Die Grenzen der Raman-Spektroskopie überwinden
Mit einigen einfachen Lösungen können Sie die besten Raman-Daten erhalten. Erwägen Sie den Einsatz von SERS oder TERS, um die Empfindlichkeit und räumliche Auflösung der Raman-Streuung zu verbessern.
Die Raman-Spektroskopie ist eine vielseitige Analysetechnik für die chemische und strukturelle Charakterisierung. Wir erörtern einige Herausforderungen und Nachteile, die bei der Raman-Analyse auftreten, sowie die Lösungen für diese Probleme. Wir erläutern zudem die Faktoren, die die räumliche Auflösung beeinflussen. Um eine räumliche Auflösung bis in den Nanometerbereich zu erreichen, können wir die spitzenverstärkte Raman-Spektroskopie (TERS) einsetzen.
Herausforderungen und Überlegungen bei der Anwendung der Raman-Spektroskopie
Die Raman-Spektroskopie bietet zwar viele Vorteile, aber manchmal müssen wir praktische Herausforderungen bewältigen. Dies gilt für alle Raman-Geräte. Mit unseren Lösungen können Sie die besten Ergebnisse mit Ihrem Raman-System erzielen.
Hier finden Sie einige praktische Lösungen und Ratschläge:
1. Der Raman-Effekt ist relativ schwach
Raman-Systeme von Renishaw verwenden ein hocheffizientes optisches Design und hochempfindliche Detektoren.
2. Stark fluoreszierende Untergründe können Raman-Banden verdecken
Durch den Einsatz eines Multilaser-Systems können Sie die Anregungswellenlänge wechseln. In der Regel lässt sich Fluoreszenz durch den Wechsel von einem Laser im sichtbaren Bereich zu einem Nahinfrarot-Laser (z. B. 785 nm) reduzieren. Dadurch steigt die Wahrscheinlichkeit, dass Sie Spektren mit klaren Raman-Banden erhalten.
3. Viele Probenoberflächen sind uneben
Früher war eine Raman-Bildgebung bei unebenen Proben schwierig. Mit der Fokusnachführungstechnologie LiveTrack können Raman-Mikroskope von Renishaws jetzt automatisch den Fokus beibehalten, während sie Daten erfassen. Sie können problemlos untersuchen, wie sich Chemie und Struktur mit der Topographie ändern.
4. Glasbehälter und Objektträger können die Raman-Banden Ihrer Proben verdecken
a. Ersetzen Sie Mikroskop-Objektträger aus Glas durch solche aus rostfreiem Stahl.
b. Für biologische Zellen können Sie Objektträger aus hochglanzpoliertem Edelstahl wie CaF2 oder MgF2 verwenden.
c. Ersetzen Sie Standard-Glasbehälter durch Quarzglas, das bei 785 nm einen schwächeren Untergrund erzeugt als Standardglas.
5. Behältnisse und Substrate können Ihr Spektrum beeinflussen
Sie können den Grad der Konfokalität auf dem konfokalen Raman-Mikroskop inVia™ und dem Virsa™ Raman-Analyser kontrollieren. Kombinieren Sie ein Mikroskopobjektiv mit hoher numerischer Apertur (N.A.) mit einer hochkonfokalen Geräteeinstellung, um das Probenahmevolumen zu minimieren. Dies trägt dazu bei, unerwünschten Untergrundbeiträgen von Substrat- oder Behältermaterialien entgegenzuwirken.
Um eine Schüttgutprobe in einem transparenten Behälter zu analysieren und im Gefäß zu fokussieren, können Sie eine Linse mit niedriger numerischer Apertur verwenden. Dies ist eine weitere Möglichkeit, das Raman-Signal des zu prüfenden Materials zu maximieren und die spektralen Beiträge des Behälters zu minimieren.
6. Proben können durch eine hohe Laserleistung beschädigt werden
Wir verwenden Laser, um Raman-Streuung zu erzeugen. Das Raman-Signal verhält sich proportional zur Laserleistung. Also erzeugt eine höhere Leistung in der Regel ein stärkeres Signal.
Jede Probe hat jedoch einen Schwellenwert für die Laserleistungsdichte, bei dessen Überschreitung strukturelle oder chemische Veränderungen auftreten können. Hier sind unsere Lösungen:
a. Hochdurchsatz-Spektrometerdesign; Sie können die stärksten Raman-Signale mit sehr niedrigen Laserleistungen erzeugen.
b. Die Laserleistung ist softwaregesteuert und wiederholbar. So können Sie sicher sein, dass sich Ihre Probe nicht verändert hat.
c. Verwenden Sie den Fokuslinien-Modus und verteilen Sie die einfallende Laserleistung auf einen größeren Bereich. Sie können dazu das inVia-Mikroskop, den pharmazeutischen Analyser RA802 und den biologischen Analyser RA816 verwenden.
7. Automatisches Entfernen von Merkmalen kosmischer Strahlung mit der WiRE™-Software
Kosmische Strahlung besteht aus hochenergetischen Teilchen, die von außerhalb der Erdatmosphäre kommen. Wenn während der Datenerfassung kosmische Strahlung auf einen Detektor trifft, erscheinen in den Spektren Spitzen hoher Intensität. Großflächige Raman-Bilder können oft Tausende von Artefakten enthalten, die auf kosmische Strahlung zurückzuführen sind.
Mithilfe der WiRE-Software kann die Entfernung kosmischer Strahlung aus großen Raman-Bildern, die bis zu 50 Millionen Spektren enthalten, komplett automatisiert werden. Anschließend können wir unseren Datenanalyseprozess automatisieren, um zuverlässige Ergebnisse zu erzielen.
Räumliche Auflösung eines Raman-Bildes
Die räumliche Auflösung eines Raman-Mikroskops hängt von einigen wenigen Faktoren ab:
• Brennfleckgröße des Lasers
Diese richtet sich nach der numerischen Apertur (N.A.) des Objektivs und der Laserwellenlänge. Kurzum erzeugen eine höhere numerische Apertur und kürzere Wellenlängen kleinere Brennflecken.
• Abstand zwischen den spektralen Messpunkten an der Probe (Probenahme)
Dieser richtet sich nach dem Objekttisch. Der High Speed Encoded Stage MS30 Objekttisch von Renishaw hat einen großen Verfahrbereich mit Schrittweiten bis zu 50 nm, die kleiner sind als der kleinste beugungsbegrenzte Laserbrennfleck.
• Vergrößerung der Optik im Spektrometer und Größe der CCD-Pixel.
Letztlich sind diese Faktoren durch die wellenförmige Eigenschaft des Lichts auf einen Bereich von etwas unter einem Mikrometer begrenzt.
Gleichungen zur Berechnung der beugungsbegrenzten Abbe-Brennfleckgröße und der theoretischen lateralen Auflösungsgrenze für ein bestimmtes Mikroskopobjektiv und eine bestimmte Licht-Wellenlänge
Wissenswertes über Raman-Spektroskopie
Neu auf dem Gebiet der Raman-Spektroskopie? Machen Sie sich schnell mit den Grundlagen der Raman-Analyse vertraut.
Oberflächenverstärkte Raman-Streuung (SERS)
Die oberflächenverstärkte Raman-Streuung (SERS) kann die Intensität der Raman-Streuung von Molekülen erhöhen, die auf SERS-Substraten absorbiert sind. SERS-Substrate können aufgeraute metallische Oberflächen oder kolloidale Metallnanopartikel sein. In manchen Fällen kann das Signal um mehr als das Milliardenfache verstärkt werden. Mit SERS können Sie sehr geringe Materialkonzentrationen nachweisen. Dies macht sie zu einer leistungsstarken Technik in Bereichen wie Biosensorik oder forensischer Analyse.
Die Resonanzverstärkung der Raman-Streuung von Molekülen in der Nähe des metallischen SERS-Substrats kann auf zwei Effekte zurückzuführen sein:
• Das Metall kann die elektrischen Felder des einfallenden Laserlichts und des abgestrahlten Raman-Streulichts verstärken
• Das Metall kann die Verteilung der Ladungen innerhalb der adsorbierten Moleküle verändern, was zu einer stärkeren Streuung führt
Spitzenverstärkte Raman-Streuung (TERS)
Die spitzenverstärkte Raman-Streuung (TERS) ist eine Form der SERS, die eine metallbeschichtete Spitze zur Verstärkung des Raman-Signals verwendet. Die TERS-Technik verstärkt das Raman-Signal von Molekülen, die sich in einem Abstand von wenigen Nanometern zur Spitze befinden. Mit dieser Methode können Partikel im Nanometerbereich aufgelöst werden. Zum Vergleich: Die beugungsbegrenzte räumliche Auflösung der herkömmlichen Raman-Streuung mit Fernfeldoptik beträgt > 0,2 μm.
Wir können die TERS für die hochauflösende chemische Bildgebung nutzen. Zu diesem Zweck vergleichen wir das Spektrum der Probenoberfläche mit und ohne Verwendung der Spitze. Die TERS-Spitze wird in der Regel an einem Rastersondenmikroskop (SPM) oder einem Rasterkraftmikroskop (AFM) installiert. Das inVia Raman-Mikroskop von Renishaw kann in-situ SPM/AFM-Messungen durchführen, einschließlich TERS.
Die Raman-SPM/AFM-Systemkombination von Renishaw ist mit TERS-Optionen erhältlich.
AFM-Bild einer Graphen-Flocke mit Raman-Spektren aus Fernfeld- und TERS-Messungen. Mit dem TERS-Raman-Spektrum lässt sich der kleine Bereich des Einzelschicht-Graphens leicht auflösen. Das Fernfeld-Raman-Spektrum zeigt eine breitere 2D-Bande, die einen gewissen Beitrag des nahe gelegenen Doppelschicht-Graphens zeigt.
Was ist Raman-Spektroskopie?
Erfahren Sie noch mehr über die Raman- und Photolumineszenz- (PL-)Spektroskopie. Wir beantworten Ihre Fragen zur Raman-Mikroskopie, schnellen Raman-Bildgebung, Datenauswertung, Fluoreszenz und zu begleitenden Analyseverfahren.
Wissenswertes über Raman-Spektroskopie