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光谱分辨率是多少?
光谱分辨率是相邻的两个峰光谱系统的分离能力。共焦拉曼系统的光谱分辨率主要是定义为:
- 的焦距光谱仪(焦距越长,光谱分辨率越高)
- 光栅(沟密度越高,光谱分辨率越高)
- CCD相机的像素大小(像素越小,越高光谱分辨率)
- 入射狭缝或针孔(越小缝隙/针孔光谱分辨率越高)
- 线形状谱仪的保护(=成像质量)
光谱分辨率可以通过实验确定如通过测量峰值决议已知的参考样本。一个确定的样本用于演示CCl例如光谱分辨率4。
无一例外的自然线宽喇曼线通常大于3厘米1。因此1厘米的范围的光谱分辨率1是足够的对于大多数样本。
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什么是喇曼效应和拉曼散射是什么?
喇曼效应:
喇曼效应最初实验物理学家所描述的发现和Chandrasekhara Venkata拉曼(1970 * 1888,__)在1928年。拉曼效应是基于非弹性光散射的化学键样本。由于化学键的振动这种相互作用导致一个特定的部分背散射光能量转变导致一个独特的拉曼光谱。
拉曼散射:
拉曼散射是一个很弱的效果,通常不到一百万分之一激发光子产生一个拉曼光子。拉曼散射可以进一步分化和斯托克斯Anti-Stokes散射。包含的信息材料和分子组成。
- 斯托克斯散射:光子传输能量的分子。发射的光子比吸收光子能量较低。
- Anti-Stokes散射:分子转移能量的光子。发射的光子吸收光子能量比更高。
除了非弹性散射,弹性散射也会出现。弹性散射的能量的入射辐射称为瑞利散射。它不包含任何信息分子,不能用于共焦拉曼显微镜化学取样分析。
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拉曼光谱中包含什么样的信息?
拉曼光谱是物质的独特的指纹。它可以提供定性和定量的信息。
乐队转移到更高的波数(蓝移)被称为anti-Stokes喇曼乐队和那些转移到低波数(红移)被称为斯托克斯拉曼乐队。通常,Stokes-shifted拉曼强度的乐队更强烈,因此用于定性和定量分析。
除了化合物分布外,还有更多的属性,可以由拉曼光谱:
- 峰值强度给特定化合物的数量的信息
- 峰值变化可以确定应力应变状态
- 峰宽揭示了结晶度
- 关于晶体偏振状态提供了信息对称和取向
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拉曼技术
共焦拉曼成像是什么?
三维共焦拉曼的流体包裹体在石榴石。不同的颜色代表不同的分子阶段。
对共焦拉曼成像共焦拉曼显微镜扫描样本逐点、逐行、在每一个图像像素的一个完整的拉曼光谱。这个过程也称为光谱成像。获取的多光谱文件包含信息数千数以百万计的拉曼光谱。这些文件进行了分析与软件生成一个图像显示化学成分的空间分布。通过一堆图像在不同震源位置(z),可以创建3 d图像。
拉曼分析的样品要求是什么?
拉曼分析可以执行各种样品,如气体、液体、粉末、固体。只有纯金属可能导致困难因为他们Raman-inactive。
一般来说,没有样品制备(如染色或解剖)需要和原位拉曼光谱测量可以执行,在体外和体内。
拉曼成像的最大适用的样本大小是依赖于拉曼显微镜功能和最大扫描范围是依赖于综合扫描阶段。通常情况下,样本地区从200 x 200µm 50 x²50 mm²可以调查。充分的透明样品深度扫描在z方向也是可行的。
激发波长影响测量吗?
波长对测量结果有很强的影响,获得信息。它的影响:
- 拉曼信号:ν的拉曼散射强度成正比4,ν是激发激光辐射的频率,即激发波长较低导致更高的拉曼信号。
- 荧光信号:许多样本显示强烈的荧光紫外或兴奋时蓝色区域和低荧光红色或兴奋时近红外光谱区域。荧光信号比较强,可能掩盖了较弱的拉曼信号。
- 空间分辨率:激发波长越短,空间分辨率越高。警告:空间分辨率,NA的目标也应该被考虑。
- 的示例伤害:短波长光子能量高可能会导致样品损失比长波长激光功率较低。
适合哪些激光拉曼分析?
激光适用于拉曼显微镜具有以下特点:
- 高斯光束形状(单纵模TEM00),这样它就可以被集中到一个衍射极限位置
- 低于1厘米的窄谱线形状1,以避免扩大的喇曼线
- 非常稳定的频率(变异< 0.01厘米1),允许压力测量精度高
- 非常稳定的强度(< 1 - 2 %功率波动),允许浓度的准确、可比的测量结果
- 线性极化,允许偏振相关样本属性的观察
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显微镜
共焦显微术是什么?
共焦显微镜的原则。
共焦显微术的目的是抑制失焦平面的光。这一点首先意识到的光照在焦平面和第二针孔的共轭平面检测光路。
由于照明和探测信息从一个点确定。为了生成一个图像逐点扫描,逐行。
共焦显微镜在传统大视场显微镜的优点是一种改进的决议在横向平面上,歧视性的高功率轴向方向,降低背景信号和机会收集系列光学部分从不同的焦平面生成深度资料或3 d图像。
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针孔大小为什么重要?
针孔大小是分辨率和信号之间的妥协的吞吐量。一方面应该尽可能高的信号,而另一方面应该尽可能好的空间分辨率。一个小针孔强烈增加深度和横向分辨率。然而,到达探测器的信号却降低了。
共焦拉曼显微术是什么?
共焦拉曼成像技术结合了拉曼光谱共焦显微镜通过收购信息的一个完整的拉曼光谱在每个图像像素。因此样品中的化学成分的空间分布检测和成像。高分辨率共焦拉曼显微镜实现横向分辨率衍射极限(~λ/ 2 (na);一般250 - 300 nm波长为532 nm励磁和100 x 0.9 NA客观)。共焦显微镜设置另外的特征是一个优秀的深度分辨率(下图1µm)并允许生成3 d喇曼和深度图像资料。
共焦拉曼显微镜的吞吐量影响什么?
共焦拉曼显微镜的吞吐量有直接影响共焦拉曼成像所需的时间和系统的灵敏度和能力。受到各种显微镜组件,如客观、耦合元素和过滤器,针孔,光谱仪,CCD相机。优化吞吐量、系统的每个部分必须优化传输和最高的效率。
| 高通量系统 | 低吞吐量的系统 |
| 高质量的目标 | 低质量的目的 |
| 使用单一纤维束指导 | 波束制导用镜子(例如3镜子) |
| 镜头的光谱仪 | mirror-based光谱仪 |
| 黑色背景CCD相机 | front-illuminated CCD相机 |
高通量系统优化的激发波长和低吞吐量为532海里。吞吐量限制由于针孔是这两种情况下被忽视。
适合我的实验的目的是什么?
当选择正确的目标,所有测量条件应该被考虑到。良好的显微镜物镜可能80 - 90%传输波长为500纳米,但只有40%在900纳米或更少。工作样本之间的距离和目标和机会测量在特定条件下,如低温或液体也是重要因素决定。此外成像误差的修正,如色差、是一个重要的质量特性。
超过放大、数值孔径(NA)中扮演着关键角色:收集效率最高和最好的空间分辨率最高的可以通过使用一个客观的NA在测量条件下适用。NA另外定义了分辨能力和激发点的功率密度。然而,低钠可以是有益的,如果样本的地形要求更广泛的收集范围在z方向。
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光纤耦合拉曼系统的特点是什么?
光纤耦合显微镜系统使用单模光纤将光从激光显微镜。透射光维护TEM00模式并保留其高斯激光功率衰减的独立品格,从而使衍射极限分辨率。
多模光纤的检测光路使传输多达90%的拉曼信号。相比较而言,基于Al-mirror光学系统使用三个镜子达到只有约78%在532 nm波长激发光传输效率。如果镜子使用数量的增加,光传输效率进一步下降。因此使用光纤ultrahigh-throughput显微镜系统尤为贴切。
光栅测量影响如何?
光栅光谱仪分散的信号在CCD探测器偏转每个波长不同的角度。槽的数量每毫米决定了色散特性。大量的凹槽/毫米(线/毫米)导致高分散,因此高分辨率,通过分布在更大数量的CCD像素信号。
优化效率,光栅通常“开辟”在一定的波长。这意味着槽角度的第一衍射光栅效率可以达到80%。光栅效率设置上限的光谱仪的吞吐量。
之间切换多个光栅通常很有用:一个覆盖完整的拉曼光谱(-100到3600厘米1)和高分辨率光栅,约1厘米1光谱分辨率。
可以使用CCD探测器?
相机CCD(电荷耦合装置)是检测光路和最后一个元素将达到芯片的光子转换成电子信号,然后可以使用的软件。CCD相机的一个重要组成部分是一个拉曼显微镜和选择正确的CCD强烈影响仪器的性能。量子效率(QE)是这些相机的关键元素。量化宽松政策的比例是探测到的光子的总入射光子。下图显示了三种典型的室温QE-curves相机。
常用的ccd的量子效率。
以下ccd常用的拉曼光谱:
- 在可见范围,黑色背景CCD相机相机的选择。它有一个高的量化宽松政策,提高了仪器的吞吐量。
- Front-Illuminated ccd做更广泛的工作范围但低量化宽松政策背景ccd相比。他们也表现出非常低的暗噪声。
- 检测波长超过大约850 - 900 nm,深耗尽层CCD相机是最好的选择,因为他们有NIR-optimized涂层和最好的量化宽松政策在这个范围内。这种类型的相机显示暗噪声高于前面提到的。
- 背景EMCCDs(电子倍增CCD)是目前市场上最敏感的光谱探测器信号的总放大1000 x。因此超快的拉曼成像可以每秒(1300年收购ca。光谱)。
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先进的拉曼技术和组合
共振拉曼是什么?
在共振拉曼(RR)散射激发波长选择属于一个分子的吸收带进行调查。这可能会导致增加拉曼信号的强度和改善信噪比。RR有一些优势:第一,只有那些模式耦合到电子激发共鸣地增强,导致光谱的大幅减少复杂性。第二,RR可用于选择性地调查一个特定的分析物的混合物通过调优激发波长的吸收带特定分析物。RR的一个缺点是不仅inelastically散射光,而且增加荧光和发光是观察。
表面增强拉曼光谱(ser)是什么?
表面增强拉曼散射是她首次观察到等人在1974年。贵金属纳米粒子的原理是靠近提高喇曼散射测量位置。同时拉曼光谱的复杂性通常是减少到著名乐队标志。ser已经记录了分子吸附在金属结构的形成,如银、金、铝、铜、钯、铂、金属的表面粗糙度之间的相关结构和ser增强已经建立。现在商用ser基质提供可靠和有效的来源进行ser实验。
ser可以通过使用加上共振拉曼激光激发波长与分子能级共振(表面增强共振喇曼散射(SERRS))。
Tip-Enhanced拉曼光谱(参数)是什么?
Tip-Enhanced拉曼光谱(参数)使化学信息的采集与横向分辨率远远低于衍射极限。参数测量技术结合表面增强喇曼散射(ser)和扫描探针显微镜(SPM)技术,如原子力显微镜(AFM)。因此,结合了AFM的高空间分辨率和拉曼散射的化学敏感性。
获取参数影响金属涂层AFM-tip可以用作纳米结构。激发激光聚焦到tip-apex增强拉曼信号接近小费。横向分辨率从而依赖tip-apex大小(10 - 20海里)。源物体参数效应被认为是基于表面等离子体和化学共振效应导致增强电场和拉曼信号强度增加。源物体参数提示照明通常是应用从以上,低于或从侧面。
虽然发疯吸引了越来越多的关注,但其实际应用的领域是有限的几件样品和科学问题。也可用性的商业TERS-tips仍未建立。此外金属包覆技巧的成本增加了实验的总费用在很大程度上如此。
关键应用程序示例中可以找到以下出版物:
g . Rusciano et al .,纳米化学成像的枯草芽孢杆菌孢子通过结合Tip-Enhanced喇曼散射和先进的统计工具。ACS nano12300 - 12309 (2014)。
a . Weber-Bargioni et al .,高光谱纳米成像在介质基板与同轴光学天线扫描探针。纳米快报1201 - 1207 (2011)。
应该如何执行依赖极化测量?
偏振依赖测量允许特定的偏振依赖性活动的调查在拉曼光谱峰。这可以用于分析的分子取向和几何图形如晶体晶格、液晶、非晶材料、或聚合物。
因此可以激发光的偏振旋转不同角度的焦平面(如平行、垂直、循环等)和拉曼散射光可以分析任意方向相对激发光的偏振方向。
low-wavenumber测量是什么?
Low-wavenumber不同金属氧化物半导体的拉曼光谱2层。
大多数光谱系统允许的分析波数100 - 200厘米1。Low-wavenumber测量提供额外的从斯托克斯光谱信息和Anti-Stokes接近瑞利线的拉曼信号。因此结合显微镜设置特定的耦合器,使得采集的拉曼光谱波数到10厘米以下1。低波数测量中经常应用于调查poylmorphs制药研究、聚合物的研究,半导体研究碳结晶度的研究和调查。
出版关于low-wavenumber测量在石墨烯的研究:
c .琮、增强t . Yu ultra-low-frequency折叠石墨烯层的层间剪切模式。Commun Nat。4709 (2014)。DOI: 10.1038 / ncomms5709
信息low-wavenumber测量WITec RayShield耦合器
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地形共焦拉曼成像是什么?
地形共焦拉曼成像使3 d化学表征粗糙、倾斜或形状不规则的样本,可以进行精确或一组距离表面无需样品制备。
地形传感器是根据共焦色传感器原理:一项白光点光源聚焦到样品的透镜系统有很强的线性彩色错误(浓染的透镜系统)。因此每一个颜色都有不同的焦距。样本集中反射的光线通过针孔上专用的分光计的传感器。因为只有一个特定的颜色在样品表面集中,只有这个光可以通过共焦针孔。检测波长因此表面地形直接相关。
扫描样品x-y-plane揭示了一个地形图的样本。与这张地图可以保存在样品表面的聚焦在整个测量过程中,不管它的地形。
光学传感器控制目标和样品表面之间的距离与sub-micrometer精度。因此,任何变化发生在长时间测量与集成是补偿,导致尖锐和详细的图片。
超快的共焦拉曼成像是什么?
使用一个EMCCD探测器,超快的共焦拉曼成像可以执行。一个拉曼光谱的采集时间可低至760微秒,每分钟1300可以获得的拉曼光谱。共焦拉曼形象通常由成千上万的光谱、新选项减少总收购时间为一个完整的图像只有几分钟。例如,一个完整的高光谱图像组成的250 x 250像素= 62500拉曼光谱可以记录在不到一分钟。
超快的拉曼成像尤其适合大面积共焦拉曼图像由于在测量时间大幅减少。微妙和敏感生物等样品也受益于减少测量时间和必要的低水平的激励力量。
近场拉曼成像是什么?
近场拉曼成像是一种结合显微镜技术将化学喇曼信息与高分辨率扫描近场光学显微镜(SNOM)。它允许收购高分辨率共焦拉曼图像。可以实现横向分辨率降低到60 nm。
近场拉曼成像原理
激发激光主要是通过SNOM-tip导致隐失场(近场)的远端孔径。在示例移动piezo-driven扫描阶段,透射光的光谱方法检测到逐点、逐行为了生成一个高光谱图像。的光学分辨率透射光只受孔径的直径(60海里)。利用梁的挠度设置在AFM接触模式下,它确保了悬臂总是接触样本。这样的地形以及近场拉曼测量同时记录。
有哪些可能的拉曼组合?
共焦拉曼成像技术是一种无损成像技术,因此可以与其他技术相结合。
通过调查样本不同成像技术多样化的信息包含在结果有助于更全面的样本分析。另外两个成像技术可以结合的优势来提高分辨率。
这里有一些常见的例子喇曼组合:
拉曼和AFM
通过结合共焦拉曼成像与AFM,样品的化学性质可以很容易地与表面结构和力学性能。这两个互补的技术在结合Raman-AFM显微镜更灵活和全面的样本特征。
拉曼和AFM图像从相同的样本区域的聚合物混合。
拉曼和SNOM)
结合拉曼和SNOM)(扫描近场光学显微镜)链接化学表征光学成像衍射极限以下。如果拉曼测量执行通过SNOM提示,高分辨率图像的横向分辨率降低到60海里可以生成。
拉曼光谱和扫描电镜
Raman-SEM组合是一个新的相关显微技术。结构的纳米之间SEM可以探测到相关化学拉曼成像相同的样本区域。
SEM图像镶嵌的一块岩石样品的拉曼形象。
