Raman

拉曼技术

RamanPrinciple

拉曼效应是基于光与物质内化学键或晶格之间的相互作用。由于化学键/晶格振动与光子的相互作用发生非弹性散射,导致激发光能量损失或增加,即为拉曼位移和拉曼光谱。每种化学成分的拉曼光谱都是独一无二的,即被称为分子的指纹信息, 通过拉曼光谱可对材料进行定性和定量研究分析。

拉曼光谱

  • 提供材料的分子指纹信息”。
  • 非侵入性、非破坏性

  • 无需特殊样品处理

  • 对水不敏感,可在水溶液中直接测试

  • 可用于拉曼成像

共聚焦拉曼成像

WTC RAMAN 504x257

共聚焦拉曼显微镜方法是高分辨率拉曼成像技术,可广泛用于材料化学成分的表征与分析。固体和液体成分的化学信息可实现衍射受限的空间分辨, 即分辨率为激发波长的一半,低至 200 nm。无需任何标记或特殊样品制备技术。拉曼图像可以获得样品内所含的化学化合物及其空间分布信息。

WITec 拉曼显微镜与成像系统将极其灵敏的共聚焦显微镜与超高光通量光谱系统进行结合,实现了空前的化学灵敏度,且具有速度、灵敏度和分辨率三者同时实现的出色性能。

3D 拉曼成像和深度剖析

3D 空间扫描和深度剖析在分析物体空间尺寸或整个样品特定化合物分布时非常有用。

WITec 共聚焦显微镜系统具有最佳的共聚焦性, 衍射极限的纵向分辨率,且大大减少了的背景信号,非常有助于深度剖析并生成 3D 图像。 同时具有出色的光谱和空间分辨率。通过点激光的逐点扫描记录所有像素上的完整光谱,并生成深度剖析或 3D 拉曼图像。

WITec 3DRaman FluidInclusion

石榴石中液相包裹体的 3D 共聚焦拉曼图像(红色:石榴石,蓝色:水,绿色:方解石,青绿色:云母)。扫描范围:60 μm x 60 μm x 30 μm。

WITec Raman DepthProfile

多层结构聚合物涂层的拉曼深度剖析图(X-Z 方向)以及所对应的拉曼光谱。

扫描范围:50 μm x 100 μm,200 x 200 像素,24 000 光谱,每光谱采集时间:50 ms。

WITec 3DRaman Emulsion

乳状液的彩色编码 3D 共聚焦拉曼图像:油(绿色)、烷烃(红紫色)和水(蓝色)。 扫描范围:30 µm x 30 µm x 11.5 µm,150 x 150 x 23 像素,517,500 单个拉曼光谱,总采集时间:23 分钟。

超快拉曼成像

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通过超快拉曼成像,可在几分钟内采集完整的拉曼图像。换言之,单个拉曼光谱的采集时间可以低至 760 微秒,每秒钟可采集 1300 拉曼光谱。

通过超快拉曼成像,可在几分钟内采集完整的拉曼图像。换言之,单个拉曼光谱的采集时间可以低至 760 微秒,每秒钟可采集 1300 拉曼光谱。

最新EMCCD光谱探测器与高通量光学共聚焦拉曼成像系统的结合是超快拉曼成像提升的关键,同时极短测量时间及较低激光功率的测量条件非常有利于易损敏感或贵重的样品(如活体)拉曼光谱及成像测量。快速动态过程的拉曼时间分辨也可因超快的光谱采集速度而受益。

优势:

  • 总实验时间减少,同时在给定时间内提供更多有价值的数据,从而降低使用成本。
  • 可实现对测量时间有严格要求的标准拉曼成像。
  • 非常适合对要求激发功率极低的易损敏感或贵重样品的拉曼分析。
  • 时间分辨拉曼测量,可允许快速动态过程的研究(时间序列光谱或图像)。

WITec 提供的基于拉曼联用分析技术

WITec 系统的模块化设计可将不同的成像技术融于一台仪器中,如拉曼成像、荧光、明暗场照明、原子力显微镜 (AFM) 以及近场光学显微镜(SNOM 或 NSOM),从而进行更全面的样品分析。通过旋转物镜轮塔,可在不同模式之间轻松切换。

拉曼和 AFM

通过将共聚焦拉曼成像与 AFM 结合,可以很容易地将样品的化学性质与表面形貌结构对应起来。WITec推出的拉曼-AFM的联用显微镜通过这两种互补技术,可以实现灵活、全面的样品表征与分析。

WITec Raman AFM polymer blend cleavage

WITec 拉曼-AFM 联用显微镜在同一样品区进行共混聚合物拉曼成像(左)和 AFM 成像(右)。

拉曼和 SNOM

拉曼光谱分析技术与 SNOM的联用,实现超越衍射极限的光学与拉曼成像, 提供更全面的材料信息,使得突破或攻克最前沿的科学实验成为可能。

 

拉曼和 SEM

拉曼-SEM 结合是全新的联用显微镜技术。SEM 获得纳米级超高分辨率的样品形貌图像可以与同一样品区的化学拉曼成像关一一对应起来。

Diorite RamanSEM

RISE联用显微镜在地质方面的应用:地质样品的拉曼-SEM叠加图像。

超衍射极限的高分辨拉曼成像

WITec 共聚焦拉曼成像系统提供的空间分辨率在横向低至 200 nm,纵向为 780 nm。随着纳米科技的发展,某些特殊应用要求拉曼信息的分辨率低于衍射极限 (< 200 nm), 目前共聚焦空间分辨率无法满足。WITec 显微镜系统非常适合于上述目的,因为它们能够将多种显微镜技术融于一台显微镜装置中,克服了光学衍射极限。

Nearfield Raman WorkingPrinciple

近场拉曼成像

近场拉曼成像是将化学拉曼信息与高分辨率扫描近场光学显微镜 (SNOM) 结合在一起的出色的显微镜技术。近场拉曼可以采集完整的近场拉曼图像,通常情况下,可实现低于 100 nm 的横向分辨率。

WITec 拉曼-SNOM 显微镜将高光通量光谱系统与高效的悬臂式 SNOM 技术联合起来,在单个显微镜同时实现无与伦比的灵敏度与超高分辨率的成像质量。

 

原理

激发激光通过 SNOM 针尖聚焦,在孔的附近产生“近场”(消逝场)。当样品非常靠近探针时, 通过样品台逐点逐行扫描来探测透射拉曼光谱,以生成高光谱图像. 透射光的空间分辨率仅受探针孔径的限制,可达到< 100 nm的近场光学分辨率。采用 与AFM 接触模式相同的稳定激光反馈系统,可以确保悬臂始终与样品接触。同时该测量过程中样品表面的形貌形貌会同步记录下来。

针尖增强拉曼光谱TERS

针尖增强拉曼光谱 (TERS) 使化学信息的横向分辨率突破光学衍射极限。TERS 测量技术是表面增强拉曼散射 (SERS) 与扫描探针显微镜 (SPM) 技术的结合,如原子力显微镜 (AFM)。WITec独特的显微镜系统将拉曼和 AFM 技术融于一台仪器上,非常适合于 TERS 实验。

 

TERS 效应被认为是基于局域电场增强的表面等离子体共振与共振拉曼的化学增强效应。为了获得 TERS 效应,贵金属蒸镀的 AFM 探针针尖可用作纳米结构,将激光聚焦到探针针尖,以增强靠近针尖附近的分子拉曼信号。一般来说,TERS横向分辨率取决于针尖的大小 (10–20 nm)。TERS 效应被认为是基于针尖的表面等离子体共振引起局域增强,该电场局域分布在针尖尖端范围内,等离子体共振与化学共振效应使得拉曼信号大大增强。常见的TERS针尖照明方式有上面、下面或侧面。

通常可从上面、下面或侧面施加 TERS 针尖照明。WITec 显微镜系统提供所有激发方法的光路几何形状:倒置显微镜适合于在透明样品上进行 TERS 实验,而正置显微镜和侧面照明支持不透明样品的 TERS 测量。

TERS 应用示例可从以下文献中找到:

G. Rusciano et al., Nanoscale Chemical Imaging of Bacillus subtilis Spores by Combining Tip-Enhanced Raman Scattering and Advanced Statistical Tools. ACS nano 8, 12300-12309 (2014).

A. Weber-Bargioni et al., Hyperspectral Nanoscale Imaging on Dielectric Substrates with Coaxial Optical Antenna Scan Probes. Nano letters 11, 1201-1207 (2011).

 

 

 

Raman TERS Principle

WITec Raman Imaging Systems

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