Лазерная рамановская микроскопия RAMANtouch
Недавно разработанные новые рамановские спектрометры позволяют получать высокое разрешение с использование объективов 10х и 20х. При этом самое высокое пространственное разрешение 350 нм достижимо с объективом 100х.
Наивысшее пространственное разрешениеДля получения самого высокого пространственного разрешения RAMANtouch оснастили специальной оптикой и высококачественным лазером TEM00. С длиной волны возбуждения 532 нм и объективом с числовой апертурой 0,90 NA RAMANtouch гарантирует пространственное разрешение 350 нм. Данные рамановского изображения флуоресцентных шариков диаметром 200 нм показаны справа. Профиль интенсивности вдоль пунктирной линии на рамановском изображении демонстрирует пространственное разрешение до 300 нм. Высокое пространственное разрешение также повышает чувствительность обнаружения крошечных объектов, которые меньше диаметра лазерного пятна. Таким образом, RAMANtouch способен обнаруживать мелкие частицы диаметром до 100 нм.
Рамановское изображение флуоресцентных шариков в плоскости XY
| Образец | Флуоресцентные шарики (Ø 200нм) |
| Длина волны лазера | 532 нм |
| Объектив | 100x N.А. = 1,4 |
Профиль интенсивности пика вдоль пунктирной линии
Применение:
Многослойные УНТ
RAMANtouch использует новые разработанные спектрометры с полностью компенсированной аберрацией, что значительно улучшает пространственное разрешение для объективов с увеличением 10х и 20х.
|
Рамановское изображение флуоресцентных шариков ( при 10х) |
Длина волны лазера | 532 нм |
| Объектив | 10x N.А. = 0,3 |
Поскольку RAMANtouch оснащен специальной конфокальной оптикой, высокое пространственное разрешение достигается даже по глубине z в образце. Данные ниже показывают сечение комбинационного рассеяния флуоресцентных шариков диаметром 200 нм. Профиль интенсивности демонстрирует пространственное разрешение 670 нм. RAMANtouch работает как идеальный инструмент для рамановского анализа поперечного сечения пленок и для измерения спектра комбинационного рассеяния скрытых инородных тел в матрице.
Рамановское изображение флуоресцентных шариков в плоскости XZ
| Образец | Флуоресцентные шарики (Ø 200нм) |
| Длина волны лазера | 532 нм |
| Об. линза | 100x N.А. = 1,4 |
Профиль интенсивности пика вдоль пунктирной линии
Применение:
Многослойные полимерные пленки
Конфокальная микроскопия - это метод оптической визуализации для увеличения оптического разрешения и контраста путем размещения конфокальной апертуры в конфокальной плоскости, с целью исключения попадание света за пределы фокуса. Если конфокальная часть микроскопа плохая, избыточные рамановские сигналы вне фокальной плоскости будут отображаться в качестве фона и влиять на такие измерения, как наблюдение за различными слоями в многослойных пленках или получение слабых сигналов образца при высокой чувствительности.
Рамановский анализ 100 нм частицы
Наивысшее пространственное разрешение и высокопроизводительная конфокальная оптика повышают чувствительность оборудования Nanophoton для обнаружения мельчайших частиц. Лазерный луч будет точно сфокусирован на центре частицы с помощью гальванометрического сканера, а надежный столик образца всегда обеспечивает точное расположение лазерного пятна во время измерений при длительной экспозиции. RAMANtouch создает спектр с высоким отношением сигнал/шум, который позволяет идентифицировать частицы путем поиска и сопоставления с библиотекой данных.
Рамановский спектроскопический анализ инородного вещества размером 100 нм Сверхбыстрое рамановское изображение при линейном освещении
Разработанный компанией Nanophoton специальный режим освещения значительно улучшил скорость формирования изображений комбинационного рассеяния, преобразовав точечные лазерные лучи в форму линий, покрыв тем самым большую площадь образца. Этот запатентованный тип линейной подсветки возбуждает рамановский рассеянный свет одновременно вдоль освещенной линией области, после чего она разделяется на 400 спектров большим количеством пикселей в ПЗС матрице.
В качестве одной из специализированных технологий Nanophoton, RAMANtouch был оснащен гальванометрическим сканером для быстрого и точного сканирования лазерным лучом. По сравнению с обычным моторизованным столиком, сканирование лазерным лучом выполняет в несколько сотен раз быстрее с точностью позиционирования до 10 нм. Это также дает преимущества в эксплуатации прибора, например, простое нажатие на микроскопическое изображение определит конкретную область измерения без каких-либо вибраций.
Точечная подсветка и сканирование лазерным лучом
Линейная подсветка и сканирование лазерным лучом
Существует долгое противоречие о том, искажает ли технология лазерного сканирования лазерное пятно, особенно на краю поля зрения. Однако использование самой современной оптики позволяет фокусировать лазерный луч перпендикулярно фокальной плоскости по всей области.
Улучшенная оптическая системаВсе оптические компоненты в RAMANtouch были тщательно проверены и обновлены с использованием новейших оптических материалов и технологий нанесения покрытий. Кроме того, компания Nanophoton разработала новый спектрограф и использует ПЗС матрицу высшего качества с самой высокой квантовой эффективностью, поэтому наша обновленная система RAMANtouch использует новую оптику с чувствительностью в 1,93 раза больше, чем у нашей предыдущей модели.
Как показано на графике ниже, чувствительность обнаружения RAMANtouch в 1,93 раза выше, чем у предыдущей модели при 100 см-1 с возбуждением 532 нм, и в 1,86 раза выше при 553 см-1 с возбуждением 785 нм.
«Отличное спектральное разрешение», «Высокая яркость», «Максимальная компактность». Чтобы удовлетворить вышеупомянутые тем требования, был разработан спектрограф с фокусным расстоянием 550 мм. Спектральное разрешение составляет приблизительно 1,2 см-1 (FWHM) при длине волны возбуждения 785 нм с решеткой 1200 реш/мм. Даже пики комбинационного рассеяния четыреххлористого углерода CCl4, которые используются для оценки спектрального разрешения, можно наблюдать соответственно на длинах волн возбуждения 532 нм и 785 нм.
Можно выбрать 3 решетки из следующих вариантов: 2400 реш/мм, которая имеет более высокое спектральное разрешение, 600 реш/мм, которая обеспечивает баланс между разрешением и диапазоном обнаружения спектра, и 150 реш/мм, которая полезна для измерений в широком диапазоне длин волн, таких как ФЛ и спектроскопия отражения. Одним щелчком мыши с помощью программного обеспечения можно просто переключать нужный тип решетки без каких-либо дополнительных настроек.
Рамановский спектр CCl4, полученный при возбуждении 532 нм.
Длина волны возбуждения 532 нм
Рамановский спектр CCl4, полученный при возбуждении 785 нм.
Длина волны возбуждения 785 нм
Решетки 1200 реш/мм
Спектральное разрешение - это способность разделять и обнаруживать 2 соседних рамановских пика. Спектральное разрешение прибора определяется различными факторами, такими как ширина линии лазера возбуждения и фокусное расстояние спектрографа, которые порой трудно изменить, а также ширина щели спектрографа, количество решетки и т.д. На рисунке ниже показаны спектры комбинационного рассеяния четыреххлористого углерода CCl4, полученные с использованием различных решеток. Чем выше управляющее число решетки, тем лучше будет спектральное разрешение.
Рамановский спектр CCl4, с решеткой 600 реш/мм.
Рамановский спектр CCl4 с решетки 2400 реш/мм.
Спектральное разрешение прибора оценивается по полной ширине на половине максимума (FWHM) рассеянного света Рэлея, то есть ширине линии возбуждения лазера (*1). Это связано с тем, что спектроскопия комбинационного рассеяния не может разрешить два соседних пика, присутствующих в пределах ширины линии возбуждения лазера. Спектральное разрешение RAMANtouch составляет 0,67 см-1 (стандартное значение) при использовании длины волны возбуждения 785 нм и решетки 1200 реш/мм. С другой стороны, пиксельное разрешение спектра, которое является интервалом дискретизации спектра, составляет приблизительно 0,4 см-1/пиксель.
Спектральное разрешение FWHM рассеянного света Рэлея.
Пиксельное спектральное разрешение.
Пиксельное спектральное разрешение отличается от спектрального разрешения, поскольку оно не позволяет разделить и обнаружить 2 соседних комбинационных пика. На это нужно обращать внимание, так как некоторые производители обозначают свое разрешение в пикселях спектра как «спектральное разрешение».
(*1) Это включает в себя увеличение ширины линии, полученной из прибора.
Для анализа большого количества данных высококачественных рамановских изображений требуется советующее программное обеспечение. Компания Nanophoton представляет программное обеспечение, которое оснащено высокоскоростной обработкой данных и различными аналитическими функциями для проведения анализа изображений. Описание некоторых функций представлены ниже.
Функция измерения
ZTrack - это функция измерения, которая распознает форму поверхности образца по оптическому микроскопическому изображению и выполняет рамановское сканирование вдоль формы поверхности. Даже с образцами, которые имели шероховатость поверхности, можно получить четкие без размытия рамановские изображения. Изображения оптического микроскопа и рамановские изображения могут отображаться в соответствии с формой поверхности, а также может быть проверена взаимосвязь распределения материала с шероховатостью.
С помощью функции AreaFlash, сканирования по линии с высокой скоростью в вертикальном направлении, можно получить усредненный спектр за одну экспозицию. В дополнение к широкой области измерения, 400 спектров интегрируются в единый спектр, что позволяет получать данные с большой чувствительностью. Используя функцию AreaFlash, вы можете сравнивать средние спектры между образцами и легко отслеживать изменения в спектре во времени.
измерения широкого спектра спектрального картографирования можно реализовать с высокой скоростью за счет комбинации моторизованного столика и функции AreaFlash. Поскольку сложно измерить широкую область без пробелов только с помощью одного моторизированного столика, весь образец можно измерить без пробелов комбинируя с лазерным сканированием. Функция AreaFlash обеспечивает получения чувствительных спектров за в короткое время даже в широком диапазоне.
Пример широкопольного освещения для таблетки. Размер пикселя составляет около 400 мкм, 20 х 20 пикселей.
Функция VolumeRaman предназначена для измерения среднего спектра 6 ? 6 мм за одно сканирования лазером по линии на высокой скорости для объектива с небольшой числовой апертурой NA (0,04). Для таблеток диффузионный эффект может обеспечить получения информации по глубине около 0,5 мм и по площади около 18 мм 3.
RAMANtouch имеет внутренний эталонный образец для калибровки. Измеряя эталонный образец с помощью лазерного сканирования, калибровка волнового числа может быть выполнена без размещения калибровочного образца на столике. Поскольку калибровка волнового числа может быть выполнена даже во время измерения, можно исправить небольшие изменения в положении пика из-за изменений комнатной температуры во время измерения путем измерения спектра эталонного образца через заданные интервалы. Это особенно хорошо работает для длительных измерений.
Данная функция запатентована.
Иллюстрация 3D Рамановской визуализации
3D рамановское изображение сердцевины и оболочки прозрачного волокна
Применение:
3D рамановская визуализация волокон
RAMANtouch обладает совершенно новой способностью создания рамановских изображений с широким полем обзора (FOV). Данная функция автоматически измеряет высоту поверхности образца при захвате микроскопического изображения с широким полем зрения и позволяет измерять широкое рамановское изображение с автофокусировкой. Как показывают изображения справа, хорошо сфокусированное рамановское изображение может быть получено со всей поверхности изогнутой таблетки.
Изображение широким полем обзора
изогнутой поверхности таблетки.
Эта функция обнаруживает частицы на микроскопическом изображении, а рамановские измерения автоматически выполняются с быстрой автофокусировкой. Используя нашу быструю и точную технологию сканирования лазерным лучом, компания Nanophoton разработала три различных режима измерения: «автоматическое измерение точки в центре каждой частицы», «автоматическое сканирование всей поверхности каждой частицы для получения усредненного спектра» и «автоматическое рамановское картирование» каждой частицы с произвольным шагом сканирования». Обнаруженные спектры автоматически идентифицируются при измерении с использованием поиска спектра в режиме реального времени. Измерение и анализ в соответствии с размерами классов, определенных ISO 16232, также возможно.
Автоматическое обнаружение частиц
на микроскопическом изображении.
Три полезных режима измерения.
Построчная визуализация сканирует образец, пропуская несколько пикселей, чтобы быстро получить грубое рамановское изображение, затем продолжает сканировать остальные, пока рамановское изображение становится все более и более точным. Этот режим будет лучшим режимом сканирования для быстрого обзора распределения компонентов.
Эта функция предназначена для получения количественного анализа дисперсности компонентов, таких как однородность, агрегационные состояния и локальность в рамановском изображении. Эти исследования можно выполнять под любым возможным углом, подсчитывая количество контуров частиц вдоль оси оценки, такой как (X и Y) или (r и ?), или вычисляя стандартное отклонение числа частиц в макете (сетка или диаграмма Ворона).
Это функция генерирует рамановское изображение при автоматическом распознавании пиков, содержащиеся в рамановском изображении. Изменяя количество компонентов, которые вы хотите отобразить на экране настроек, вы можете легко создать рамановское изображение даже для начинающих, поскольку они отображаются из компонентов с большой интенсивностью рамановского пика. Кроме того, эта функция полезна, когда вы не знаете заранее положение пика из неизвестных образцов или материалов или при поиске слабых пиков.
Это функция для вывода данных в подготовленный заранее шаблона файла PowerPoint.
- Рамановское изображение
- Спектр
- Условие измерения
Необходимые данные можно разместить на слайде одним щелчком мыши. После этого вы можете вносить точные изменения в PowerPoint и создавать отчеты за короткое время.
Это функция предназначена для выполнения зарегистрированной функции анализа за один раз. Ряд данных может быть легко выполнен для данных, которым были определены процедуры анализа.
Данная функция позволяет создавать рамановское изображение, показывающее распределение нескольких компонентов, и рассчитывать долю каждого компонента. Оно рассчитывает исходя из предположения, что для каждого пикселя существует только один компонент. Существует также метод оценки с использованием анализа линейных сумм методом наименьших квадратов, который описан ниже.
Оценка распределения и соотношения компонентов, присутствующих на поверхности таблетки.
Статистический анализ размеров частиц для конкретного компонента может быть проведен по рамановскому изображению. Приближение частицы к овалу и распределение по размеру позволяет показать на гистограмме количество, площадь и объем. Также могут быть рассчитаны статистические данные (максимум, минимум, среднее значение, стандартное отклонение и т.д.).
Анализ размера частиц API в таблетке.
Сначала извлеките ортогональные спектры из комбинационного изображения и разместите их в порядке убывания вклада. Восстанавливая рамановское изображение после удаления спектров с низким коэффициентом вклада (то есть снижения шума), можно получить четкое рамановское изображение, состоящее из спектров с высоким отношением сигнал/шум, даже если отношение сигнал/шум необработанных данных не является оптимальным.
Данная функция позволяет представить неизвестный спектр линейной комбинацией известных спектров исходного материала и рассчитать интенсивность известных спектров методом наименьших квадратов. Количественная оценка состава применима с использованием необработанных спектров, полученных при тех же условиях измерения.
Метод разрешение многомерной кривой экстраполирует спектры компонентов, предполагая, что неизвестный спектр может быть выражен путем линейного объединения конечного числа спектров компонентов (N) и что как интенсивность спектра, так и концентрация каждого компонента имеют неотрицательные значения. Методы ALS (чередование наименьших квадратов), который обеспечивает быстрый расчет, и метод MUR (правило мультипликативного обновления), который гарантирует сходимость, установлены и доступны базовом ПО.
Многие производители рамановских микроскопов рекламируют наличие инструментов для выравнивания оптической оси и наличие функций автоматической регулировки. Это означает, что такие производители предлагают не полностью идеальные устройства, в котором оптическая ось смещается и требует регулярную подстройку. Сама концепция регулировки оптической оси не существует, если вы используете лазерные микроскопы компании Nanophoton.
Максимальна производительность без обслуживанияБольшинство производителей рамановских микроскопов постоянно напоминают пользователям о необходимости юстировки оптической оси при использовании их приборов. Это указывает на то, что оптическая ось будет отклоняться в течение короткого периода использования прибора, даже после 1 дня использования, и производительность будет резко ухудшаться. Это проблема обусловлена плохо разработанной оптикой в приборах.
Инженеры компании Nanophoton знакомы с факторами, которые вызывают отклонения в оптической оси. Устраняя эти основные причины, можно разработать стабильную оптику, которая вряд ли повлияет на ее производительность и избавит пользователей от ежедневной регулировки оптической оси.
Как насчет долгосрочной стабильности, которая длится от нескольких месяцев до нескольких лет? По нашему опыту, стабильность RAMANtouch увеличивается со временем и достигает равновесия через 3 месяца с момента поставки и запуска оборудования.
Даже небольшое смещение будет исправлено на 3-м месяце обслуживания, и после этого всегда ожидается оптимальная производительность для всех пользователей. Дальнейшие регулировки не требуются, так как оптическая ось останется стабильной после ежегодной проверки. Размер блока RAMANtouch компактный. Этот корпус улучшает устойчивость оптической оси к незначительным изменениям температуры окружающей среды и стабилизирует любые спектральные измерения.
Новая прочная конструкция блока уменьшает дрейф столикаЛюбой дрейф столика во время измерения делает рамановское изображение размытым и разрушает на нет любое высокое пространственное разрешение. RAMANtouch имеет ровную разработанную прочную конструкцию внутри корпуса, благодаря которой дрейф столика поддерживается в пределах только 50 нм при изменении температуры в помещении на 1°С. Таким образом, RAMANtouch сохраняет стабильной лазерную фокусировку во время измерения изображения и всегда показывает самое высокое пространственное разрешение.
Изменение высоты столика, вызванное изменением комнатной температуры
| Спецификация | |
|---|---|
| Длинаволны лазера | 325нм, 355 нм, 405 нм, 457 нм, 488 нм, 532 нм, 633 нм, 671 нм, 785 нм. |
| Лазерноеосвещение | Точечное / Линейное |
| Фокусноерасстояние спектрографа | 550мм |
| Решетка | 150, 300, 600, 1200, 1800, 2400реш/мм (максимум 3 решетки) |
| Детекторс TE-охлаждением | CCD 1340 × 400 пикселей |
| Микроскоп | Прямой / Инвертированный |
| Размер | Ш820 × Г646 / 573 * × В443 мм (*размер базовой модели) |
| Вес | 70кг |
| Производительность | |
| Пространственноеразрешение (X/Y/Z) | 350 нм / 500 нм / 1000 нм (при 532нм, 100x 0,90NA) |
| Спектральныйдиапазон | 100 см-1 (опция: ～50 см-1) |
| Спектральноеразрешение (FWHM) | 1,2 см-1 (при 785 нм ×1200 реш/мм) |
| Спектральноепиксельное разрешение | 0,4 см-1/пиксель (при785 нм × 1200 реш/ мм) |
| Точностьположения пика | 0,1 см-1 (при 532 нм,2400 реш/ мм) |
| Опции | -База данных -Столик нагрева / охлаждения - Моторизованный столик для наблюдения в широком поле - Простая поляризованная функция рамановского анализа - Высокоточнаяфункция измерения пикового сдвига - Функцияизмерения низкого волнового числа - Спектроскопиярассеяния |
