Como superar las limitaciones de la espectroscopia Raman
Puede obtener los mejores datos Raman con algunas sencillas soluciones. Utilice SERS o TERS para aumentar la sensibilidad y resolución espacial de dispersión Raman.
La espectroscopia Raman es una técnica analítica polivalente empleada para caracterizar la composición química y estructural. Vea algunos retos e inconvenientes detectados durante el análisis Raman y la solución a estos problemas. También se tratan los factores que influyen en la resolución espacial. Para obtener una resolución espacial a escala nanométrica, puede utilizar la espectroscopia Raman de punta mejorada (TERS).
Retos y consideraciones sobre la aplicación de la espectroscopia Raman
A pesar de las múltiples ventajas de la espectroscopia Raman, a veces es necesario superar algunos retos prácticos. Estos problemas se aplican a todos los dispositivos Raman. Disponemos de soluciones para que pueda obtener los mejores resultados del sistema Raman.
Vea a continuación algunas soluciones y consejos prácticos.
1. El efecto Raman es relativamente débil
Los sistemas Raman de Renishaw utilizan diseños ópticos altamente eficientes y detectores ultrasensibles.
2. Los fondos fluorescentes fuertes pueden enmascarar las bandas Raman
Mediante el uso de un sistema de láser múltiple, puede cambiar a una longitud de onda de excitación diferente. Por ejemplo, cambiar de un láser visible a un láser de infrarrojo cercano (por ejemplo, 785 nm), por lo general, reduce la fluorescencia. Esto aumenta sus posibilidades de generar espectros con bandas Raman nítidas.
3. Muchas superficies de muestras no son planas
En el pasado, obtener imágenes Raman en muestras desiguales era complicado. Ahora, con la tecnología de enfoque LiveTrack, los microscopios Raman de Renishaw mantienen el enfoque automáticamente durante la obtención de datos. Puede estudiar fácilmente los cambios de la composición química y la estructura con la topografía.
4. Los contenedores de cristal y los portaobjetos del microscopio pueden enmascarar las bandas Raman de las muestras
a. Cambie los portaobjetos de vidrio del microscopio por unos de acero inoxidable.
b. Para células biológicas, puede utilizar portaobjetos de acero inoxidable pulido de espejo, CaF2 o MgF2.
c. Cambie los contenedores de vidrio estándar por unos de cuarzo, que producen un fondo más bajo a 785 nm que el cristal estándar.
5. Los contenedores y sustratos pueden contribuir al espectro
Puede controlar el nivel de confocalidad del microscopio Raman confocal inVia™ y el analizador Raman Virsa™. Combine un objetivo de microscopio de gran apertura numérica (N.A.) con un ajuste del dispositivo de alta confocalidad para minimizar el volumen de la muestra. Esto ayuda a contrarrestar cualquier contribución no deseada del sustrato o de los materiales del recipiente.
Para analizar un grupo de muestras en un contenedor transparente, puede usar una lente de bajo NA para enfocar el envase. Esta es otra forma de maximizar la señal Raman del material de interés y minimizar la contribución espectral del contenedor.
6. Una alta potencia láser puede dañar las muestras
Los láseres se utilizan para generar la dispersión Raman. La señal Raman es proporcional a la potencia del láser, de modo que más potencia significa una señal más fuerte.
No obstante, todas las muestras tienen un límite máximo de densidad de potencia láser que, si se supera, pueden producirse cambios en la composición química o estructural. Ve a continuación las soluciones:
a. Diseño de espectrómetro de alto rendimiento; puede producir las señales Raman más altas con láseres de muy baja potencia.
b. La potencia láser se controla por software y es repetible. De este modo, tiene la seguridad de que la muestra no ha cambiado.
c. Reparte la potencia del láser incidente en un área mayor mediante el modo de enfoque de línea. Puede hacerlo con un microscopio inVia, un analizador farmacéutico RA802 y un analizador biológico RA816.
7. Elimine automáticamente los rasgos característicos de los rayos cósmicos con el software WiRE™
Los rayos cósmicos son partículas de alta energía que se originan fuera de la atmósfera de la Tierra. Si los rayos cósmicos impactan un detector durante la obtención de datos, los espectros mostrarán picos de alta intensidad. Las imágenes Raman grandes contienen a menudo miles de dispositivos de rayos cósmicos.
El software WiRE automatiza completamente la eliminación de rayos cósmicos de imágenes Raman grandes que contienen hasta 50 millones de espectros. A continuación, puede ejecutar automáticamente el proceso de análisis para producir resultados fiables.
Resolución espacial de una imagen Raman
Hay algunos factores que determinan la resolución espacial de un microscopio Raman:
• Tamaño del punto láser
Es una función de la apertura numérica del objetivo (N.A.) y la longitud de onda del láser. Es decir, cuanto más alto es la N.A. Y más cortas las longitudes de onda, menores son los tamaños del punto.
• Espaciado entre los puntos de adquisición de la muestra
Es una función de la plataforma de muestra. La plataforma codificada de alta velocidad MS30 de Renishaw tiene un amplio rango de desplazamiento con un tamaño de paso pequeño de hasta 50 nm. Estos tamaños de paso son menores que el tamaño mínimo del punto láser limitado por la difracción.
• La amplificación de la óptica del espectrómetro y por el tamaño de los píxeles CCD.
En última instancia, esto está limitado, por la naturaleza ondulatoria inherente de la luz, a algo menos de una micra.
Ecuaciones para calcular el tamaño del punto limitado por difracción Abbe y el límite de resolución lateral teórico de un objetivo de microscopio y la longitud de onda de la luz.
Explicación de la espectroscopia Raman
¿No conoce la espectroscopia Raman? Conozca rápidamente las bases del análisis Raman.
Dispersión Raman de superficie mejorada (SERS)
La dispersión Raman de superficie mejorada (SERS) puede aumentar la intensidad de la dispersión Raman de moléculas absorbidas por substratos SERS. Los substratos SERS pueden ser superficies metálicas rugosas o nanopartículas metálicas coloidales. En algunos casos, el aumento de la señal puede ser hasta mil millones de veces. SERS puede detectar concentraciones muy bajas de material. Una técnica muy completa en campos como el análisis forense o biosensor.
Dos efectos hacen que mejore la dispersión Raman resonante de las moléculas cercanas al sustrato SERS metálico:
• El metal puede amplificar los campos eléctricos de la luz láser entrante y de la luz dispersada Raman saliente
• El metal puede alterar la distribución de cargas dentro de las moléculas adsorbidas, provocando una dispersión mayor
Dispersión Raman de punta reforzada (TERS)
La dispersión Raman de punta reforzada (TERS) es un tipo de SERS que utiliza una punta con recubrimiento metálico para ampliar la señal Raman. La técnica TERS amplía la señal Raman de moléculas a pocos nanómetros de la punta. Este método puede resolver las partículas de tamaño nanométrico. En comparación, la resolución espacial limitada por difracción de la dispersión Raman en campo lejano convencional es de > 0,2 μm.
Puede usar TERS para obtener imágenes químicas de máxima resolución. Para hacerlo, puede comparar el espectro de la superficie de la muestra con y sin la punta. La punta TERS se monta normalmente en un microscopio de sonda de exploración (SPM) o en uno de fuerza atómica (AFM). El microscopio inVia Raman de Renishaw puede realizar mediciones SPM/AFM in-situ, incluido TERS.
El sistema Raman-SPM/AFM combinado de Renishaw está disponible con opciones TERS.
Imagen AFM de una escama de grafeno con espectros Raman de mediciones de campo lejano y TERS. El espectro Raman TERS resuelve fácilmente las pequeñas regiones de grafeno de una capa. El espectro de campo lejano Raman tiene una banda 2D más amplia, que muestra la contribución de grafeno de doble capa próximo.
¿Qué es la espectroscopia Raman?
Continúe la exploración de espectroscopia Raman y fotoluminiscencia (PL). Respondemos a sus preguntas sobre microscopia Raman, imágenes rápidas Raman, análisis de datos, y técnicas de análisis de fluorescencia y complementaria.
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