Microscopía confocal Raman spectro

La dispersión de Raman pertenece a una dispersión inelástica,Se utiliza para estudiarCelosíaYMoléculasDeVibraciónModo,rotaciónUna técnica espectral del modo y otros modos de baja frecuencia en un sistema.Su principio se muestra en la siguiente imagen.1Se muestra:

Imagen1 Mapa de niveles de energía de transición molecular. Diferentes saltos de nivel de energía corresponden a diferentes señales raman. El grosor de la línea indica aproximadamente la fuerza de la señal.

Suponiendo que la molécula dispersa esté originalmente en el Estado del suelo, el nivel de energía vibrante se muestra en la imagen.1Se muestra. La acción de la luminiscencia con las moléculas cuando la luz incidente irradia las moléculasNumeradorPolarizaciónEl cambio de la tasa equivale a la absorción virtual de fotones por las moléculas.，De esta maneraSalto electrónicoAUn nivel de energía virtual()Virtualesenergíaestado), electrones en el nivel de energía virtualInmediatoSaltar al nivel inferior de energíaY emite fotones, es decirLuz dispersa.De ellos, la mayoríaLuz dispersaLa misma frecuencia que la luz incidente,Es decir, en el proceso de interacción entre la molécula y la luz, no se produce ninguna transferencia de energía, que es la dispersión elástica, llamada dispersión de rayleigh; Y hay una pequeña parte de la luz dispersa, que se transfiere energía con moléculas o celosías, lo que provoca un cambio en la frecuencia de la luz dispersa, que se llama dispersión raman.. en la ManchaEspectroEn, también se llama Stokes la Línea espectral con una frecuencia inferior a la frecuencia de la luz incidente.líneaY la Línea espectral con una frecuencia mayor que la frecuencia de la luz incidente se llama línea anti - stokes.

Debido a que el modo de vibración de diferentes moléculas o grupos atómicos es uno, su frecuencia de dispersión de la luz Raman también es específica, por lo que el espectro Raman también se llama“Huellas dactilares moleculares",Espectro. La aplicación de la espectrometría Raman es muy amplia, puede caracterizar la composición química del material, la estructura química, la fase y la morfología, la cristalinidad y la información de interacción molecular, además de obtener información sobre impurezas, tensiones y temperaturas en el cristal.

A medida que el tamaño de los objetos probados en las diversas áreas de aplicación mencionadas se reduce constantemente, especialmente al entrar en la escala de micras o incluso nanómetros, el análisis del espectro Raman requiere mejorar su resolución espacial, por lo que surgió la tecnología de detección del espectro Raman micro - confocal, que combina la función de microgravedad del microscopio y el agujero confocal.Función de límite de dominioSe puede aumentar la resolución espacial de la detección Raman al límite de difracción óptica, es decir, la magnitud de micras o incluso submicrones. Imagen2Es un diagrama esquemático típico del Camino óptico de la micro - Raman de confocal.

Imagen2 Esquema del espectro Raman de la microscopía confocal

La espectrometría confocal micro Raman puede lograr una resolución tridimensional, además de ser capaz de analizar muestras a escala micro - nanométrica, también puede analizar diferentes capas e interfaces en películas multicapa, impurezas o contaminantes bajo la superficie de muestras transparentes, etc.

A través de un escaneo de puntos o un escaneo facialmapeoFunción, capaz de lograr la segunda parte del espectro RamanVictoria oImágenes tridimensionales. A través de la extracciónmapeoInformación de Raman en cada punto de la imagen de Raman puede mostrar una variedad de atributos de material(Composición, estructura, fase, morfología múltiple, estrés, cristalinidad(...)Distribución espacial.

Micromicroscopia confocal RamanAplicaciones espectrales

1.Campo químico:

Enlaces químicos y moléculas simétricasLas frecuencias de vibración son específicas., por lo tantoEspectro RamanproporcionarYa está.Como identificación molecularMedios importantes. por ejemplo,SiO, Si2El O2,ySi3El O3Las frecuencias de vibración se pueden identificar y yuxtapuestas como base para el análisis de coordinación de la espectrometría infrarroja y la espectrometría raman..El tamaño, la intensidad y la forma del pico Raman del desplazamiento Raman son una base importante para identificar enlaces químicos y grupos funcionales. Utilizando las características de polarización, el espectro Raman también se puede utilizar como base para el juicio de isómeros moleculares. En química catalítica, la espectrometría Raman puede proporcionar información sobre la estructura del catalizador y las sustancias en la superficie, y también puede analizar el proceso de preparación del catalizador en tiempo real. La espectrometría Raman es un electrodo de investigación/.Los métodos importantes para la estructura y las propiedades de la interfaz de la solución pueden estudiar en profundidad cuestiones básicas como la estructura de la interfaz electroquímica, la adsorción y la reacción a nivel molecular y aplicarse en los campos de la electrocatalisis, la corrosión y la galvanoplastia.

(referencias:de Kraytsbergy otros,Revista de Fuentes de Energía 282.(2015):294-298(...)

Imagen3 LiBatería de ionesSiEspectros Raman in situ de electrodos durante el proceso de carga y descarga

En evaluaciónLa₂SPares de impurezas precursoresEl WDopajeLa₃PS¿₄ qué?La sombra sintéticaSonóEn, a travésEspectro RamanSe puede analizar para obtenerNa₂S-d En 481,498 cm ⁻¹Presencia de polisulfuros en el lugar..Na₂Sₓ) pico característico,Na₂S-c En 967、1005,1025 cm ⁻¹Aparece en el lugarSOₓPicos relacionados,Na₂S-p En2560 cm ⁻¹Hay picos débiles en el lugar, indicando trazas NaSH(producto de reducción de polisulfuros durante el proceso de purificación), ambos en207 cm ⁻¹Hay Na₂S Pico de vibración fuerte. Por lo tanto, en combinación con otras tecnologías, se puede deducir conjuntamente:Na₂S-c Incluye principalmenteSOₓImpurezas,Na₂S-d Contiene polisulfuros y trazasSOₓ,Na₂S-p Básicamente no hay estos dos tipos de impurezas, lo que proporciona un precursor con pureza controlable para el estudio posterior de los efectos de diferentes impurezas en la síntesis de electrolitos.（Referencias:Felix Schnaubeltet.al., Energy Mater. 2025, e03047(...)

Imagen4 Análisis espectral Raman comercial Na₂S-c, secado Na₂S-d, purificado Na₂S-pEstructura y distribución de impurezas

2.Seguridad alimentaria

La espectrometría Raman se utiliza para detectar diferentes concentraciones de misceláneas de grasas no lácteas en el ghee de vaca, incluidos aceites vegetales, minerales y grasas de cerdo. En774 cm- 1(alcanosC-C/C-HRetráctil,971 cm- 1()CCHBalanceo en la cara)1265 y 1656 cm- 1(shunRHC = CHREl Pico Raman característico en (vibración) puede distinguir claramente estas impurezas.(referencias:Dinisy otros,Control de alimentos,2025,178,111481(...)

Imagen5 .Aguacate(CG), aceite mineral(MO), aceite de palma(PO), aceite de maní(Gn0), aceite de semilla de algodón(OSC)Y grasa corporal de cerdo(PBF)Espectro Raman normalizado promedio

El monitoreo cuantitativo de alta precisión y no destructivo de nitratos en espinacas de invernadero se realiza a través de la tecnología de espectrometría raman.，En combinación con el modelo estequiátrico, se extraen características altamente relacionadas con la concentración de nitratos de espectros complejos y se logra una cuantificación rápida y precisa de los nitratos.Proporciona soluciones aterrizables para la agricultura de precisión(referencias:Paoloy otros,Revista de Investigación Agrícola y Alimentaria,2025,21, 101839.(...)

Imagen6 Espectros Raman apilados de hojas de espinacas

Marcas espectrales en un rango específico derivadas de patrones vibratorios de antocianinas y carbohidratos que permiten distinguir con precisión el azulBayasLa diferencia de finura entre fresas, frambuesas y moras,Espectro RamanProporciona una comprensión más profunda de la composición molecular de estas bayas y sienta una base sólida para futuras investigaciones sobre seguridad alimentaria y control de calidad.，Proporciona un método rápido, no destructivo y barato para la evaluación de la calidad de la industria alimentaria.(referencias:Estebany otros,Revista de composición y análisis de alimentos,2025,137:106898(...)

Imagen7 Cuatro tiposExtracción de muestras de bayasEspectro de Raman de materia

3.Física de estado sólido:

Características de las materias primas, temperatura de medición y búsqueda de muestrasOrientación cristalina. por ejemplo,Para la distinción entre monocristales, policristalinos y amorfos, el ensanchamiento del espectro Raman puede caracterizar la calidad del cristal mediante la caracterización deModo FonónMonitorear, capaz de apuntar a dosMaterial de dimensiónDeterminar rápidamente el número y el grosor de sus capas. además, el espectro Raman puede monitorear sólidosCuerpoExcitación de baja frecuencia, por ejemploPlasma, excitación de vibradores magnéticos y gases superconductores.a través deStokeslíneayAntiLínea StokesRelación de intensidad, capaz de conocer la temperatura de la celosía.（Referencias:Biplaby otros,Aplicación. Phys. Expreso, 7, 022401 (2014)(...)

Imagen8 Nanotubos de nitruro de BoronBNNTEspectro raman, en el que la temperatura de la red cristalina pasa por el cálculoE2gSe obtiene la relación de intensidad entre las líneas Stokes y anti - Stokes del modo.

4.Ciencias de la vida

El espectro Raman unicelular puede proporcionar una gran cantidad de información sobre ácidos nucleicos, proteínas y lípidos dentro de la célula, y puede monitorear dinámicamente los cambios en la estructura celular en tiempo real sin dañar la célula, por lo que se aplica al diagnóstico de enfermedades a nivel celular (como la detección de células cancerosas), el tratamiento farmacológico celular, la detección de actividades vitales unicelulares y otros campos.(referencias:Freudigery otros,Ciencia, 322, 1857 (2008)(...)

Imagen9 Espectrometría de dispersión de Raman estimulada (izquierda) y imagen de Raman estimulada (derecha) de gotas de grasa dentro de la célula y áreas dentro del núcleo.

Además de las células animales, el espectro de Raman confocal tambiénPara visualizar sin etiqueta y sin daños la distribución espacial y las características estructurales de los componentes químicos de las paredes celulares en pepinos (raíces, tallos y hojas)，Al mismo tiempo, se menciona a nivel molecular y morfológico.Proporciona información multidimensional sobre la compleja estructura tisular de la pared celular de la planta.1598, 1621, 1658 cm ⁻¹Picos en igual posiciónEs lignina,1092 cm ⁻ ¹ (C-C, C-O)Vibración telescópica(...)y1337 cm ⁻ ¹ (HCC, HCO)Vibración deformada(...)Picos que indican que la celulosa es el componente principal de la pared celular,1523, 1156, 1005 cm ⁻¹El fuerte picoparaCarotenoidesPico característico(referencias:Beumy otros,Plantas 2018, 7, 7(...)

Imagen10 (A) El espectro Raman recogido en diferentes subzonas de la pared celular del Xilema de raíces, tallos y hojas

Lignina、Celulosa、Tipo huroBu suImagen Raman en diferentes partes(B)Raíz(C)tallo(D)Hojas

5.Semiconductores

La espectrometría Raman se puede utilizar para analizar la pureza de los materiales semiconductores, el análisis de impurezas, defectos o contaminantes, el estudio de la composición de las aleaciones, supercelosías o heteroestructuras en semiconductores compuestos, propiedades de estrés o tensiónDistribución de daños de semiconductores después de la implantación de iones, masa, composición, concentración de transportistas de la capa epitaxial, etc.

Imagen11 IndividualZnOImagen microscópica del nanoanillo (izquierda), resultados de imágenes Raman convencionales (centro) y resultados de imágenes Raman polarizadas (derecha).

5.Análisis de materiales

La espectrometría Raman es una herramienta poderosa para el estudio de la estructura de la materia en la ciencia de los materiales.Se puede realizar un análisis estructural de varias películas, por ejemplo,únicoCristal, muchosCristal, microCristalY el silicio amorfo y el silicio amorfo boronizado, el silicio amorfo hidrogenado, el diamante, los similaresDiamanteMateriales isocarbonoesperar; se puede analizar la estructura de fase de los materiales resistentes a altas temperaturas y estudiar el efecto de tamaño cuántico de varios nanomateriales,Analizar la estructura molecular y la composición de los polímeros, la estereoregularidad, la orientación de la cristalización y la cadena molecular, la interacción molecular, etc.(referencias:Wangy otros,Optar. Madre. Expreso, 10, 1092 (2020)(...)

Imagen12ReS2El espectro Raman de las membranas moleculares ymapeo.

Más tecnología de espectrometría raman:

1.Espectro Raman de resonancia

Por lo general, la energía de luz estimulada del espectro Raman no coincide con el nivel de absorción de la molécula o la banda de energía en el sólido, por lo que la absorción de fotones estimulados por la molécula es“Vacío",La absorción, que también es la transición de fotones absorbentes de electrones a un“Estado de energía virtual",. Sin embargo, cuando la energía de luminiscencia se acerca o coincide con un pico de absorción de electrones de la molécula a medir, la intensidad de una o más bandas Raman características de esta molécula puede alcanzar la banda Raman normal.104Más del doble, y se han observado espectros de vibración multietapa o combinados cuya intensidad es difícil de aparecer en el efecto Raman normal y se puede comparar con la frecuencia fundamental.convencionalEl principio de Raman y resonancia mejora Raman se muestra en la imagen.3Se muestra.(referencias:Loues et al.,Tecnología. Cancer Res. Tratar. 12（4),371 (2013)(...)

Imagen13 Diagrama esquemático de la transición electrónica de dispersión raman.a)Dispersión Raman convencional; ()bDispersión Raman por resonancia

Imagen14 Espectro Raman de resonancia del tejido mamario normal y canceroso..532 nmEstimulación)

2. Espectros Raman mejorados en superficie..SERS(...)

En algunas superficies o soles de buenos conductores metálicos especialmente preparados,La señal de dispersión Raman de las moléculas adsorbentes es mucho más fuerte que la señal de dispersión Raman ordinaria, que se divide principalmente en los siguientes dos tipos de mecanismos:

（1) mecanismo de mejora del campo electromagnético,Principalmente debido a la resonancia de plasma superficial en la superficie metálica,Este efecto de mejora está estrechamente relacionado con el tamaño y la forma de las nanopartículas metálicas y la estructura de aglomeración;

（2El mecanismo de mejora química, que refleja principalmente las propiedades de los sitios químicos activos en la superficie de las nanopartículas, está estrechamente relacionado con la Unión de las moléculas de la sonda con la superficie metálica y la orientación de adsorción molecular.

El Raman mejorado en superficie supera la desventaja de la baja sensibilidad del espectro Raman y puede obtener información estructural que el espectro Raman convencional no es fácil de obtener. se utiliza ampliamente en el estudio de la superficie, el estudio del Estado de la superficie de la interfaz de adsorción, la orientación y configuración de la interfaz de moléculas de tamaño biológico, el Estudio de conformación, el análisis estructural, etc. puede analizar eficazmente la orientación de adsorción de compuestos en la interfaz, los cambios en el Estado de adsorción, la información de la interfaz, etc.(referencias:Koubaet al.,¡Raman!Spectrosc......, 49 (9), 1426 (2018)(...)

Imagen15 Diagrama esquemático del principio de dispersión Raman mejorada en la superficie.

Imagen16 El espectro Raman mejorado en la superficie de biomoléculas en la sangre, en el que la imagen de arriba muestra el espectro Raman medido por biomoléculas sobre una base de vidrio, y la imagen de abajo muestra biomoléculas en nanómetros.AgEl espectro Raman medido en la superficie de las partículas.

3 Espectro Raman de campo cercano

Con la madurez de la tecnología óptica de campo cercano, el sistema de microscopía de escaneo de campo cercano sirve como camino de luz exterior, yRamanLa combinación de espectrómetros puede formar un campo cercano súper resuelto.RamanSistema de análisis espectral.

El Raman de campo cercano puede obtener información física y química de superresolución de la muestra al mismo tiempo. El espectro Raman representa la información de la estructura química de la muestra, y el gráfico morfológico es la información física de la muestra. Combinando las características del microscopio de escaneo óptico de campo cercano, el espectro Raman se puede recoger punto por punto en la muestra y formar un espectro Raman en un número de ondas específico.Es posible realizar el estudio de la estructura de la materia a nivel monomolecular.(referencias:Steidtneret al.,PRL, 100, 236101 (2008)(...)

Imagen17 Diagrama esquemático de la configuración Raman de campo cercano.

Imagen18BCBEl espectro Raman de las moléculas con y sin mejora de la punta de la aguja.