Путеводитель по Raman Imaging
Что представляет собой Рамановская визуализация?
Основы Рамановской спектрометрии
Рамановская визуализация основана на сочетании двух мощных аналитических методов: Рамановской спектроскопии и оптической микроскопии.
В рамановской спектроскопии информация полученная при неупругорассеянном монохроматическом (лазерном) излучении используется для исследования химической природы вещества. Анализ методом Рамановской спектрометрии по умолчанию является неразрушающим и блее того - бесконтактным.
Основы Рамановской микроскопии
Традиционно оптическая микроскопия имеет отношение к изучению очень маленьких образцов. Представьте себе что для анализа частицы диаметром 1 мкм применяется микроскоп оснащенный 100-кратным объективом.
Если вы совместите рамановский спектрометр с описанным выше микроскопом, вы сможете, по мимо почего, осуществить химический анализ этой маленькой частицы. Если вы объедините полученные спектральные данные с информацией о расположении исследуемого объекта в пространстве в двух или трех измерениях, мы уже будем говорить о рамановской визуализации.
О Рамановской визуализации
Таким образом, сфокусировав лазерное излучение в маленьком пятне с помощью микроскопа вы последовательно перемещаете исследуемый образец под этим пятном.
В зависимости от размера шага предметного столика вы собираете спектральную информацию с соответствующим этому шагу пространственным разрешением. И если вы зададите "сетку" измерения, например, 10 x 10 мкм в итоге вы получите то, что мы называем рамановским изображением.
Что такое рамановская визуализация?
Химическое изображение (визуализация) содержит информацию о молекулярном составе исследуемого образца в каждом пикселе. В случае рамановской визуализации это означает что каждый пиксель содержит полный Рамановский спектр всех компонентов образца. Это означает, что полученное изображение содержит много спектральных данных на основе которых можно провести всесторонний анализ.
При этом создание изображений в контрастной цветовой гамме является стандартным приложением в тех случаях когда необходимо подчеркнуть и охарактеризовать свойства образца, такие как химическая структура или состав.
Как создаются Рамановские изображения?
В тех случаях когда рамановские микроскопы используются для получения рамановских изображений, сама процедура регистрации данных достаточно проста. Рамановские спектры собираются из указанных точек в пределах определенной области через указанное расстояние, при этом данные зарегистрированных спектров привязываются к соответствующим точкам образца. В этом процессе лазер фокусируется в одной точке на образце, в то время как образец последовательно перемещается под лазер, пока вся интересующая область не будет «нанесена на карту».
Полученная пространственная информация может быть одно-, двух- или трехмерной и, таким образом, реализуется возможность проведения химических исследований образца! Таким образом, можно получить ответы на интересные аналитические вопросы, включая утверждения об однородности покрытий, распределении компонентов или информацию о наличии частиц и загрязнителей.
Наиболее часто задаваемые вопросы касающиеся Рамановской визуализации
Каково пространственное разрешение достижимо при работе на Рамановских микроскопах?
Конфокальная оптика в Рамановском микроскопе отфильтровывает собранный Рамановский сигнал. Следовательно, конфокальная апертура контролирует размер пятна, с которого собирается Рамановский сигнал, и улучшает пространственное разрешение.
Пространственное разрешение хорошо сконструированного конфокального рамановского микроскопа в конечном итоге ограничивается дифракцией света:
- dradial = 0,61 • λ / NA
- daxial = 1,4 • λ / NA
Таким образом, конфокальный рамановский микроскоп может выполнять анализ и определение характеристик образцов с точностью до половины микрометра.
Что представляет собой Раманавская визуализация?
Рамановская визуализация - это метод, который генерирует изображения содержащие в себе как спектральную информацию, так и пространственные характеристики положений регистрации спектров. Рамановские спектры регистрируются в разных точках образца, при этом каждый спектр закреплен за соответствующим пикселем изображения.
Наиболее распространенный подход в интерпретации Раманаовского изображения - использование интенсивности рамановского сдвига, дающее представление о распределении химических соединений и их концентрации. Интенсивность нескольких пиков, сдвиг пика, соотношение пиков, ширина пика и т. д. также используются для создания изображений комбинационного рассеяния в различных сценариях. Значения пикселей обычно отображаются как оттенки серого, градиентные или контрастные цвета.
Сколько времени необходимо для создания Рамановского изображения?
Регистрация Рамановского изображения включает в себя накопление большого количества Рамановских спектров. Следовательно, для получения изображения, содержащего тысячи или даже миллионы спектров комбинационного рассеяния, общее время измерения может быть значительным.
Высокая чувствительность спектрометра имеет ключевое значение при создании изображений комбинационного рассеяния, Чем выше чувствительность, тем меньше времени необходимо для сбора данных для каждого спектра. Для увеличения скорости получения изображений следует оптимизировать выбор исследуемого образца, мощность лазера и оптическую эффективность системы.
Позволяет ли Рамановский микроскоп измерять спектры из глубины образца?
Да. Конфокальный Рамановский микроскоп имеет ограниченное дифракцией пространственное разрешение как в радиальном, так и в осевом направлениях. Следовательно, профилирование по глубине и трехмерное рамановское изображение доступны для анализа распределения химических соединений под поверхностью при условии, что материал не сильно поглощает лазерное и рассеянное излучение.
Может ли применяться Рамановский микроскоп для анализа жидкостей?
Да. Одним из основных преимуществ Рамановской спектроскопии в отличии от ИК спектрометрии является то, что вода имеет очень слабый сигнал комбинационного рассеяния, и соединения, растворенные в воде, могут быть измерены без значительных помех.
Каплю раствора можно просто поместить и измерить на предметном стекле. Для измерения легколетучих образцов могут быть использованы кварцевая кювета или вогнутые предметные стекла с кварцевым покровным стеклом.
