顯微拉曼光譜儀可在微米級微區實現對樣品化學組成、晶體結構的無損檢測,空間分辨率可達1-2微米。
顯微拉曼光譜儀的檢測核心依托拉曼散射效應,即光與物質分子相互作用產生的非彈性散射現象,結合顯微聚焦成像技術,實現微區樣品的準確光譜采集與分析。
當單色激光光源發出的激發光照射到樣品表面時,光子與樣品分子會發生兩種散射作用。第一種為瑞利散射,屬于彈性散射,絕大多數入射光子與分子發生彈性碰撞,僅改變傳播方向,光子能量、光的頻率與波長保持不變,這部分散射光強度高,但不攜帶分子結構信息,是檢測中需要過濾的干擾信號。
第二種為拉曼散射,屬于非彈性散射,僅有約百萬分之一的光子與樣品分子發生能量交換,光子能量、頻率發生改變,產生頻率位移現象,該位移量被定義為拉曼位移。根據能量交換形式,拉曼散射可分為兩類:一是斯托克斯散射,光子將部分能量傳遞給分子,自身能量降低、波長變長、頻率降低;二是反斯托克斯散射,分子將自身振動能量傳遞給光子,光子能量升高、波長變短、頻率升高。
拉曼位移的數值僅與樣品分子的化學鍵振動、轉動能級特性相關,與入射激光波長無關,是每種物質的“分子指紋”。通過解析拉曼光譜的峰位、峰強、峰形及位移數據,即可準確判定樣品的分子組成、晶型結構、分子作用力、微觀缺陷及應力狀態等關鍵信息。
區別于普通拉曼光譜儀,顯微拉曼光譜儀集成高精度顯微光學系統,可通過物鏡將激光準確聚焦至微米甚至亞微米級微區,實現定點激發檢測。同時,顯微成像系統可實時觀測樣品微觀形貌,準確定位待測區域,有效規避樣品雜質、基體干擾,解決了傳統光譜檢測無法微區準確分析的難題,實現“所見即所測”的原位檢測效果。
儀器整體工作流程閉環且準確:先激光光源輸出穩定單色激發光,經光路系統濾光、校準后,通過顯微物鏡聚焦照射樣品微區;樣品產生的散射光經物鏡回收,通過濾光系統剔除高強度瑞利散射光,保留有效拉曼散射信號;隨后散射光傳入分光系統,經光柵色散拆分不同波長的信號光;探測器將光信號轉化為電信號,傳輸至數據處理系統,生成可視化拉曼光譜圖譜,完成數據分析與結果輸出。
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