Kofokussiertes Raman-Spektrum

Die Raman-Streuung ist eine nicht elastische Streuung.Zur Forschung.KristallgitterundMolekülederVibrationMuster,drehenEine Spektraltechnik für Muster und andere niederfrequente Muster in einem System.Das Prinzip ist wie folgt:1Dargestellt:

Bild1 Molekularer Energieübergang. Verschiedene Energieübergänge entsprechen unterschiedlichen Raman-Signalen. Die Dicke der Linie zeigt die Stärke des Signals.

Angenommen, das Dispersionsmolekül befindet sich ursprünglich im Grundzustand, wie die Vibrationsenergiestufe dargestellt ist1gezeigt. Wenn das eingehende Licht Moleküle beleuchtet, stimuliert das Licht die Wirkung der MoleküleMoleküle machenPolarisierungDie Rate ändert sich, was dem Äquivalent ist, dass das Molekül eine falsche Absorption von Photonen erzeugt.，DadurchElektronischer SprungzuEine fiktive Ebene（VirtuelleEnergieStaat(Elektronik auf imaginativer Ebene)sofortÜbergang auf die untere Energieebeneund die Photonen freigeben.Das heißt,Streuung des Lichts.Die überwiegende Mehrheit davonStreuung des Lichtsmit der gleichen Frequenz des Lichts,Das heißt, im Prozess der Wechselwirkung zwischen Molekülen und Licht findet keine Energieübertragung statt, was eine elastische Streuung ist, die als Riley-Streuung bezeichnet wird; Und es gibt einen sehr kleinen Teil der Streuung des Lichts, die Energieübertragung zwischen den Molekülen oder dem Gitter auftritt, was zu einer Veränderung der Frequenz des Streuungslichts führt, dieser Teil der Streuung wird Raman-Streuung genannt.In Raman.SpektrumSpektrallinien mit einer Frequenz kleiner als die Eingangsfrequenz werden Stokes genannt.LinieSpektrale Linien mit einer Frequenz größer als die Eingangsfrequenz werden als Anti-Stokes-Linien bezeichnet.

Da die Schwingungsweise verschiedener Moleküle oder Atomgruppen eine Art ist, ist die Frequenz der Raman-Streuung des Lichts auch spezifisch, daher wird das Raman-Spektrum auch nicht als Raman-Spektrum bezeichnet.“Molekuläre Fingerabdrücke”Spektrum. Das Raman-Spektrum ist weit verbreitet und kann die chemische Zusammensetzung, die chemische Struktur, die Form, die Kristallität und die molekularen Wechselwirkungen von Materialien charakterisieren, sowie Informationen über Verunreinigungen, Spannungen und Temperaturen im Kristall erhalten.

Da die Größe der nachgewiesenen Gegenstände in den oben genannten Anwendungsbereichen immer kleiner wird, insbesondere in der Mikron- oder sogar Nanomaßstabe, erfordert die Analyse des Raman-Spektrums eine Verbesserung ihrer räumlichen Auflösung, daher entstand die Kofokuss-Mikro-Raman-Spektrum-Erkennungstechnologie, die durch die Kombination der Mikroverstärkungsfunktion des Mikroskops und der Kofokuss-Bohrung entsteht.GrenzfunktionDie räumliche Auflösung der Raman-Detektion kann auf die Grenzen der optischen Diffraktion, d. h. auf Mikrometer oder sogar Submikrometer, erhöht werden. Bild2Ein typisches Lichtwegschema der kofokulären Raman-Mikroskopie.

Bild2 Kofokussiertes Rahman-Spektrum-Schema

Das konfokale Raman-Spektrum kann eine dreidimensionale Auflösung erreichen und kann neben der Analyse von Proben im Mikro-Nano-Maßstab auch verschiedene Schichten und Schnittstellen in mehrschichtigen Filmen, Verunreinigungen oder Schadstoffe unter der transparenten Probenoberfläche analysieren.

Durch Punkt- oder GesichtsscanKartierungFunktionen, die in der Lage sind, zwei Raman-Spektren zu realisierenWei oder3D-Bildgebung. Durch ExtraktionKartierungIn jedem Punkt der Raman-Information, Raman-Bildgebung kann eine Vielzahl von Materialeigenschaften zeigen(Zusammensetzung, Struktur, Phase, Polymorphie, Spannung, Kristallität)Raumverteilung.

Kofokussierte Raman MikroskopieSpektrale Anwendungen

1.Bereich Chemie：

Chemische Bindungen und symmetrische MoleküleDie Schwingungsfrequenz ist spezifisch.DaherRaman-SpektrumAngebotJa.Als molekulare IdentifizierungWichtige MittelZum Beispiel:SiO, Si2O2,undSie3O3Die Schwingungsfrequenz kann erkannt werden und als Grundlage für die Infrarotspektroskopie und die Raman-Spektrospektroskopie aufgeführt werden..Die Größe, Intensität und Form des Raman-Spitzes sind eine wichtige Grundlage für die Identifizierung chemischer Bindungen und funktioneller Gruppen. Mit polarisierenden Eigenschaften kann das Raman-Spektrum auch als Grundlage für die Beurteilung molekularer Isomere dienen. In der katalytischen Chemie liefert das Raman-Spektrum strukturelle Informationen über Katalysatoren und Oberflächenmaterialien sowie eine Echtzeitanalyse des Katalysatorvorbereitungsprozesses. Das Raman-Spektrum ist eine Studienelektrode./Eine wichtige Methode zur Struktur und Leistung von Lösungsschnittstellen ermöglicht es, grundlegende Probleme wie elektrochemische Schnittstellenstruktur, Adsorption und Reaktion auf molekularer Ebene zu untersuchen und in Bereichen wie Elektrokatalyse, Korrosion und Galvanisierung anzuwenden.

(Referenzen:Kraytsberget.al.,Journal of Power Sources 282.(2015):294-298）

Bild3 LiIonenbatterienSieIn situ Raman-Spektrum der Elektroden beim Laden und Entladen

In der BewertungNa₂SVorläufer VerunreinigungenWDopingNa₃PS₄Synthetische SchattenKlangMittel, durchRaman-Spektrumkann analysiert werden.Na₂S-d in 481und498 cm ⁻¹Polysulfide auftreten (Na₂SₓCharakteristische Gipfel,Na₂S-c in 967、1005und1025 cm ⁻¹ErscheinenSOₓrelevanten Gipfel,Na₂S-p in2560 cm ⁻¹Schwache Spitzen, Spuren anzeigen NaSH(Polysulfid-Reduktionsprodukte während der Reinigung), alle drei207 cm ⁻¹Orte Na₂S Starke VibrationsspitzeDaher können in Kombination mit anderen Technologien gemeinsam abgeleitet werden:Na₂S-c Hauptsächlich enthaltenSOₓVerunreinigungen,Na₂S-d Polysulfide und Spuren enthaltenSOₓ，Na₂S-p Es gibt keine dieser beiden Arten von Verunreinigungen und bietet einen reinheitskontrollierbaren Vorläufer für die Nachforschung der Auswirkungen verschiedener Verunreinigungen auf die Elektrolytsynthese.（Referenzen:Felix Schnaubeltet.al., Energy Mater. 2025, e03047）

Bild4 Raman Spektroanalyse kommerziell Na₂S-cTrocknungsbehandlung Na₂S-dReinigte Behandlung Na₂S-pStruktur und Verunreinigungsverteilung

2.Lebensmittelsicherheit

Die Raman-Spektrometer werden verwendet, um verschiedene Konzentrationen von nicht-milchigen Fettdopingen in Büffel zu erkennen, einschließlich pflanzlicher Öle, Mineralöle und Schweinefett. in774 cm−1(Kette AlkaneC-C/C-HAusdehnung),971 cm−1（CCHSchwingen im Gesicht),1265 und 1656 cm−1(VorgehensweiseRHC = CHRDie Charakteristik der Vibration) ist, dass der Raman-Spitze diese Dopings deutlich unterscheiden kann.(Referenzen:Diniset.al.,Nahrungsmittelkontrolle,2025,178,111481）

Bild5 .Butter(CG)Mineralöl(MO)Palmöl(PO)Erdnussöl(Gn0)Baumwollenöl(CSO)und Schweinefett(PBF)Durchschnittliche normalisierte Raman-Spektrum

Hochpräzise, nicht zerstörerische quantitative Überwachung von Treibhausspinatnitraten durch Raman-Spektrologie，Kombiniert mit chemometrischen Modellen, extrahieren Sie aus komplexen Spektren Merkmale, die stark mit der Nitratkonzentration korrelieren, um eine schnelle und genaue Quantifizierung von Nitraten zu ermöglichenLandungslösungen für die Präzisionslandwirtschaft(Referenzen:Paoloet.al.,Zeitschrift für Landwirtschaft und Lebensmittelforschung,2025,21, 101839.）

Bild6 Raman Spektrum der Spinat Blätter Stapel

Spektrale Markierungen in einem bestimmten Bereich, basierend auf den Schwingungsmustern von Anthocyanin und Kohlenhydraten, ermöglichen die genaue Unterscheidung von BlauBeerenFeine Korngröße Unterschied zwischen Erdbeeren, Himbeeren, Schwarzebeeren,Raman-SpektrumEs bietet ein tieferes Verständnis der Zusammensetzung dieser Beerenmoleküle und bildet eine solide Grundlage für zukünftige Forschung zur Lebensmittelsicherheit und Qualitätskontrolle.，Es bietet eine schnelle, schädigungsfreie und kostengünstige Methode zur Qualitätsbewertung in der Lebensmittelindustrie.(Referenzen:Stephenet.al.,Journal der Lebensmittelzusammensetzung und Analyse,2025,137:106898）

Bild7 Vier ArtenBeeren Probe ExtraktionDurman-Spektrum

3.Festkörperphysik：

Eigenschaften der Rohstoffe, Messung der Temperatur und Suche nach ProbenKristall OrientierungZum Beispiel:Für die Unterscheidung von Einzelkristallen, Polykristallen und Nichtkristallen kann die Breite des Raman-Spektrums die Kristallmasse durch bestimmteSonomodusÜberwachung, die auf zweiDimensionale MaterialienSchnell die Anzahl der Schichten und ihre Dicke bestimmenDarüber hinaus kann das Raman-Spektrum Feststoffe überwachenKörperNiedrige Frequenzen, zum BeispielPlasmaMagnetische Vibratoren und Superleitgase.durchStokesLinieundGegenStokes LinieVerhältnis der StärkeDie Temperatur des Kristallgitters erfahren können.（Referenzen:Biplabet.al.,App. Phys. Express, 7, 022401 (2014)）

Bild8 Bornitrid Nanoröhren (BNNTRaman-Spektrum, in dem die Gittertemperatur berechnet wirdE2gDie Stärkenverhältnisse zwischen Stokes und Anti-Stokes-Linien des Musters werden ermittelt.

4.Lebenswissenschaften

Einzelliges Raman-Spektrum kann eine Vielzahl von Informationen über Nukleinsäuren, Proteine und Lipide liefern und die Veränderungen der Zellstruktur in Echtzeit dynamisch überwachen, ohne die Zelle zu schädigen, was sich auf der zellulären Diagnose von Krankheiten (z. B. Krebszellen-Detektion), der Behandlung von zellulären Medikamenten und der Detektion von einzelligen Lebensaktivitäten einsetzt.(Referenzen:Freudigeret.al.,Wissenschaft, 322, 1857 (2008)）

Bild9 Stimulierte Raman-Streuungsspektroskopie von intrazellulären Lipidtropfen und Zellkernen (links) und Stimulierte Raman-Bildgebung (rechts).

Neben tierischen Zellen konzentriert sich auch das Raman-SpektrumZur markierten und beschädigungsfreien Visualisierung von Gurken (räumliche Verteilung und strukturelle Merkmale der chemischen Zusammensetzung von Zellwänden in Wurzeln, Stängeln und Blattgeweben)，Auf molekularer und morfologischer EbeneMehrdimensionale Informationen zur komplexen Gewebestruktur der Pflanzenzellwand.1598, 1621, 1658 cm ⁻¹Der Gipfel der Positionfür Holz,1092 cm ⁻ ¹ (C-C, C-O)Dehnungsvibration)und1337 cm ⁻ ¹ (HCC, HCO)Veränderte Vibrationen)Spitzen, die darauf hindeuten, dass Zellulose der Hauptbestandteil der Zellwände ist，1523, 1156, 1005 cm ⁻¹Der GipfelfürKarotinoideCharakteristik Gipfel(Referenzen:Beumet.al.,Pflanzen 2018, 7, 7）

Bild10 (A) Raman-Spektrum von Wurzeln, Stängeln und Blättern der Zellwände in verschiedenen Subregionen

Holzligin、Zellulose、Ein DummkopfBisonRaman-Bildgebung an verschiedenen Stellen(B)Wurzel(C)Stängel(D)Blätter

5.Halbleiter

Das Raman-Spektrum kann zur Analyse der Reinheit, Verunreinigungen, Mängel oder Verunreinigungen von Halbleitermaterialien verwendet werden, zur Untersuchung der Legierungskomponenten, Supergitter oder heterogenen Strukturen in Verbindungshalbleitern, Spannungs- oder DehnungseigenschaftenSchädigungsverteilung der nachfolgenden Halbleiter, Masse, Komponente, Trägerkonzentration usw.

Bild11 EinzelZnOMikrobild des Nanorings (links), konventionelle Raman-Bildgebungsergebnisse (mitten) und polarisierte Raman-Bildgebungsergebnisse (rechts).

5.Materialanalyse

Das Raman-Spektrum ist ein leistungsstarkes Werkzeug für die Strukturforschung von Materialien in der Materialwissenschaft.Eine strukturelle Analyse verschiedener Folien kann durchgeführt werden, z.B.EinzelKristallMehrKristallMikroKristallund nicht kristallines Silizium sowie nicht kristallines Siliziumborid, nicht kristallines Siliziumhydrid, DiamantDer DiamantKohlenstoffmaterialWarten Sie!kann die Phasenstruktur von hochtemperaturbeständigen Materialien analysiert werden, um die Quantengröße-Effekte verschiedener Nanomaterialien zu untersuchen,Analyse der molekularen Struktur und Zusammensetzung von Polymeren, Stereointegrität, Orientierung der Kristallisation und der molekularen Kette, molekulare Wechselwirkungen usw.(Referenzen:Wanget.al.,Opt. Mutter. Express, 10, 1092 (2020)）

Bild12ReS2Raman-Spektrum der Molekülmembranen undKartierung.

Mehr Raman-Spektrologien:

1.Resonanz-Raman-Spektrum

Normalerweise entspricht die stimulierte Lichtenergie des Raman-Spektrums nicht dem Absorptionsniveau des Moleküls oder dem Energieband im Feststoff, so dass die Absorption des Moleküls von stimulierten Photonen“falsch”Die Absorption, die auch am Anfang dieses Artikels bezeichnet wird, ist die Elektronenabsorption von Photonen zu einem“Fiktion”Wenn sich die angeregte Lichtenergie jedoch einem bestimmten Elektronen-Absorptionsspitze des zu messenden Moleküls nähert oder übereinstimmt, kann eine oder mehrere der charakteristischen Raman-Bandintensitäten dieses Moleküls eine normale Raman-Bandintensität erreichen.104Mehrfach und beobachtet mehrstufige oder kombinierte Schwingungsspektrume, die im normalen Raman-Effekt schwer zu erkennen sind und deren Intensität mit der Basisfrequenz vergleichbar ist.AllgemeinDas Prinzip von Raman und Resonanzverstärkung3gezeigt.(Referenzen:Louist et al.,Technologie. Krebs Res. Behandlung. 12（4），371 (2013)）

Bild13 Die Absicht von Raman Streuung Elektronenübergang.(a)konventionelle Raman-Streuung; （(b)Resonanz Raman-Streuung

Bild14 Resonanz Raman-Spektrum von normalem und krebsförmigem Brustgewebe (532 nminspiriert)

2. Oberflächenverstärktes Raman-Spektrum (SERS）

In einigen speziell vorbereiteten gut leitenden Metalloberflächen oder Sollen,Das Raman-Streuungssignal von adsorbierten Molekülen ist stark verstärkt als das gewöhnliche Raman-Streuungssignal, und es ist hauptsächlich in die folgenden zwei Arten von Mechanismen unterteilt:

（1Elektromagnetische Feldverstärkungsmechanismus,Hauptsächlich aufgrund der Plasmaresonanz auf der Metalloberfläche,Dieser verstärkte Effekt ist eng mit der Größe und Form der metallischen Nanopartikel und der Aggregationsstruktur verbunden;

（2Chemische Verstärkungsmechanismen, die hauptsächlich die Eigenschaften der chemischen Oberflächenaktivität von Nanopartikeln widerspiegeln, sind eng mit der Bindung von Sondenmolekülen und Metalloberflächen sowie der Orientierung der molekularen Adsorption verbunden.

Oberflächenverstärkung Raman überwindet die Nachteile der niedrigen Raman-Spektral-Empfindlichkeit, kann die strukturelle Information, die nicht leicht zu bekommen ist, durch das konventionelle Raman-Spektrum erhalten werden, wird weit verbreitet in der Oberflächenforschung, der Oberflächenstandsstudie der Adsorptionsgrenzfläche, der Schnittstellenorientierung und der Konfiguration von Molekülen der biologischen Größe, der Konfigurationsforschung, der Strukturanalyse usw. verwendet, kann die Verbindungen in der Adsorptionsorientierung, der Veränderung des Adsorptionszustands, der Schnittstelleninformationen usw. effektiv analysiert(Referenzen:Koubaet al.,Das ist Raman.Spektrosc., 49(9),1426 (2018)）

Bild15 Schema des Oberflächenverstärkten Raman-Streuungsprinzips.

Bild16 Die Oberfläche der Biomoleküle im Blut verbessert das Raman-Spektrum, wo oben das Raman-Spektrum der Biomoleküle auf der Glasbasis gemessen wird, unten die Biomoleküle in NanoAgRaman-Spektrum auf der Oberfläche der Partikel gemessen.

3 Nahfeld-Raman-Spektrum

Mit der Reife der Nahfeldoptik Technologie, die Nahfeld-Scan-Mikroskop-System als Außenlichtweg, undRamanDie Kombination des Spektrometers bildet ein super auflösendes Nahfeld.RamanSpektrale Analysesysteme.

Nahfeld-Raman erlaubt gleichzeitig hochauflösende physikalische und chemische Informationen von Proben. Das Raman-Spektrum repräsentiert die chemische Strukturinformation der Probe, während ein Profil die physikalische Information der Probe darstellt. In Kombination mit den Merkmalen des Nahfeldoptischen Scannmikroskops können Raman-Spektren Punkt für Punkt in der Probe erfasst werden, um ein Raman-Spektrogramm bei einer bestimmten Wellenzahl zu bilden.Es ist möglich, die Struktur der Substanz auf Einzelmolekularenebene zu untersuchen.(Referenzen:Steidtneret al.,PRL, 100, 236101 (2008)）

Bild17 Diagramm der Raman-Konfiguration in der Nähe.

Bild18BCBRaman-Spektrum von Molekülen unter Nadelspitzverstärkung und ohne Nadelspitzverstärkung.