Espectro de Raman com microfoco

A dispersão de Raman é uma dispersão não elástica.É para pesquisar.Grelha de cristaleMoléculasdovibraçãopadrão,rotaçãoUma técnica espectral de padrões e outros padrões de baixa frequência em um sistema.Seus princípios são os seguintes:1Mostrado:

Gráfico1 Mapa de níveis de energia molecular. Diferentes saltos energéticos correspondem a diferentes sinais de Raman. A espessura da linha indica a força do sinal.

Suponhamos que as moléculas dispersas estejam no estado básico, o nível de energia vibratória1mostrado. Quando a luz penetrante irradia as moléculas, estimula o papel da luz e das moléculasfazer moléculasPolarizaçãoA taxa de mudança é equivalente a uma absorção falsa de fótons pela molécula.，Assim, fazendoSalto eletrônicoParaUm nível de ficção（Virtualizaçãoenergiaestadoeletrônicos em nível fictício).Imediatamente.Salto para o nível de energia inferiorE soltar os fótons.ou seja,Luz dispersa- É.A grande maioria delesLuz dispersacom a mesma frequência de luz,Ou seja, durante a interação da molécula com a luz, não ocorre transferência de energia, que é a dispersão elástica, chamada de dispersão de Riley; Há uma pequena parte da luz dispersa, com a transferência de energia entre as moléculas ou grelhas cristalinas, resultando em mudanças na frequência da luz dispersa, essa parte da dispersão é conhecida como dispersão de Raman.Em Raman.EspectroA linha espectral com frequência menor que a frequência da luz de entrada é chamada de Stokes.linhaA linha espectral com frequência maior que a frequência da luz de entrada é chamada de linha anti-Stokes.

Como o modo de vibração de diferentes moléculas ou grupos atómicos é um, a frequência da dispersão de luz de Raman também é específica, por isso, o espectro de Raman também é conhecido como“Impressões digitais moleculares”Espectro. O espectro de Raman é amplamente utilizado para caracterizar a composição química, a estrutura química, a morfologia, a cristalidade e as interações moleculares dos materiais, além de obter informações sobre as impurezas, o estresse e a temperatura dentro dos cristais.

À medida que o tamanho dos objectos detectados em todas as áreas de aplicação mencionadas diminui constantemente, especialmente na escala de mícrons e até nanometros, a análise do espectro de Raman exige melhorar a sua resolução espacial, portanto, surgiu a tecnologia de detecção de espectro de Raman com microfoco, que combina a função de microamplificação do microscópio, bem como os orifícios confocais.Funções de limiteA resolução espacial da detecção Raman pode ser aumentada até o limite da difração óptica, ou seja, a escala de mícrons ou até mesmo submicrônicos. Gráfico2É um esquema óptico típico do microscopio confocal Raman.

Gráfico2 Esquema do espectro de Raman com microscopia confocal

O espectro de Raman de microscopia confocal pode alcançar a capacidade de resolução tridimensional, além de ser capaz de analisar amostras em escala micro-nanométrica, também pode analisar diferentes camadas e interfaces em filmes de camadas múltiplas, impurezas ou poluentes sob a superfície da amostra transparente, etc.

Scan pontual ou facialmapeamentoFuncionalidade capaz de realizar dois espectros de RamanV ouImagem 3D. Por extraçãomapeamentoEm cada ponto da informação Raman, a imagem Raman pode mostrar uma variedade de propriedades do material(Composição, estrutura, fase, polimorfismo, tensão, cristalidade)distribuição espacial.

Microscopia Raman co-focalizadaAplicações espectrais

1.Área química：

Enlaces químicos e moléculas simétricasAs frequências de vibração são específicas.Portanto,Espectro de RamanOferecerÉ.Como identificação molecularImportantes meiosPor exemplo,O SiO, Si2O2,eSi3O3A frequência de vibração pode ser identificada e listada como base para a análise de apontamento espectroscópico infravermelho e Raman- É.O tamanho, a intensidade e a forma do pico de Raman são fundamentos importantes para a identificação de ligações químicas e grupos funcionais. Usando as propriedades de polarização, o espectro de Raman também serve como base para julgamentos de isômeros moleculares. Na química catalítica, a espectroscopia de Raman fornece informações estruturais sobre o catalisador e a substância em sua superfície, bem como uma análise em tempo real do processo de preparação do catalisador. Espectroscopia de Raman é o estudo dos eletrodos./Uma abordagem importante para a estrutura e o desempenho das interfaces de soluções é capaz de estudar os problemas fundamentais da estrutura da interface eletroquímica, adsorção e reação a nível molecular e aplicar-se a áreas como eletrocatalise, corrosão e galvanoplastia.

(Referência:de Kraytsberge outros,Jornal de Fontes de Poder 282.(2015):294-298）

Gráfico3 LiBateria iônicaSiEspectro de Raman in situ durante o carregamento e descarga de eletrodos

Em avaliaçãoNa₂SImpuridades do precursorO WDopagemNa₃PS₄Sombra sintéticaSonidomeio, passandoEspectro de RamanPode ser analisado.Na₂S-d Em 481e498 centímetros ⁻¹presença de sulfetos (Na₂SₓCaracterísticas do pico,Na₂S-c Em 967、1005e1025 centímetros ⁻¹AparecerSOₓmontanhas relacionadas,Na₂S-p Em2560 centímetros ⁻¹Um pico fraco, indicando um rastro. NaSH(produtos de redução de polisulfeto durante o processo de purificação), todos os três207 centímetros ⁻¹Há Na₂S Pico de vibração forteAssim, em combinação com outras técnicas, podem ser deduzidos conjuntamente:Na₂S-c Principalmente contémSOₓimpurezas,Na₂S-d Contém polisulfetos e tracesSOₓ，Na₂S-p Quase nenhum desses dois tipos de impurezas fornece um precursor de pureza controlada para estudos posteriores sobre o efeito de diferentes impurezas na síntese de eletrólitos.（Referências:Felix Schnaubeltet.al., Energia Mater. 2025, e03047）

Gráfico4 Análise espectral de Raman para uso comercial Na₂S-cTratamento seco Na₂S-dTratamento de purificação Na₂S-pEstrutura e distribuição de impurezas

2.Segurança alimentar

A espectrometria Raman é usada para detectar diferentes concentrações de dopagens de gordura não-láctea no bife, incluindo óleo vegetal, óleo mineral e gordura corporal suína. Em774 centímetros−1(Alcanos em cadeia)C-C/C-Hexpansão),971 centímetros−1（CCHoscilação interna),1265 e 1656 centímetros−1(O modoRHC = CHRAs características do pico de Raman são capazes de distinguir claramente esses dopagens.(Referência:Dinise outros,Controle de alimentos, 2025,178,111481）

Gráfico5 .manteiga(CG)Óleo Mineral(MO)Óleo de palma(PO)Óleo de amendoim(Gn0)Óleo de sementes de algodão(OSC)E gordura porcina(PBF)Espectro de Raman normalizado médio

Monitoramento quantitativo de alta precisão e não destrutivo de nitratos de espinhaco com efeito de estufa com a tecnologia Raman Spectroscopy，A extração de características altamente relacionadas com a concentração de nitratos de espectros complexos em combinação com modelos quimiométricos permite a quantificação rápida e precisa de nitratosSoluções aplicáveis à agricultura de precisão(Referência:Paoloe outros,Revista de Pesquisa Agrícola e Alimentar,2025,21, 101839.）

Gráfico6 Espectro Raman de folhas de espinafre empilhado

Marcadores espectrais dentro de uma faixa específica, derivados de padrões de vibração de anthocyanins e carboidratos, permitem distinguir com precisão o azulBerryA diferença fina entre morangos, framboesas, morenas,Espectro de RamanFornece uma compreensão mais profunda da composição dessas moléculas de bagas e estabelece uma base sólida para futuras pesquisas em segurança alimentar e controle de qualidade.，Oferece uma abordagem rápida, segura e barata para a avaliação da qualidade na indústria alimentar.(Referência:Estêvãoe outros,Revista de Composição e Análise de Alimentos,2025,137:106898）

Gráfico7 Quatro tipos.Extração de amostras de bagasEspectro de Duraman

3.Física de estado sólido：

Características das matérias-primas, medição da temperatura e localização de amostrasOrientação CristalPor exemplo,Para a distinção entre monocristal, policristal e não-cristal, a largura do espectro de Raman pode caracterizar a massa do cristal, por meio deModo sonoromonitoramento, com a capacidade de 2Materiais DimensionaisDetermine rapidamente o número de camadas e a espessuraAlém disso, o espectro Raman pode monitorar o sólidocorpode baixa frequência, comoPlasmaexcitação de vibradores magnéticos e gás supercondutor.AtravésStokeslinhaecontraLinha StokesProporção de forçaSaber a temperatura da grade- É.（Referências:Biplabe outros,Aplicativo. Phys. Expressa, 7, 022401 (2014)）

Gráfico8 Nanotubos de nitreto de boro (BNNTEspectro de Raman, onde a temperatura da grade é calculadaE2gA proporção de força das linhas Stokes e anti-Stokes do padrão é obtida.

4.Ciências da Vida

Espectroscopia de Raman de célula única pode fornecer uma grande quantidade de informações sobre o conteúdo de nucleácidos celulares, proteínas e lípidos, e pode monitorar dinamicamente as mudanças na estrutura celular em tempo real sem danificar as células, aplicando-se assim ao diagnóstico de doenças em nível celular (como detecção de células cancerosas), tratamento de medicamentos celulares, detecção de atividade vital de célula única e outras áreas.(Referência:Freudigere outros,Ciência, 322, 1857 (2008)）

Gráfico9 Espectroscopia de dispersão de Raman excitada em gotas lipídicas intracelulares e regiões dentro do núcleo celular (esquerda) e imagem de Raman excitada (direita)- É.

Além das células animais, o espectro de RamanVisualização não marcada e não danificante de pepino (distribuição espacial e características estruturais da composição química das paredes celulares em raizes, caules e folhas)，Em nível molecular e morfológicoInformação multidimensional para estruturas complexas de tecidos de paredes celulares de plantas.1598, 1621, 1658 cm ⁻¹O pico da posiçãopara a madeira,1092 centímetros ⁻ ¹ (C-C, C-O)Vibração de alongamento)e1337 centímetros ⁻ ¹ (HCC, HCO)Vibração deformada)pico, indicando que a celulose é o principal componente da parede celular，1523, 1156, 1005 cm ⁻¹O picoparaCarotinóidesCaracterísticas do pico(Referência:Beume outros,Plantas 2018, 7, 7）

Gráfico10 (A) Espectro de Raman recolhido em diferentes subdistritos da parede celular da região das raízes, caules e folhas

Ligina、Celulose、Tipo de idiotaPequimImagem Raman em diferentes locais(B)Raiz(C)caule(D)Folhas

5.Semicondutores

Espectroscopia de Raman pode ser usada para analisar a pureza, impurezas, defeitos ou poluentes de materiais semicondutores, o estudo da composição de ligas, supergrelhas ou estruturas heterogêneas em semicondutores compostos, propriedades de tensão ou tensãoA distribuição de danos no semicondutor posterior à injeção de íons, a massa, a composição, a concentração do veículo, etc.

Gráfico11 IndividualZnOImagem microscópica do nanoanel (esquerda), resultados de imagem de Raman convencional (centro) e resultados de imagem de Raman polarizada (direita).

5.Análise de materiais

Espectroscopia de Raman é uma ferramenta poderosa para o estudo da estrutura da matéria na ciência dos materiais.A análise estrutural de vários filmes é possível, por exemplo,únicoCristalMais.CristalMicroCristale silício não cristalino e boro de silício não cristalino, hidrogênio de silício não cristalino, diamantes, etc.O diamante.Materiais de carbonoEsperem.Pode analisar a estrutura dos materiais resistentes a altas temperaturas e estudar o efeito de tamanho quântico de vários nanomateriais,Análise da estrutura molecular e composição de polímeros poliméricos, estereoregularidade, orientação de cristalização e cadeia molecular, interações moleculares, etc.(Referência:Wange outros,Opte. Mãe. Expressa, 10, 1092 (2020)）

Gráfico12ReS2Espectro de Raman das membranas moleculares emapeamento- É.

Mais técnicas de espectro Raman:

1.Espectro de Raman de ressonância

Normalmente, a energia de luz excitada no espectro de Raman não corresponde ao nível de energia de absorção da molécula ou à faixa de energia no sólido, por isso a absorção da molécula de fótons excitados é“Falso”absorção, que também é referido no início deste artigo como a absorção de elétrons salto de fótons para um“Ficção”No entanto, quando a energia de luz excitada se aproxima ou coincide com um pico de absorção de eletrões de uma molécula a ser testada, uma ou mais características da molécula podem atingir a intensidade normal da faixa de Raman.104Mais de duas vezes, e um espectro de vibração multiestágio ou combinado que é difícil de observar no efeito Raman normal, com intensidade comparada à frequência base.GeralPrincípio de Raman e reforço de ressonância3mostrado.(Referência:Loué et al.,Tecnologia. Cancer Res. Tratar. 12（4），371 (2013)）

Gráfico13 Laman dispersão eletrônica salto demonstra a intenção.(a)Dispersião Raman convencional; （b) OResonância Dispersião Raman

Gráfico14 Espectroscopia de Raman de ressonância de tecido mamário normal e canceroso (532nminspiração)

2. Espectroscopia Raman melhorada da superfície (SERS）

Em algumas superfícies metálicas bem condutoras ou em sóis preparados especialmente,O sinal de dispersão de Raman das moléculas de adsorção é muito maior do que o sinal de dispersão de Raman comum, e é dividido principalmente em dois tipos de mecanismos:

（1Mecanismo de reforço do campo eletromagnético,Principalmente devido à ressonância de plasma da superfície na superfície do metal.,Esse efeito de reforço está intimamente relacionado com o tamanho e a forma das nanopartículas metálicas, bem como com a estrutura de agrupação;

（2O mecanismo de reforço químico, que reflete principalmente as propriedades da atividade química da superfície das nanopartículas, está intimamente relacionado com a ligação das moléculas da sonda com a superfície do metal e a orientação da adsorção molecular.

O Raman de aprimoramento da superfície supera as desvantagens da baixa sensibilidade do espectro de Raman, pode obter informações estruturais difíceis de obter no espectro de Raman convencional, é amplamente usado em estudos de superfície, estudos de estado da superfície da interface de adsorção, orientação da interface e configuração de moléculas de tamanho biológico, estudos de configuração, análise estrutural, etc., pode efetivamente analisar a orientação da adsorção do composto na interface, mudanças no estado de adsorção, informações da interface, etc.(Referência:Koubaet al.,O Raman.Espectrosco., 49(9),1426 (2018)）

Gráfico15 Esquema do Princípio de Dispersião de Raman de Melhoria de Superfície.

Gráfico16 A superfície das biomoléculas no sangue melhora o espectro de Raman, onde a imagem acima mostra o espectro de Raman medido pelas biomoléculas no fundo de vidro, e a imagem abaixo mostra as biomoléculas em nanoAgEspectro de Raman medido na superfície das partículas.

3 Espectro de Raman de campo próximo

À medida que a tecnologia de óptica de campo próximo amadurece, o sistema de microscópio de varredura de campo próximo é usado como uma via de luz externa, comRamanO espectrómetro combinado pode formar um campo próximo ultra-resolutivo.RamanSistema de análise espectral.

O Raman de campo próximo pode obter informações físicas e químicas ultra-resolutivas de amostras ao mesmo tempo. O espectro de Raman representa a estrutura química da amostra, enquanto o profilograma é a informação física da amostra. Em combinação com as características do microscópio de varredura óptica de campo próximo, o espectro de Raman pode ser coletado ponto a ponto da amostra para formar um espectrograma de Raman em um determinado número de ondas.É possível realizar o estudo da estrutura da matéria a nível molecular único.(Referência:Steidtneret al.,PRL, 100, 236101 (2008)）

Gráfico17 Diagrama de configuração de Raman de campo próximo.

Gráfico18BCBEspectro de Raman das moléculas com e sem reforço da ponta da agulha.