Рамановская спектроскопия

Облучаемый свет должен иметь стабильную длину волны. Так какую длину волны выбрать?
RAMANtouch выбрал длину волны 532 нм по умолчанию. Производительность и цена стабильны при использовании твердого лазера. Чем короче длина волны источника света, тем выше эффективность комбинационного рассеяния и выше пространственное разрешение, но он более восприимчив к флуоресценции. При работе с образцами для которых флуоресценция не имеет значения и предпочтительны короткие длины волн, можно выбрать 488 нм, 405 нм и т.д. Если вы хотите получить информацию только о поверхности кремния, вы можете выбрать ультрафиолетовый лазер с малой глубиной проникновения в образец.
С другой стороны, при 532 нм измерение может быть затруднено из-за влияния флуоресценции. Лазеры с более длинными длинами волн 671 нм и 785 нм являются опцией. В дополнение к проблеме флуоресценции, существуют также области, где требуется много разных длин волн, такие как исследование углеродных нанотрубок. Поскольку оптический дизайн и оптические компоненты различаются в зависимости от длины волны, необходимо тщательно выбирать, какая длина волны является гарантированной производительностью и является ли она характеристикой на других длинах волн, в случае если на одной машине установлены несколько длин волн. Кроме того, при использовании ближней инфракрасной области 1000 нм или более необходимо соответствующим образом комбинировать специальный детектор

Тип решетки в спектрометре и фокусное расстояние связаны с производительностью. Дифракционная решетка предназначена для отделения комбинационного рассеянного света, генерируемого образцом для каждой длины волны. Для этого на поверхности формируют тонкие канавки. Как правило, число канавок на 1 мм описывается как 600 реш/мм, 2400 реш/мм и т.д. По мере увеличения числа канавок разрешение по волновому числу увеличивается. Но нужно учитывать то, что при этом диапазон волновых чисел, который может быть рассредоточен за один раз, сужается, и становится трудно обнаруживать слабые сигналы. Кроме того, необходимо учитывать комбинацию с диапазоном длин волн, который необходимо рассеивать. Чем длиннее фокусное расстояние спектрометра, тем лучше спектральные характеристики.

ПЗС-детекторы с электрическим охлаждением подходят в большинстве случаев. Существует два типа ПЗС с электрическим охлаждением: тип с фронтальной засветкой и тип с задней засветкой, а квантовая эффективность типа с задней засветкой на несколько десятков процентов выше, чем у типа с фронтальной засветкой. При использовании длины волны 1000 нм или более в качестве источника света используется детектор InGaAs. Для ПЗС-камер чувствительность обнаружения изменяется в зависимости от квантовой эффективности в диапазоне длин волн. Если вы покупаете рамановский микроскоп с несколькими длинами волн, вам необходимо обратить внимание на квантовую эффективность ПЗС детектора.
Некоторые производители недавно предложили EMCCD детекторы с коротким временем передачи данных. Обычно при измерении спектра комбинационного рассеяния с помощью ПЗС матрицы фактическим временем измерения является время воздействия лазера плюс время передачи данных. EMCCD матрица характеризуется тем, что это время передачи данных короткое, и в секунду можно прочитать больше спектра, чем в ПЗС. Однако время экспозиции, необходимое для спектроскопического измерения комбинационного рассеяния, обычно составляет от нескольких секунд до нескольких десятков секунд, а в некоторых случаях это может занять несколько минут, а отношение времени передачи данных к общему времени измерения чрезвычайно мало. EMCCD, как правило, более шумный и слабый, чем ПЗС, поэтому при рассмотрении вопроса об установке EMCCD необходимо тщательно обдумать, какое преимущество он имеет для вас по сравнению с ПЗС.

В рамановском микроскопе свет, излучаемый объективом микроскопа, сужается. Тип микроскопа, как правило, прямой, но в зависимости от области, такой как наблюдение за клетками, микроскоп вертикального типа комбинируется на инвертированный. Поскольку числовая апертура (N.A.) объектива влияет на пространственное разрешение, пожалуйста, обратите внимание не только на увеличение, но и на это числовое значение N.A. Высокое пространственное разрешение также полезно для детального обнаружения мелких компонентов.
В дополнение к NA, в зависимости от применения существуют различные варианты объектива, например, иммерсионный объектив, который позволяет наблюдать клетки в воде и увеличивает NA, используя масло с высоким показателем преломления. Кроме того, есть объектив со корректирующим кольцом, который позволяет наблюдать за образцом через покровное стекло толщиной около 1 мм.

Установленный на микроскопе столик образца может включать ручное, механическое перемещение, моторизированное перемещение с электрическим приводом и пьезо-перемещение. Существуют две основные цели операции со столиком: поиск части образца, подлежащей наблюдению, и сканирование для получения изображений комбинационного рассеяния. Ручной перемещение удобно для выбора области наблюдения, но может потребоваться и моторизированное перемещение, например, при регулярном выборе места наблюдения и автоматическом выполнении измерения.
Точность сканирования моторизованного столика обычно достаточна для сканирования и получения комбинационного рассеяния. Согласно теореме Найквиста, исходная информация будет сохранена при измерении с шагом сканирования r/2 [нм], который составляет половину пространственного разрешения r [нм] в микроскопе. Пространственное разрешение рамановского микроскопа составляет около 300 нм при использовании лазера 532 нм и объектива с объективом 0,90 NA, поэтому можно сказать, что точность сканирования 100 нм моторизированного столика достаточна.
Все больше производителей применяют метод сканирования лазерным лучом, который имеет высокую точность и скорость по сравнению с моторизированным столиком.