導讀:拉曼光譜在實際運用中,激光的聚焦點擁有強有力的分析信號,這樣以來,即便樣本材料放置在袋子、玻璃瓶及試管等容器中,僅需將激光聚焦在樣本器皿內的一點,便可輕松獲得該樣本的拉曼光譜。
共聚焦顯微拉曼光譜儀在高聚物領域的應用
簡介
拉曼光譜在實際運用中,激光的聚焦點擁有強有力的分析信號,這樣以來,即便樣本材料放置在袋子、玻璃瓶及試管等容器中,僅需將激光聚焦在樣本器皿內的一點,便可輕松獲得該樣本的拉曼光譜。不同于吸收光譜,拉曼光譜的分析信號并非整合進整個光通路中,因而,樣本的內部焦點之外區(qū)域的光譜顯示得微乎其微。
拉曼顯微鏡具有多種光學設計,可根據具體適用用途的需要而對內部焦點區(qū)域大小進行調整。例如,使用焦點深度較高的光學系統(tǒng),能夠使得樣本光譜對樣本整體更具代表性。反之,如果目標是描述樣本內特定小點的特性,小型號激光點和較小焦點深度的光學系統(tǒng)會更能發(fā)揮這方面的優(yōu)勢。
顯微鏡光譜儀系統(tǒng),內含整合共聚焦顯微鏡,有著*的空間分辨率。該光學系統(tǒng)中含有共聚焦顯微鏡,在成像平面上增添探測針孔。該針孔會屏蔽樣本周邊區(qū)域,僅留取特定區(qū)域給光譜顯微鏡以作觀察。圖1簡要演示了共聚焦針孔提升空間分辨率的原理。
適用用途
首先舉的拉曼光譜的適用實例,是在纖維素薄膜產品表面使用的分散劑,在高倍顯微鏡下進行觀察。可以看到分散劑呈微小晶體,體積從小于一微米到幾微米不等。首先將顯微鏡聚焦在薄膜,隨后是單個微晶,觀察取得的數據如圖表2所示。圖表展示了共聚焦針孔對特定點展開分析,且同時可排除周圍介質的影響,由此便得到近乎純凈的表面碳酸鈣微晶的光譜。選取一小晶體簇,使用掃描軟件進行掃描。圖3分別顯示了碳酸鈣1088 cm-1位移下的掃描成像以及拉曼成像。可以注意到,這兩個成像的晶體形狀近乎完全一致。結合了高空間分辨率和的顯微鏡控制,成像的品質才得以保持這樣的高水準。
這項技術*強大的應用優(yōu)勢在于,采用了共聚焦拉曼顯微鏡非破壞性地觀測樣本內部。通過簡易地逐層深入聚焦薄膜復合層,可以輕松檢測層壓高聚物薄膜。圖4是該方面研究的示意圖。聚合物薄膜從化學方面加以改良后,共焦拉曼的強大功能可以深入樣品內部檢測其改良特性,位移1605 cm-1處可以看出改良的變化。位移1605 cm-1處的強度橫截面示意圖如圖5所示。薄膜厚度約為12微米,改良表面的厚度(在這種情況下從二階微分的零交點開始),約為1.8微米。共聚焦拉曼在這方面應用的優(yōu)勢在于,可獲得表層的光譜,從而研究改良化學性能,且估計出每層的厚度。無須橫截或者破壞樣本,便順利完成分析。
共聚焦技術在應用時并不要求樣本具有明顯的層或范圍。圖6 展示了對聚乙烯薄膜上的一個凝膠瑕疵點的構成進行探測的結果,這種瑕疵點有時被稱為“魚眼”。與顯示明顯對比的外部與內部構成數據不同,在這里,數據更是顯示了坡度。隨著對瑕疵更深層的區(qū)域進行探測,2850/2885 cm-1峰值的比率持續(xù)縮小。整個過程中,樣本位移共計45微米。對凝膠結構有明顯影響的C-H取代作用的
結論
體而言,拉曼光譜非常適合應用于高聚物研究。樣本不限形式,串珠、薄膜,或注塑元件均可,并且觀察探測過程不會進行破壞性分析,僅需對樣本加以非常簡單的預備或者完全無須預備。拉曼光譜對高聚物顯微結構、主鏈、潔凈度和構造非常敏感。測量參數,如共聚物比率,可采用的定量方法。隨著共聚焦拉曼顯微鏡越來越廣泛的應用,許多其他有關瑕疵分析、產品界定和競爭力產品研究方面的用途,將會不斷涌現(xiàn)。
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