ラマンイメージング入門

ラマンイメージは主にラマン顕微鏡を用いて作成されます。手順は比較的単純で、関心領域内を既知の間隔で点ごとあるいはエリアごとにラマンスペクトルを取得することで、空間情報をラマンデータに付加します。この過程では、従来の装置ではレーザーを試料上の一点に集光し、試料を少しずつ移動させながら、領域全体を走査（マッピング）していましたが、ブルカーの最新機種では、ステージを固定してレーザースポットまたはレーザーラインを走査する方法で、より高精度に領域全体を走査（ポイントマッピングあるいはラインイメージング）します。

取得される空間情報は一次元、二次元、さらには三次元にも対応可能であり、試料内部の化学的構造の探索も可能です。この技術により、コーティングの均一性、成分の分布、粒子や異物の存在など、さまざまな分析的課題に対する有用な知見が得られます。

ラマン顕微鏡の空間分解能はどれくらいですか?

ラマン顕微鏡における共焦点光学系は、収集されるラマン散乱光を空間的に選択・制限する役割を果たします。特に、共焦点ピンホールは検出される領域のサイズを制御することで、不要な背景信号を低減し、微細構造の識別を可能にする高い空間分解能を実現します。

高性能な共焦点ラマン顕微鏡の空間分解能は、最終的に光の回折限界によって制約されます。理論的な分解能は以下の式で表されます：

平面方向の空間分解能：d_radial = 0.61 · λ / NA

深さ方向の空間分解能：d_axial = 1.4 · λ / NA

ここで、λはレーザー波長、NAは対物レンズの開口数値です。これにより、共焦点ラマン顕微鏡はサブミクロン（約0.3 µm）スケールの微細構造の分析・評価が可能です。

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、試料の空間情報とスペクトル情報を同時に取得・可視化する技術です。各空間位置から取得されたラマンスペクトルは、画像の各ピクセルに対応する代表値へと変換され、化学的・構造的特徴を視覚的に表現します。

ラマンイメージングでは、最も一般的な手法としてピーク強度を用い、化学成分の分布や濃度を可視化します。加えて、複数ピークの強度、ピークシフト、ピーク比、ピーク幅などのスペクトル情報も、分析目的に応じて画像化に利用されます。各ピクセルの値は、グレースケールや疑似カラーで表示されるのが一般的です。

ラマンイメージ取得に要する測定時間はどれくらいですか？

ラマンイメージの測定には、多数のラマンスペクトルの取得が必要となります。そのため、数千から数百万のスペクトルを含む画像では、測定時間が非常に長くなる可能性があります。  

ラマンイメージの取得効率を高めるには、感度の向上が重要です。感度が高ければ、各スペクトルの取得時間を短縮でき、全体の測定時間を抑えることが可能です。

そのためには、試料の選定、レーザー出力、光学系の効率などを適切に最適化することが求められます。

ラマン顕微鏡で試料内部を測定することできますか？

可能です。共焦点ラマン顕微鏡は、横方向および縦方向の空間分解能が回折限界によって定義されており、深さ方向のプロファイリングや3次元ラマンイメージングが可能です。

ただし、レーザー光およびラマン散乱光が試料によって強く吸収されないことが前提となります。この条件を満たす場合、試料内部の化学分布を解析することができます。

ラマン顕微鏡は液体の分析に使用できますか?

 使用できます。ラマン分光法の大きな利点のひとつは、FTIRと比較して水のラマン散乱が非常に弱いことです。これにより、水に溶解した化合物を強い干渉なしに測定することが可能です。

液体試料は、顕微鏡用スライド上に滴下するだけで簡単に測定できます。揮発性のある試料に対しては、石英製キュベットや石英カバーガラス付きの凹型スライドを使用することで、背景信号の影響を抑えつつ、密閉状態でのラマン測定が可能です。