eng
Выпуск #2/2015
В.Копачевский, С.Шашков, A.Гвоздев, В.Смирнов
Ультранизкочастотная рамановская спектроскопия c использованием конфокальных микроскопов серии Сonfotec
Ультранизкочастотная рамановская спектроскопия c использованием конфокальных микроскопов серии Сonfotec
Просмотры: 2965
Компания “СОЛ инструментс” предлагает новую опцию для сканирующих конфокальных микроскопов, которая позволяет проводить измерения низкочастотных спектров комбинационного рассеяния (<50 см-1). Работа вблизи линии возбуждения обеспечивается узкополосными режекторными фильтрами BragGrate (Optigrate).
Теги: confocal microscope filter raman scattering комбинационное рассеяние конфокальный микроскоп фильтр
Метод комбинационного (рамановского) рассеяния света (КР) широко применяется на практике при исследовании самых разнообразных веществ. Данный тип рассеяния дает ключевую информацию о структуре молекул. Oн позволяет идентифицировать молекулярные компоненты в образцах, анализировать их распределение с высоким пространственным разрешением. Однако большинство исследований направлено на изучение внутримолекулярных колебаний, рамановские смещения которых превышают 100 см-1. Публикации, посвященные низкочастотным спектрам комбинационного рассеяния (<100 cм-1), встречаются в научной литературе редко.
Вместе с тем низкочастотная спектроскопия комбинационного рассеяния перспективна для исследований большого круга материалов и позволяет получать о них важную информацию. Например, в полимерах – это продольные акустические моды, в различных кристаллах – колебания в кристаллических решетках, в углеродных нанотрубках – радиальные полносимметричные моды, в графеновых слоях – C-пики в рамановских спектрах, в полупроводниковых материалах – акустические фононы, в газах – вращательные моды, в фармацевтических таблетках – низкочастотные характеристические колебания и т.д.
Регистрация рамановских спектров в низкочастотной области сопряжена с трудностями детектирования слабого КР-сигнала на фоне сильного сигнала рэлеевского рассеяния (рассеяния света без изменения длины волны возбуждающего лазера). Существующие режекторные "notch" фильтры имеют полосу порядка 300 см-1 (рис.1, кривая 1), которая ограничивает возможность измерения спектров в низкочастотной области. Длинноволновые пропускающие "edge" фильтры позволяют ближе подойти к лазерной линии (рис.1, кривая 2), но в спектральный детектор попадает определенная доля более интенсивного рэлеевского излучения. Измерение рамановских спектров вблизи возбуждающей лазерной линии (5–100 см-1) можно выполнять на системах с тройным монохроматором. Однако, тройные монохроматоры дороги, весьма габаритны и имеют малое оптическое пропускание. Детектирование слабых сигналов требует в таких системах длительных времен накопления, что практически исключает их применимость для микроскопии комбинационного рассеяния света. В КР-микроскопии требуется получать изображения микрообъектов, многократно детектируя сигналы в различных точках образца [1].
Для выделения рамановского сигнала на фоне рэлеевского рассеяния можно использовать специальные фильтры на основе объемных брэгговских решеток BragGrate [2], отличающихся высокой селективностью (рис.1, кривая 3). Достоинства фильтров BragGrate – узкая полоса пропускания (~5 см-1), высокая степень ослабления возбуждающего лазерного излучения (оптическая плотность >4) и прозрачность для рамановских сигналов (до 85%), что позволяет их применять для исследования ультранизкочастотных спектров (<50 см-1) в системах с одинарными монохроматорами [1]. При этом уменьшается размер системы и сохраняется ее высокое оптическое пропускание.
Оптическая схема конфокального микроскопа серии Сonfotec с одинарным монохроматором и опцией для ультранизкочастотной рамановской спектроскопии представлена на рис.2. Характерной особенностью данной схемы является наличие полосового BragGrate-Bandpass-фильтра для очистки от шума лазерного спектра (ширина полосы менее 100 пм) и трех BragGrate-Notch-фильтров, которые позволяют проводить измерения рамановских сдвигов до 5 см-1. Низкочастотный спектр рамановского рассеяния серы, приведенный на рис.3, демонстрирует возможность использования приборов серии Confotec с одинарными монохроматорами для измерений как в стоксовой, так и в антистоксовой областях спектра.
Модификация конфокального микроскопа серии Confotec с дополнительными фильтрами для ультранизкочастотной рамановской спектроскопии тестировалась дополнительно на различных политипах CdI2. Зарегистрированные при комнатной температуре низкочастотные спектры комбинационного рассеяния представлены на рис.4. В спектре CdI2 наблюдается несколько рамановских пиков. Узкий пик в области 15,8 см-1 относится к Е2-моде 4H-политипа (пространственная группа С64v). Другие полосы соответствуют Eg (45,1 cм-1) и Ag (111,3 cм-1) модам 2H-политипа CdI2 с симметрией D33d.
В дополнение к предыдущим данным приведем рамановские спектры различныx фармацевтических таблеток, имеющих низкочастотные характеристические колебания. Все наблюдаемые КР-пики имеют частоты близкие к линии возбуждения (рис.5, 6).
В результате проведенных исследований продемонстрирована применимость рамановских спектрометров серии Confotec, оснащенных брэгговскими объемными фильтрами, для регистрации ультранизкочастотных спектров (<50 см-1) разнообразных веществ.
ЛИТЕРАТУРА
1. Микроскопия. URL: http://solinstruments.com/ru/analysis/microscopy.
2. Объемные брэгговские решетки. URL: http://www.optigrate.com/BragGrate_Notch.html.
Вместе с тем низкочастотная спектроскопия комбинационного рассеяния перспективна для исследований большого круга материалов и позволяет получать о них важную информацию. Например, в полимерах – это продольные акустические моды, в различных кристаллах – колебания в кристаллических решетках, в углеродных нанотрубках – радиальные полносимметричные моды, в графеновых слоях – C-пики в рамановских спектрах, в полупроводниковых материалах – акустические фононы, в газах – вращательные моды, в фармацевтических таблетках – низкочастотные характеристические колебания и т.д.
Регистрация рамановских спектров в низкочастотной области сопряжена с трудностями детектирования слабого КР-сигнала на фоне сильного сигнала рэлеевского рассеяния (рассеяния света без изменения длины волны возбуждающего лазера). Существующие режекторные "notch" фильтры имеют полосу порядка 300 см-1 (рис.1, кривая 1), которая ограничивает возможность измерения спектров в низкочастотной области. Длинноволновые пропускающие "edge" фильтры позволяют ближе подойти к лазерной линии (рис.1, кривая 2), но в спектральный детектор попадает определенная доля более интенсивного рэлеевского излучения. Измерение рамановских спектров вблизи возбуждающей лазерной линии (5–100 см-1) можно выполнять на системах с тройным монохроматором. Однако, тройные монохроматоры дороги, весьма габаритны и имеют малое оптическое пропускание. Детектирование слабых сигналов требует в таких системах длительных времен накопления, что практически исключает их применимость для микроскопии комбинационного рассеяния света. В КР-микроскопии требуется получать изображения микрообъектов, многократно детектируя сигналы в различных точках образца [1].
Для выделения рамановского сигнала на фоне рэлеевского рассеяния можно использовать специальные фильтры на основе объемных брэгговских решеток BragGrate [2], отличающихся высокой селективностью (рис.1, кривая 3). Достоинства фильтров BragGrate – узкая полоса пропускания (~5 см-1), высокая степень ослабления возбуждающего лазерного излучения (оптическая плотность >4) и прозрачность для рамановских сигналов (до 85%), что позволяет их применять для исследования ультранизкочастотных спектров (<50 см-1) в системах с одинарными монохроматорами [1]. При этом уменьшается размер системы и сохраняется ее высокое оптическое пропускание.
Оптическая схема конфокального микроскопа серии Сonfotec с одинарным монохроматором и опцией для ультранизкочастотной рамановской спектроскопии представлена на рис.2. Характерной особенностью данной схемы является наличие полосового BragGrate-Bandpass-фильтра для очистки от шума лазерного спектра (ширина полосы менее 100 пм) и трех BragGrate-Notch-фильтров, которые позволяют проводить измерения рамановских сдвигов до 5 см-1. Низкочастотный спектр рамановского рассеяния серы, приведенный на рис.3, демонстрирует возможность использования приборов серии Confotec с одинарными монохроматорами для измерений как в стоксовой, так и в антистоксовой областях спектра.
Модификация конфокального микроскопа серии Confotec с дополнительными фильтрами для ультранизкочастотной рамановской спектроскопии тестировалась дополнительно на различных политипах CdI2. Зарегистрированные при комнатной температуре низкочастотные спектры комбинационного рассеяния представлены на рис.4. В спектре CdI2 наблюдается несколько рамановских пиков. Узкий пик в области 15,8 см-1 относится к Е2-моде 4H-политипа (пространственная группа С64v). Другие полосы соответствуют Eg (45,1 cм-1) и Ag (111,3 cм-1) модам 2H-политипа CdI2 с симметрией D33d.
В дополнение к предыдущим данным приведем рамановские спектры различныx фармацевтических таблеток, имеющих низкочастотные характеристические колебания. Все наблюдаемые КР-пики имеют частоты близкие к линии возбуждения (рис.5, 6).
В результате проведенных исследований продемонстрирована применимость рамановских спектрометров серии Confotec, оснащенных брэгговскими объемными фильтрами, для регистрации ультранизкочастотных спектров (<50 см-1) разнообразных веществ.
ЛИТЕРАТУРА
1. Микроскопия. URL: http://solinstruments.com/ru/analysis/microscopy.
2. Объемные брэгговские решетки. URL: http://www.optigrate.com/BragGrate_Notch.html.
Отзывы читателей
