Konfokale Ramanmikroskopie bezeichnet die Fähigkeit, das Analysevolumen der Probe räumlich zu filtern, also in den XY- (lateralen) und Z-(Tiefen-)Achsen.
Die Raman-Mikroskopie koppelt ein Raman-Spektrometer mit einem Standard-optischen Mikroskop, was eine Hochvergrößerungsvisualisierung einer Probe und eine Raman-Analyse mit einem mikroskopischen Laserpunkt ermöglicht. Die Raman-Mikroskopie ist einfach: Einfach die Probe unter das Mikroskop legen, fokussieren und eine Messung vornehmen.
Allein das Hinzufügen eines Mikroskops zu einem Raman-Spektrometer liefert kein kontrolliertes Abtastvolumen – dafür ist ein räumlicher Filter erforderlich. Konfokale Ramanmikroskopie bezeichnet die Fähigkeit, das Analysevolumen der Probe räumlich zu filtern, also in den XY- (lateralen) und Z-(Tiefen-)Achsen.
Heute werden mehrere Methoden verwendet (zum Beispiel echte konfokale Apertur- oder pseudo-konfokale Spalt-Binning-Techniken), und einige sind besser als andere. Es ist jedoch gut belegt, dass es mit einem echten konfokalen Raman-Mikroskop möglich ist, einzelne Partikel oder Schichten mit Abmessungen von nur 1 μm und darunter zu analysieren.
Bei einem echten konfokalen Design liegt die typische räumliche Auflösung in der Größenordnung von 0,5-1 µm.
Bei einem echten konfokalen Mikroskop werden die Grenzen der räumlichen Auflösung hauptsächlich durch die Laserwellenlänge und die Qualität des verwendeten Laserstrahls sowie den gewählten Mikroskopobjektivtyp usw. bestimmt. Für die höchste räumliche Auflösung erzielt man oft optimale Ergebnisse mit einem optimal abgestimmten Objektiv hoher Vergrößerung und Anregung durch einen sichtbaren Laser. Die typische räumliche Auflösung liegt im Bereich von 0,5–1 µm.
Wie der Name schon sagt, ist die Remote-In-situ-Raman-Analyse eine Methode zur Analyse einer Probe direkt vor Ort, also an einem entfernten Ort, anstatt eine Probe entnehmen und zu einem Raman-Spektrometer transportieren zu müssen. Sie wird häufig in industriellen Anwendungen eingesetzt, beispielsweise zur Überwachung von Reaktionskomponenten in Reaktionsgefäßen (von kleinen Glasflaschen bis hin zu industriellen Reaktoren) und zur Analyse von Chemikalien an verschiedenen Stellen in Rohrleitungen.
Die Remote-In-situ-Raman-Spektroskopie wird häufig mithilfe von Glasfasern durchgeführt. Dadurch kann ein Raman-Sondenkopf mit einem Spektrometer gekoppelt werden (das mehrere hundert Meter vom Messpunkt entfernt sein kann). Ein einzelnes Kabel überträgt den Laserstrahl zur Probe, während eine weitere Faser das Raman-Signal von der Probe zu einem Standard-Spektrometer und Detektionssystem leitet. Diese beiden Kabel sind mit einem kompakten, robusten Raman-Sondenkopf verbunden, der den Laser auf die Probe fokussiert und das Raman-Signal erfasst.
Die Sonden sind für den Einsatz bei hohen Temperaturen und Drücken geeignet. Sie können entweder im Immersionsmodus arbeiten (bei dem der Analysekopf in die Reaktionsflüssigkeit getaucht wird) oder im Stand-off-Modus (bei dem die Analyse erfolgt, indem der Laser durch ein transparentes Fenster im Reaktionsbehälter oder der Pipeline fokussiert wird).
Die In-situ-Raman-Analyse kann verwendet werden für:
Die Transmissions-Raman-Spektroskopie (oder TRS) ist eine Form der Raman-Analyse, die sich ideal für die Massenanalyse von undurchsichtigen/trüben Materialien eignet.
Die Transmissions-Raman-Spektroskopie (oder TRS) ist eine Form der Raman-Analyse, die sich ideal für die Massenanalyse von undurchsichtigen/trüben Materialien eignet. Transmission Raman basiert auf der Sammlung von Raman-Licht, das sich durch die Probe in Richtung des Anregungslasers ausbreitet – im Wesentlichen wird die Probe von einer Seite mit dem Anregungslaser beleuchtet und das Raman-Signal von der anderen Seite empfangen.
Obwohl die Probe undurchsichtig ist, kann das Licht des Lasers durch Lichtstreuprozesse durch die Probe hindurchströmen. Viele dieser Photonen enthalten Raman-Informationen, sodass eine Transmissions-Raman-Spektroskopie möglich ist.
Im Gegensatz zu herkömmlichen Raman-Spektrometern und Mikroskopsystemen ermöglicht die Transmissionsgeometrie eine echte Massenanalyse des gesamten Probenvolumens (zum Beispiel einer pharmazeutischen Tablette).
Die Übertragung Raman ist kontaktlos, nicht-invasiv und nicht zerstörerisch. Es erfordert keine Probenvorbereitung. Wichtig ist, dass die Messung unempfindlich gegenüber Partikelgrößeneffekten, Probenhomogenität und -orientierung ist.
Die Transmissions-Raman-Spektroskopie kann verwendet werden, um Folgendes zu verstehen:
Die Resonanz-Raman-Spektroskopie ist eine Variante der 'normalen' Raman-Spektroskopie. Die 'normale' Raman-Spektroskopie verwendet Laseranregung bei beliebigen Wellenlängen, um die Raman-Streuung dieses Laserlichts zu messen.
Ungeachtet der vielen praktischen Probleme, die durch die Verwendung verschiedener Laserwellenlängen entstehen, ist das Endergebnis unabhängig von der verwendeten Wellenlänge sehr ähnlich.
Im Resonanz-Raman wird die Anregungswellenlänge sorgfältig so gewählt, dass sie sich mit (oder sehr nahe an) einem elektronischen Übergang liegt – das bedeutet typischerweise in einem Bereich mit UV-sichtbarer Absorption. Eine solche Überlappung kann zu Streuintensitäten führen, die um die Faktoren 102–106 erhöht werden – somit können Detektionsgrenzen und Messzeiten erheblich verbessert werden. Da die Anregung jedoch mit der UV-sichtbaren Absorption zusammenfällt, können Fluoreszenzhintergründe signifikant und problematischer sein als bei der 'normalen' Raman-Streuung.
Ein alternativer Ansatz ist die oberflächenverstärkte Raman-Streuung (SERS), die ähnliche Intensitätsanstiege um eine Größenordnung bietet. Der Vorteil von SERS gegenüber dem Resonanz-Raman besteht darin, dass die Fluoreszenz unterdrückt wird, während das Raman verstärkt wird, wodurch das Fluoreszenz-Hintergrundproblem des Resonanz-Raman beseitigt wird.
Für bestimmte spezifische Anwendungen können die Vorteile von Resonanz-Raman mächtig sein. Ein Beispiel dafür ist die Verwendung von Resonanz-Raman zur Analyse von Umweltschadstoffen, bei denen Konzentrationen im Bereich von Teilen pro Milliarde (ppb) und Teilen pro Million (ppm) nachgewiesen werden können.
Praktisch kann das Resonanz-Raman auf jedem Raman-System untersucht werden, und die eigentliche Messung erfolgt auf die standardisierte Weise. Die offensichtliche Voraussetzung ist eine geeignete Laseranregung, um Resonanzbedingungen zu erfüllen.
Die Übertragungskonfiguration erlaubt die Verwendung der objektiven Objektive mit der höchsten numerischen Apertur (NA) (einschließlich der Immersionsobjektive). Die Reflexionskonfiguration kann für jede Art von Samples verwendet werden (undurchsichtig und transparent), ist jedoch auf niedrigere NA-Ziele beschränkt.
TERS (Tip Enhanced Raman Spectroscopy) bringt Raman-Spektroskopie in nanoskalige Bildgebung. TERS ist eine superauflösende chemische Technik. Noch besser: Es handelt sich um eine labelfreie Superauflösungs-Bildgebungstechnik, die durch unsere neuartige Technologie zu einer wichtigen neuen Bildgebungstechnologie erweitert wurde.
TERS Bildgebung erfolgt mit einem AFM/Raman-System, bei dem ein Rastersondenmikroskop (SPM, das bei Atomkraft, Rastertunneling oder normaler/Scherkraft-Modus eingesetzt werden kann) über eine optomechanische Kopplung mit einem konfokalen Raman-Spektrometer integriert ist. Das Rastersondenmikroskop ermöglicht nanoskalige Bildgebung, die optische Kopplung bringt den Anregungslaser zur funktionalisierten Spitze (oder Sonde), und das Spektrometer analysiert das Raman- (oder anderweitig gestreute) Licht und liefert ein hyperspektrales Bild mit nanometergroßem chemischem Kontrast.
Ein TERS System basiert auf einer Metallspitze (üblicherweise aus Gold oder Silber), die das einfallende Lichtfeld an der Spitze konzentriert. Die Spitze fungiert als Nanolichtquelle und lokaler Feldverstärker, wodurch die Raman-Empfindlichkeit erheblich gesteigert wird (um den Faktor 10³–10⁷) und das untersuchte Volumen auf den Nanobereich unmittelbar unterhalb der Spitze reduziert wird. Die optische Kopplung der beiden Instrumente erfolgt konfokal. Für diese Kopplung existieren zwei Konfigurationen: eine in Transmission und eine in Reflexion (Abb. 28), die jeweils ihre Vor- und Nachteile aufweisen.
Die Übertragungskonfiguration erlaubt die Verwendung der objektiven Objektive mit der höchsten numerischen Apertur (NA) (einschließlich Immersionsobjektive), was eine hohe Leistungsdichte am Fokuspunkt ermöglicht und die Erfassung hoher Signalpegel ermöglicht, aber sie kann nur für transparente Samples verwendet werden. Die Reflexionskonfiguration kann für jede Art von Samples verwendet werden (undurchsichtig und transparent), ist jedoch auf niedrigere NA-Ziele beschränkt.
Durch die Kombination von Punkt-für-Punkt-Scanning und gleichzeitiger Spektrumerfassung können Nahfeld-Raman-Kartierungen mit lateraler Auflösung bis zu zehn Nanometern oder weniger durchgeführt werden.
Transmissions-Raman-Geräte für pharmazeutische Anwendungen sind außerhalb der Vereinigten Staaten von Amerika, Europa und Indien erhältlich.
Haben Sie Fragen oder Wünsche? Nutzen Sie dieses Formular, um mit unseren Spezialisten in Kontakt zu treten.
