конфокальный микроспектр Рамана

Рассеяние Рамана - это неупругое рассеяние,Для исследования.Кристаллическая решеткаиМолекулы的вибрацияМодель,вращениеСпектральная технология моделирования и других низкочастотных режимов в системе.Принцип такой, как на рисунке ниже.1Показано:

рисунок1 Диаграмма энергетических уровней молекулярного перехода. Различные энергетические переходы соответствуют различным сигналам Рамана. Толщина линии в основном указывает на силу сигнала.

Предположим, что молекула рассеяния находится в базовом состоянии, вибрационный уровень1Показано. При облучении молекул падающим светомМолекулярныйПоляризацияСкорость изменяется, что эквивалентно виртуальному поглощению фотонов молекулами.，Таким образом,Электронный переходдоВиртуальный уровень.(ВиртуальныеэнергетикагосударствоЭлектроны на виртуальном энергетическом уровнеПрямо сейчасПереход на нижний энергетический уровеньИ испускает фотоны.А именноРассеянный светА.Из них подавляющее большинствоРассеянный светКак и частота падающего света,То есть во время взаимодействия молекулы со светом не происходит передачи энергии, что является упругим рассеянием, называемым рассеянием Райли; В то время как очень малая часть рассеянного света перемещается с молекулой или решеткой, что приводит к изменению частоты рассеянного света, эта часть рассеяния называется рассеянием Рамана.В Рамане.СпектрСпектральные линии, частота которых меньше, чем частота падающего света, называются Стоксом.линияСпектральные линии, частота которых превышает частоту падающего света, называются антистоксовыми линиями.

Поскольку различные молекулы или группы атомов вибрируют одним способом, частота рассеянного света Рамана также специфична, поэтому спектр Рамана также называется“Молекулярные отпечатки пальцев"Спектр. Применение спектра Рамана очень широко, он может представлять информацию о химическом составе материала, химической структуре, фазе и морфологии, кристаллизации и молекулярных взаимодействиях, а также может получить информацию о примесях, напряжениях и температурах внутри кристалла.

По мере того, как размеры обнаруженных предметов в каждой из вышеупомянутых областей применения продолжают уменьшаться, особенно в микрон и даже нанометровом масштабе, анализ спектра Рамана требует улучшения пространственного разрешения, поэтому появилась технология конфокального микро - раманового спектрометрического обнаружения, которая сочетает в себе микроусиление микроскопа и конфокальные отверстияОграниченная функцияПространственное разрешение, обнаруженное Раманом, может быть увеличено до оптического дифракционного предела, то есть микрон или даже субмикрон. рисунок2Это типичный световой путь для конфокального микро - рамана.

рисунок2 конфокальная микро - рамановская спектральная схема

Комфокальный микро - рамановский спектр обеспечивает трехмерное разрешение и, помимо анализа образцов микронанометрового масштаба, может анализировать различные слои и интерфейсы в многослойных пленках, примеси или загрязняющие вещества под поверхностью прозрачного образца и так далее.

С помощью точечного или поверхностного сканированиякартографияФункция, которая позволяет реализовать два спектра РаманаВи илиТрехмерное изображение. Через извлечениекартографияИнформация о Рамане в каждой точке, изображение Рамана может отображать различные свойства материала(Состав, структура, фаза, полиморфизм, напряжение, кристаллизация)Пространственное распределение.

конфокальный микрораманСпектральное применение

1.Химическая областьА.

Химические связи и симметричные молекулыЧастота вибрации уникальна.Таким образом,спектр РаманаПредоставлениеВот так.Как молекулярная идентификацияВажные средстваК примеру,Сио, Си2О2,иСи3О3Частота вибрации может быть идентифицирована и указана в качестве основы для инфракрасной спектроскопии и ранжирования рамановской спектроскопииА.Размер, интенсивность и форма смещения Рамана являются важными основаниями для идентификации химических связей и функциональных групп. Используя поляризационные свойства, спектр Рамана также может служить основой для определения молекулярных изомеров. В каталитической химии спектр Рамана обеспечивает информацию о структуре катализатора и поверхностного вещества, а также анализ процесса подготовки катализатора в реальном времени. Спектр Рамана - это исследовательский электрод./Важный подход к структуре и свойствам интерфейса раствора позволяет углубляться в фундаментальные вопросы, такие как структура, адсорбция и реакция электрохимического интерфейса на молекулярном уровне, и применяется в таких областях, как электрокатализ, коррозия и гальваническое покрытие.

(Ссылки:Крайтсберги др.,Журнал источников энергии 282.(2015):294-298)

рисунок3 ЛиИонная батареяСиспектр Рамана на месте электрода в процессе зарядки и разрядки

В оценкеНаДиСПара примесей предшественникаВСмешиваниеНаАПСБСинтетические тениАВ середине, черезспектр РаманаМожно проанализироватьNa₂S-d в 481А498 см ⁻¹Появление полисульфидов (Na₂Sₓ) Характерные пики,Na₂S-c в 967、1005А1025 см ⁻¹ПоявлениеSOₓСоответствующая вершина,Na₂S-p в2560 см ⁻¹Есть слабые пики, указывающие на микровеличины. NaSH(Продукты восстановления полисульфидов в процессе очистки).207 см ⁻¹Есть. Na₂S пик сильных колебаний. Таким образом, в сочетании с другими технологиями можно сделать общий вывод о том, что:Na₂S-c В основном содержитSOₓпримеси,Na₂S-d Содержит полисульфиды и микроэлементыSOₓА,Na₂S-p Эти два типа примесей в основном отсутствуют, обеспечивая контролируемый предшественник чистоты для последующего изучения влияния различных примесей на синтез электролитов.（Ссылки:Феликс Шнаубельти др., Energy Mater. 2025, e03047)

рисунок4 Коммерческий анализ спектра Рамана Na₂S-cСухая обработка. Na₂S-dОчищенный. Na₂S-pСтруктура и распределение примесей

2.Безопасность пищевых продуктов

Спектроскопический метод Рамана использовался для обнаружения различных концентраций несырьевых жировых примесей в коровьем масле, включая растительные, минеральные и свиные жиры. в774 см− 1(Цепные алкильные углеводородыC-C/C-HСжатие),971 см− 1(CCHВнутренняя качка),1265 и 1656 см− 1(ШунRHC = CHRВибрация) характерная вершина Рамана может четко различать эти примеси.(Ссылки:Диниси др.,Контроль продуктов питания,2025,178,111481)

рисунок5 .Масло(КГ)Минеральные масла(МО)Пальмовое масло(ПО)Арахисовое масло(Gn0)Масло хлопковых семян(ОГО)И свиной жир.(ПБФ)Средний нормализованный спектр Рамана

Высокоточный, неразрушающий количественный мониторинг нитратов шпината в теплицах с помощью спектроскопии Рамана，В сочетании с химическими моделями из сложного спектра были извлечены характеристики, связанные с высокой концентрацией нитратов, что позволило быстро и точно количественно определить нитратыПредоставляет доступные решения для точного сельского хозяйства(Ссылки:Паолои др.,Журнал сельского хозяйства и продовольственных исследований,2025,21, Один.01839.)

рисунок6 Спектр Рамана на листьях шпината

Спектральные маркеры в определенном диапазоне, полученные из вибрационных режимов антоцианов и углеводов, могут точно различать синий цветКлюкваВ отличие от клубники, малины и ежевики,спектр РаманаЭто дает более глубокое понимание молекулярного состава этих ягод и закладывает прочную основу для будущих исследований в области безопасности пищевых продуктов и контроля качества.，Это быстрый, неразрушающий и недорогой метод оценки качества для пищевой промышленности.(Ссылки:Стивени др.,Журнал состава и анализа пищевых продуктов,2025,137:106898)

рисунок7 четыре видаИзвлечение образцов ягодспектр Морамана

3.Физика твердого телаА.

Характеристики сырья, измерение температуры и поиск образцовориентация кристаллаК примеру,Для разделения монокристаллов, поликристаллов и аморфных, расширение спектра Рамана может отображать массу кристалла, определяя конкретнуюФононный режимМониторинг осуществляется, может быть направлен против двухМатериалы измеренийОчень быстро определить его толщину и толщину.. Кроме того, спектр Рамана может контролировать твердостьТелоНизкочастотное возбуждение, напримерПлазмаМагнетоны и сверхпроводящие газы возбуждаются.черезСтокслинияипротивлиния СтоксаОтношение прочностиМожно узнать температуру решетки.А.（Ссылки:Биплаби др.,Приложение. Фис. Экспресс, 7, 022401 (2014))

рисунок8 Нитрид бора (БННТ) спектр Рамана, в котором температура решетки вычисляетсяE2gСоотношение прочности между линиями Стокса и антистокса.

4.Наука о жизни

Одноклеточный спектр Рамана может предоставить большой объем информации о содержании нуклеиновых кислот, белков и липидов в клетках и может динамически контролировать изменения клеточной структуры в реальном времени без повреждения клеток, что может быть применено к диагностике заболеваний на клеточном уровне (например, обнаружение раковых клеток), обработке клеточных лекарств, обнаружению одноклеточной жизнедеятельности и другим областям.(Ссылки:Фрейдигераи др.,Наука, 322, 1857 (2008))

рисунок9 Спектр вынужденного рассеяния Рамана в каплях жира в клетке и в области ядра клетки (слева) и индуцированное изображение Рамана (справа)А.

Помимо клеток животных, сополимеризация спектра ДжорданаПространственное распределение химического состава и структурные характеристики клеточных стенок в немаркированной и неразрушающей визуализации огурцов (корневых, стеблевых, листовых тканей)，На молекулярном и морфологическом уровняхМногомерная информация о сложных структурах клеточных стенок растений.1598, 1621, 1658 см ⁻¹Равнопозиционный пикДля лигнина,1092 см ⁻ ¹ (С-С, С-О)Сжимные колебания)и1337 см ⁻ ¹ (HCC, HCO)деформационные колебания)Пик указывает на то, что целлюлоза является основным компонентом клеточной стенки.А,1523, 1156, 1005 см ⁻¹Сильный пикзаКаротиноидыхарактеристический пик(Ссылки:Беуми др.,Растения 2018, 7, 7)

рисунок10 (А) Спектр Рамана, полученный в различных субзонах клеточной стенки корней, стеблей и листьев

лигнин、Целлюлоза、Похожие ХулоБузинИзображения Рамана в разных местах(В)корень(С)Стебель(D)лист

5.Полупроводники

Спектр Рамана может быть использован для анализа чистоты полупроводниковых материалов, анализа примесей, дефектов или загрязняющих веществ, изучения состава сплава, сверхрешётки или гетерогенной структуры в полупроводниковых соединениях, характеристик напряжения или деформацииРаспределение повреждений полупроводников после ионной инъекции, масса эпитаксиального слоя, компоненты, концентрация носителей и так далее.

рисунок11 одиночныйЗнОМикроскопическое изображение нано - кольца (слева), результат обычной визуализации Рамана (в середине) и результат поляризации Рамана (справа).

5.Анализ материалов

Рамановский спектр является мощным инструментом для изучения структуры материи в материаловедении,Структурный анализ различных пленок, например,одинкристаллБольшекристаллМикрокристалли аморфный кремний и борид аморфного кремния, гидрид аморфного кремния, алмазы,алмазИзогарбоуглеродные материалыи т. д.Может анализировать фазовую структуру высокотемпературных материалов и изучать квантово - размерные эффекты различных наноматериалов,Анализируйте молекулярную структуру и состав полимеров полимеров, стереоупорядоченность, ориентацию кристаллических и молекулярных цепочек, молекулярное взаимодействие и так далее.(Ссылки:Вани др.,Выберите. Мать. Экспресс, 10, 1092 (2020))

рисунок12ReS2Спектр Рамана молекулярной мембраны икартографияА.

Больше спектральных технологий Рамана:

1.резонансный спектр Рамана

Обычно энергия света, возбуждаемая спектром Рамана, не соответствует уровню поглощения молекулы или энергетической полосе в твердом теле, поэтому молекулярное поглощение возбужденных фотонов“А"Абсорбция, которая также относится к электронам, поглощающим фотоны в начале этой статьи“Состояние виртуальной энергии"Тем не менее, когда энергия возбуждения света приближается или совпадает с пиком поглощения электронов в измеримой молекуле, сила одной или нескольких характеристик этой молекулы в рамановой полосе может достигать нормальной рамановой полосы.104Более чем в два раза и наблюдались многоступенчатые или комбинированные спектры вибраций, которые трудно обнаружить в нормальном эффекте Рамана и интенсивность которых сопоставима с базовой частотой.обычныйРаман и резонанс усиливают принцип Рамана3Показано.(Ссылки:Луи др.,Технология. Рак Res. Лечить. 12（4),371 (2013))

рисунок13 Схема электронных переходов рассеяния Рамана.а)Обычное рассеяние Рамана; (b)резонансное рассеяние Рамана

рисунок14 Резонансный спектр Рамана нормальной и раковой ткани молочной железы (532 нмВозбуждение)

2. Расширенный спектр Рамана (СЕРС)

На некоторых специально подготовленных металлических поверхностях или растворах,Сигнал рассеяния Рамана адсорбционной молекулы значительно усиливается по сравнению с обычным сигналом рассеяния Рамана и делится на два основных типа механизмов:

（1Механизм усиления электромагнитного поля,В основном из - за поверхностного плазменного резонанса на поверхности металла.,Этот усиливающий эффект тесно связан с размером и формой металлических наночастиц и агрегационной структурой;

（2Механизм химического усиления, в основном отражающий свойства химического активного положения на поверхности наночастиц, тесно связан с формированием молекул зонда с поверхностью металла и ориентацией молекулярной адсорбции.

Улучшение поверхности Рамана преодолевает недостатки низкой чувствительности спектра Рамана, может получить структурную информацию, которую обычный спектр Рамана не может легко получить, широко используется в поверхностных исследованиях, исследованиях состояния поверхности интерфейса адсорбции, ориентации интерфейса и конфигурации молекул биомассы, исследованиях конфигурации, структурном анализе и т.д., может эффективно анализировать ориентацию адсорбции соединения на интерфейсе, изменения адсорбционного состояния, информацию интерфейса и т. Д.(Ссылки:Кубаи др.,Раман.Спектроск....49 (9), 1426 (2018))

рисунок15 Схема принципа рассеяния Рамана на поверхности.

рисунок16 Поверхность биомолекул в крови усиливает спектр Рамана, на котором показан спектр Рамана, измеренный биологическими молекулами на стеклянной основе, а на рисунке ниже показаны биомолекулы в нанометрахАгСпектр Рамана, измеренный на поверхности частиц.

3 спектр Рамана ближнего поля

По мере того, как оптическая технология ближнего поля созревает, микроскопическая система сканирования ближнего поля служит внешним световым путем, иРаманСпектрометры в сочетании образуют сверхразрешающее ближнее поле.РаманСистема спектрального анализа.

Раман ближнего поля может одновременно получать сверхразрешающую физическую и химическую информацию о образцах. Спектр Рамана представляет информацию о химической структуре образца, а морфологическая карта - физическую информацию образца. В сочетании с характеристиками оптического сканирующего микроскопа ближнего поля спектр Рамана может быть получен по точкам образца, а спектрограмма Рамана может быть сформирована на определенном числе волн.Возможно проведение исследований структуры вещества на мономолекулярном уровне.(Ссылки:Стейдтнераи др.,PRL, 100, 236101 (2008 год))

рисунок17 Схема конфигурации ближнего поля Рамана.

рисунок18БКБСпектр Рамана молекул, усиленных кончиками игл и без них.