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                从微区拉曼到现代的激光共聚焦显微拉曼

                2019年7月02日 08:50:24 来源: 互联网
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                  拉曼微区探针(微区拉曼)是把显微镜和拉曼光谱联系起来,测得的拉曼光谱具有较高的精确性,可以用来进行表面光谱学研究,发现与组分化学性质有关的表面均一性。

                  拉曼微区探针的概念最早是由Tomas Hirshfled在1969年提出的。图1给出了第一台成功的拉曼显微镜示意图。它把常规显微镜和配有高灵敏度电视摄像管的拉曼光谱仪联在一起。在拉ω 曼散射中呈现出被辐照样品的单色像,其空间分辨率约为1 μm。激光束经环形照連我都被你騙了明器,由显微镜收集拉曼散射,再经前置光学系统进入拉曼光谱仪。这台秒速快三微以后生产商品化分子光学激光测量仪(Molecular Optics Laser Examiner,MOLE)提供了基础。

                  图1 拉曼显微镜示意图

                  图2是MOLE的示意图。这种装置采用两种照明方式。一种是整体照明,即环形照明;另一种是点照明。点照明是把激光束固定在表面的某一点上,得到斑点的拉曼光谱。整体照明是把光谱仪置于某一特征频率,用激光束扫描整个表面,从显像管上得到具有这种散射波长的样品的二维空间【分布图。其选择成像的原理见图3。样品军用频率为v。的单色光照射。显微镜把像的散射光传到单色器。单色器又以给定的波长,把显微镜象传到出口狭缝前的电视摄像机。图3给出了三种物质 A、B 和C的拉曼光谱。C为基底物质,A和B为两种组分。以频率v。照射时,得到的是普通的像,因为所有物质均有强烈的瑞利散射。

                  图2 分子光学激光测量示意图

                  如以某物质的特征散射频率照射,则得到该不由朝妖異女子沉聲道物质的分布图。因此拉曼微区探针可广泛应用 于许多领域。如研究矿物中的夹杂物,鉴别▆污染物,测定材料的非均匀性,工业产品的结构,鉴定催化剂活性成份的结构,鉴别聚合物薄膜或纤维中沾污粒子,了解局部结晶对机械强度的影响等。

                  图3 拉曼散射带频率选择成像原理图

                  图4 矿物中夹杂物微区探针测定结果

                  图4是矿物中夹杂物微区探针的测定△结果。图4(a)是整体照明时显微镜视野中三个质点的表面分布图和拉曼光谱。图4(b)和(c)则是用点式照明得到的个别质点的拉曼光谱。由拉曼光谱判断,(b)中为SrSO4,(c)中是TiO2。它们的拉曼照像是在箭头所指频率位置得到的。图5给照出了一个8 μm城市灰尘粒子的拉曼光谱。从主要谱带的比较可知,这粒灰尘为无水CaSO4在1400和1600 cm-1之间的宽带为烟灰涂层和其它№有机降解物。图6是r-Al2O3基质上钼催化剂的微区光谱和拉曼照像,用这种方法可以检测催化剂的活性程度。r-Al2O3基质上载有20%的钼,只有多钼酸盐才是它的活性部分,而MnO3簇化合物并没有催化活性。用微区探针可以分别得到它们的拉曼光谱和分布图像。此外,拉曼微区探针也可◆用于生物物质的检测。

                  图5 8 μm灰尘微粒的拉曼光谱(在Al2O3基板上)

                  图6 r-Al2O3基质上钼催化剂粒子的微区光谱和拉曼照像

                  近年来 , 多道检测器已用于拉曼微区探针。多道检测器的优点是可以同时在整个视野 上进行检测。除了可进行时间分辨外,也提供了空间分辨的可能性。由于采用了二级管阵列和微通道板成像增※强器,明显地改善了信噪比,缩短了记录时间。每个成像单元相当于一张完整的光谱,包含着上千个光谱元素。在整个既然如此显微镜的视野内,用一个N×N的阵列,收集信号一次扫描或照相便可得到所需的的全部信息。若用单道检测器完成整个光谱测量需用几个月的时间。多道卐检测器的原理见图7。

                  图7 多道检测器成像原理

                  法国研制的一种新的微区探针Microdil 28,被称为第二代ω 微区探针,其结构示于图8。 秒速快三包括双前置单色仪,平面全息光栅和特殊安装的多道检测器,以及致冷装置,微通道板成像增强器。通过纤维光学系统与有十二个元件的光二极管阵列相联接。数字处理单元有◥两 个1K的内存 , 用于贮存信号和背景,并完成背景扣除。积分时间可以选择,从20毫秒到99秒。氩离子激光器,显微镜和其它色散偶联光学系统均安装在一个框架上,以保证所有元件有良好匹配。该装置中采用的另一种新的技术是用马达驱动两个透镜来移动激光斑点,而不必移动样品。从而提高三皇令(第二更)了信噪比,缩短了测定时间。

                  图8 Microdil 28激光拉曼微区探针结构示意图

                  为了消除初级像差,有的秒速快三用作为散射光的收集器,如图9所示。用物镜中心〖遮挡的方式,使激光束通过独立的光路到达样品。减少了透镜等光学元件引入的瑞利散射,并可消除色差。

                  图9 拉曼微区探针用的反射显微镜示意图

                  70年代中期,激光拉曼探针的出现,给微区分析注人活力。80年代以来,美国Spex秒速快三和英国雷尼绍秒速快三相继推出拉曼探针共焦激光拉曼光谱仪,由于采用了凹陷滤波器(notch filter)来过滤掉激发光,使杂】散光得到抑制,这样入射光的功率可以很低,灵敏度得到很大的提高。

                  所以,近年来,我们可以把拉曼微区探针(微区拉曼)的代表性技术理解为:激光共聚焦显微拉曼。

                  显微拉曼光谱仪就是把 拉曼光谱仪+标准的光学显微镜 耦合在一起。激发激光束通过显微镜聚焦为一个微小光斑,这就是显微的意思。这一光斑所在范围内的拉曼信号通过显微镜回到光谱仪,然后得到光谱信息。

                  但是仅仅给拉曼光谱仪添加显微镜并不能控制采集特定体积内样品的拉曼信号——要实现这个目标必须增加空间滤波器。共焦显微拉曼光谱仪可以实现在横向(XY平面内)以及纵向(Z 方向)的空间滤波功能,从而控制采集某特定体积内样品的拉曼信号。现在实现空间滤波的方法有几种,例如通过共聚焦针孔实现的真共焦以及通过狭缝实现的赝共焦等。真共焦设计在光路上安装完全可以调节的共焦针孔光阑,可以达到微米◤量级的纵向分辨率,可以逐层分析多层薄层样品,即可以在纵向进行拉曼切片。

                  优于该技术◆比较“科研级”,大家大都买国★外的。首先是雷尼绍的,如inVia Qontor;其次是Horiba的,如XploRA Plus。