可能になります。このようにして、コーティングの均質性、成分の分布、粒子やその他の汚染物質に関する情報など、さまざまな疑問に対して興味深い解析結果を取得することができます。

 

ラマンイメージングに関するよくある質問

最後に

ラマンイメージングに関するよくある質問

 

ラマン顕微鏡の空間分解能はどれくらいですか?

ラマン顕微鏡の共焦点光学系は、収集されたラマン信号をフィルタリングします。したがって、共焦点ピンホールは、ラマン信号が収集されるスポットのサイズを制御し、空間分解能を向上させます。

適切に設計された共焦点ラマン顕微鏡の空間分解能は、最終的には光の回折によって制限されます。

  • dradial = 0.61 · λ / NA
  • daxial = 1.4 · λ / NA

したがって、共焦点ラマン顕微鏡は、約0.5マイクロメートルまでの試料の分析と特性評価を行うことができます。

 

ラマンイメージングとは何ですか?

ラマンイメージングは​​、スペクトル情報と空間情報の両方を使用してイメージを生成する手法です。ラマンスペクトルは試料のさまざまな空間位置から収集され、各スペクトルは対応するピクセルに対する1つの値のみに縮小されます。

最も一般的な解析方法は、ピーク強度を使用して、化学物質の分布と濃度を示すことです。複数のピークの強度、ピークシフト、ピーク比、ピーク幅などが、さまざまなシナリオでラマンイメージを生成するために使用されます。解析から得られたピクセル値は、指定した色調で表示することができ、その濃淡をわかりやすく描写することができます。

 

 

ラマンイメージの測定にはどれぐらいの時間が必要ですか?

ラマンイメージの測定を行う場合は、非常に多くのラマンスペクトルの取得が必要とされます。したがって、数千および数百万のラマンスペクトルを含むイメージの場合、合計測定時間は非常に長くなる可能性があります。

感度は、ラマンイメージを生成する上で非常に重要なファクターです。感度の高い分光計を用いることで、各スペクトルの取得時間を短くすることができます。したがって、ターゲット試料、レーザー出力の選択、および光学効率は、より高速なイメージ取得のために最適化する必要があります。

ラマン顕微鏡で試料の内部を測定できますか?

はい。 共焦点ラマン顕微鏡は、半径方向、軸方向ともに回折限界の空間分解能をもっています。 したがって、レーザーとラマン散乱が材料に強く吸収されないという条件下において、デプスプロファイリングや3Dラマンイメージングにより、試料内部の化学物質の分布を解析することができます。

ラマン顕微鏡を液体の分析に使用できますか?

はい。ラマン分光法の大きな利点の一つとして、FT-IRと比較して水のラマン信号が非常に弱く、水に溶けている化合物を強い干渉を受けることなく測定できることが挙げられます。

液滴は、顕微鏡用のスライド上に簡単に配置して測定できます。 蒸発する試料の場合は、石英製キュベットまたは石英製カバーガラス付きの凹型スライドを使用することにより、バックグラウンド信号の影響を受けずに密閉容器内の液体のラマン測定が可能になります。