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突破拉曼光谱的局限

通过一些简单的解决方案便可获得优质拉曼数据。使用SERS或TERS可增强拉曼散射的灵敏度和空间分辨率。

拉曼光谱是一种用于化学和结构表征的多功能分析技术。下文讨论了在拉曼分析过程中遇到的一些挑战和局限,并分享了相应的解决方案。我们还讨论了影响空间分辨率的因素。为了实现纳米级空间分辨率,我们可以使用针尖增强拉曼光谱 (TERS)。

拉曼光谱应用挑战和考虑因素

拉曼光谱虽有许多优点,但有时仍需要克服一些实际挑战。所有拉曼仪器上都会发生这些问题。我们提供的解决方案可帮助您充分发挥拉曼系统的理想性能。

以下是一些实用的解决方案和建议。

1.拉曼效应相对较弱
雷尼绍的拉曼系统采用高效光学设计和超灵敏探测器。

2.强荧光背底会掩盖拉曼谱带
当使用多激光系统时,您可切换至一个不同的激发波长。例如,从可见光切换至近红外激光(如785 nm),通常可以减低荧光强度,从而有助于生成具有清晰拉曼谱带的光谱。

3.许多样品表面凹凸不平
过去,对不均匀样品进行拉曼成像十分困难。现在,借助LiveTrack实时聚焦追踪技术,雷尼绍显微拉曼光谱仪可以在采集数据时自动保持聚焦。您可以轻松研究化学成分和结构如何随表面形貌而变化。

4.玻璃容器和显微镜盖玻片会掩盖样品的拉曼谱带
a.将玻璃显微镜盖玻片替换为不锈钢盖玻片。
b. 对于生物细胞,可以使用镜面抛光不锈钢、CaF2或MgF2显微镜盖玻片。
c. 用石英代替标准玻璃容器,石英在785 nm波长下产生的背底低于标准玻璃。

5.容器和衬底也会影响光谱
您可以控制inVia™共焦显微拉曼光谱仪Virsa™拉曼分析仪的共焦程度。将高数值孔径 (N.A.) 显微镜物镜与高度共焦仪器设置相结合,可大幅减少采样体积。这有助于消除来自衬底或容器物质的任何不需要的背底数据。

在分析透明容器中的块状样品时,您可以使用低数值孔径镜头聚焦到容器中。这是增强目标物质的拉曼信号,并尽量减少容器对光谱的干扰的另一种方法。

6.高激光功率会损坏样品
我们使用激光产生拉曼散射。拉曼信号与激光功率成正比,因此功率越大,通常信号越强。
然而,所有样品都有一个激光功率密度阈值,一旦超过该阈值,则可能会导致样品发生结构或化学变化。我们的解决方案如下:
a.高通量光谱仪设计;您可以用非常低的激光功率产生强拉曼信号。
b.激光功率由软件控制且可重复。这样,您就可以确定您的样品不会发生变化。
c.使用线聚焦模式将入射激光功率分散到较大样品区域上。使用inVia显微拉曼光谱仪RA802药物分析仪RA816生物分析仪均可实现这种解决方案。

7.WiRE™软件自动去除宇宙射线
宇宙射线是来自地球大气层以外的高能粒子。如果宇宙射线在数据采集过程中影响探测器,光谱中就会出现高强度尖峰。大面积拉曼图像中通常包含数千个宇宙射线伪影。

WiRE软件可以完全自动从包含多达5,000万个光谱的大面积拉曼图像中去除宇宙射线。然后我们可以自动运行数据分析工作流程,以生成可靠的结果。

拉曼图像的空间分辨率

以下因素决定着显微拉曼光谱仪的空间分辨率:

• 激光光斑尺寸
这是物镜数值孔径 (NA) 和激光波长的函数。简而言之,较高的数值孔径和较短的波长会产生较小的光斑尺寸。

• 样品上光谱采集点之间的间距(采样)
这是样品台的功能。雷尼绍的MS30高速光栅尺反馈平台具有较大的行程范围和低至50 nm的小步长。这些步长小于受衍射限制的最小激光光斑尺寸。

• 光谱仪中光学器件的放大倍数及CCD像元尺寸
它最终受限于光的固有波形本性,达到略小于微米级的水平。

显微镜物镜的衍射极限分辨率

用于计算给定显微镜物镜和激光波长的阿贝衍射极限光斑尺寸和理论横向分辨率极限的方程。

下载电子书:拉曼光谱详解

您是拉曼光谱初学者吗?您想要下载一份资料以便分享吗?我们的电子书可帮助您快速入门。我们的电子书涵盖许多基本概念和实用建议,包括:
  • 什么是拉曼效应?
  • 什么是拉曼光谱?
  • 拉曼成像能够告诉您什么?
  • 拉曼光谱的优势
  • 显微拉曼光谱仪的部件
  • 光致发光详解

表面增强拉曼散射 (SERS)

表面增强拉曼散射 (SERS) 可以增加吸附在SERS衬底上的分子的拉曼散射强度。SERS衬底可以是粗糙的金属表面或胶状金属纳米粒子。在某些情况下,信号增强幅度可超过109倍。您可以使用SERS检测浓度非常低的物质。因此,SERS是适用于生物传感或法医分析等领域的强大技术。

以下两种效应可使紧靠金属SERS衬底的分子的拉曼散射共振增强:

• 金属能够放大入射激光和射出的拉曼散射光的电场

• 金属能够改变被吸附分子中的电荷分布,从而产生更强的散射

针尖增强拉曼散射 (TERS)

针尖增强拉曼散射 (TERS) 是SERS的一种,它使用金属涂层针尖来增强拉曼信号。TERS技术可增强距针尖几纳米范围内分子的拉曼信号。这种方法可以分辨纳米级颗粒。与之相比,传统远场拉曼散射的衍射极限空间分辨率为 > 0.2 μm。

我们可以使用TERS进行超分辨率化学成像。通过比对分别使用和不使用针尖在样品表面采集的光谱,即可进行判断。TERS针尖通常安装在扫描探针显微镜 (SPM) 或原子力显微镜 (AFM) 上。雷尼绍的inVia显微拉曼光谱仪可以执行原位SPM/AFM测量,包括TERS。

雷尼绍的拉曼-SPM/AFM联用系统提供TERS选项。

石墨烯薄片的AFM图像,以及来自远场和TERS检测的拉曼光谱。

石墨烯薄片的AFM图像,以及来自远场和TERS检测的拉曼光谱。TERS拉曼光谱可以轻松分辨出微小区域的单层石墨烯。远场拉曼光谱具有更宽的2D谱带,显示出受到附近双层石墨烯的影响。

什么是拉曼光谱?

欢迎继续了解拉曼和光致发光 (PL) 光谱。我们将竭诚为您解答有关显微拉曼光谱技术、快速拉曼成像、数据分析、荧光和补充分析技术的各种问题。

拉曼光谱详解