Przewodnik po obrazowaniu Raman
Co to jest obrazowanie Raman?
Podstawy spektroskopii Raman
Obrazowanie Raman opiera się na połączeniu dwóch technik analitycznych: spektroskopii Raman i mikroskopii.
W spektroskopii Raman do badania chemicznej natury materii wykorzystuje się nieelastyczne rozproszonym świetle monochromatycznym (laser). Proces ten jest nieniszczący i bezkontaktowy.
Podstawy mikroskopii Raman
Tradycyjnie mikroskopia optyczna zajmuje się bardzo małymi próbkami. Wyobraź sobie, że używasz obiektywu 100 x do analizy cząstki o średnicy 1 μm.
Jeśli zastosujesz spektrometr Raman w tym mikroskopie, możesz teraz uzyskać analizę chemiczną tej małej cząstki. Jeśli połączymy te dane spektralne z informacjami przestrzennymi w dwóch lub trzech wymiarach, mówimy o obrazowaniu Ramana.
Informacje o obrazowaniu Ramana
Teraz bierzesz mały punkt pomiarowy mikroskopu i kolejno przesuwasz próbkę pod punktem.
W zależności od kroku stolika pomiarowego, generowane są informacje spektralne powiązane przestrzennie. A jeśli stworzysz "siatkę" pomiarową np.
10 x 10 μm, to wygenerowałeś teraz to, co nazywamy obrazem Raman
Co to jest obraz Raman?
Obraz chemiczny zawiera informacje molekularne w każdym z jego pikseli. Na obrazie Raman piksele te składają się z pełnych widm Raman. Oznacza to, że wspomniany obraz zawiera wiele interpretacji chemicznych tych danych spektralnych. Obraz fałszywego koloru może być renderowany, aby podkreślić i scharakteryzować właściwości próbki, takie jak struktura chemiczna lub skład.
Aby odpowiedzieć na niektóre pytania analityczne, dane spektralne mogą być interpretowane na wiele sposobów. Jedną z typowych aplikacji jest tworzenie obrazów fałszywych kolorów, aby podkreślić i scharakteryzować właściwości próbki. Zapewnia to wyraźną prezentację struktury chemicznej lub składu próbki.
Jak powstaje obraz Raman?
Mikroskopy Raman są głównie używane do tworzenia obrazów Raman, których przygotowanie jest obecnie bardzo proste. Widma Ramana są pozyskiwane punkt po punkcie w obrębie określonego obszaru ze znanymi odległościami, dodając informacje przestrzenne do danych Raman. W tym procesie laser skupia się na jednym punkcie na próbce, podczas gdy próbka jest przesuwana pod laserem krok po kroku, aż cały obszar zainteresowania zostanie "zmapowany".
Uzyskana informacja przestrzenna może być jedno-, dwu- lub trójwymiarowa, a tym samym umożliwia nawet badanie chemiczne próbki! W ten sposób można odpowiedzieć na ekscytujące pytania analityczne, w tym stwierdzenia dotyczące jednorodności powłok, dystrybucji składników lub informacji o cząstkach i innych zanieczyszczeniach.
Często zadawane pytania dotyczące obrazowania Raman
Jaka jest rozdzielczość przestrzenna mikroskopu Raman?
Optyka konfokalna w mikroskopie Raman filtruje zebrany sygnał Ramana. Dlatego otwór konfokalny kontroluje wielkość plamki, w której zbierany jest sygnał Ramana i poprawia rozdzielczość przestrzenną.
Rozdzielczość przestrzenna dobrze zaprojektowanego konfokalnego mikroskopu Raman jest ostatecznie ograniczona przez dyfrakcję światła:
- dradial = 0,61 · λ / NA
- daxial = 1,4 · λ / NA
W związku z tym mikroskop Raman może dokonać analizy i charakterystyki próbki do około pół mikrometra.
Co to jest obrazowanie Raman?
Obrazowanie Raman jest techniką, która generuje obrazy zarówno z informacjami spektralną, jak i przestrzenną. Widma Raman są zbierane z różnych pozycji przestrzennych, a następnie każde widmo jest zredukowane tylko do jednej wartości dla odpowiedniego piksela.
Najpopularniejszą metodą jest wykorzystanie intensywności piku, przedstawiając rozkład i stężenie. Intensywności wielu pików, przesunięcia pików, współczynnik pików, szerokość piku itp. są wykorzystywane do generowania obrazów Raman. Wartości pikseli są zwykle wyświetlane jako skale szarości lub fałszywych kolorów.
Jak długo pozyskuje się obraz Raman?
Pomiar obrazu Raman obejmuje pozyskanie wielu widm Raman. W związku z tym, dla obrazu, który zawiera tysiące lub nawet miliony widm Raman, całkowity czas pomiaru może być bardzo długi.
Czułość ma kluczowe znaczenie w generowaniu obrazów Raman. Pozwala na krótki czas pozyskiwania każdego widma. W związku z tym wybór próbki docelowej, mocy lasera i wydajności optycznej powinien być zoptymalizowany pod kątem szybkiego pozyskiwania obrazu.
Czy mikroskop Raman może mierzyć pod powierzchnią?
Tak. Konfokalny mikroskop Raman ma rozdzielczość przestrzenną ograniczoną przez dyfrakcję zarówno w kierunkach promieniowych, jak i osiowych. W związku z tym profilowanie głębokości i obrazowanie 3D Raman są dostępne do analizy dystrybucji pod powierzchnią, pod warunkiem, że rozpraszanie Ramana i laser nie są silnie absorbowane przez materiał.
Czy mikroskop Raman może być używany do analizy cieczy?
Tak. Jedną z głównych zalet spektroskopii Raman w porównaniu z FTIR, jest to, że woda ma bardzo niski sygnał Ramana i związki rozpuszczone w wodzie mogą być mierzone bez silnych zakłóceń.
Kropelkę cieczy można umieścić i zmierzyć na szkiełku mikroskopowym. Do lotnych próbek, można użyć kuwety kwarcowej lub szkiełka wklęsłego z pokrywką ze szkła kwarcowego. Pomiary Raman umożliwiają pomiary w zamkniętym pojemniku bez udziału sygnału tła.
