Spectroscopie Raman microscopique confocale

La diffusion Raman appartient à une diffusion inélastique,Est utilisé pour la rechercheRéseau cristallinEtMoléculesdeVibrationsLe modèle,RotationUne technique spectrale pour les modes et autres modes basse fréquence dans un système.Son principe est illustré ci - dessous1Montré:

Figure1 Carte des niveaux d'énergie de transition moléculaire. Différentes transitions de niveau correspondent à différents signaux Raman. La finesse de la ligne indique approximativement la force et la faiblesse du signal.

Supposons que la molécule de diffuseur se trouve à l'état fondamental, le niveau d'énergie de vibration est comme illustré1Montré. Lorsque la lumière incidente illumine une molécule, la lumière d'excitation et l'action de la moléculeRendre la moléculePolarisationLe taux change, ce qui équivaut à une absorption imaginaire du photon par la molécule，Permettant ainsiTransition électroniqueàUn niveau d'énergie imaginaire(virtuelleénergieétat), électrons au niveau imaginaireImmédiatementPassage au niveau inférieurEt libérer les photons, à savoirLumière diffusée- Oui.Parmi eux, la grande majoritéLumière diffuséeLa même fréquence que la lumière incidente,C'est - à - dire que dans l'interaction de la molécule avec la lumière, il n'y a pas de transfert d'énergie, c'est la diffusion élastique, appelée Diffusion Rayleigh; Et il y a une très petite partie de la lumière dispersée, avec des molécules ou un transfert d'énergie entre les réseaux, ce qui entraîne un changement de fréquence de la lumière diffusée, cette partie de la diffusion est appelée Diffusion Raman.. à RamanLe spectreDans, encore une fois, appeler Stokes les raies spectrales dont la fréquence est inférieure à la fréquence de la lumière incidenteLigneLes raies spectrales dont la fréquence est supérieure à celle de la lumière incidente sont appelées raies anti - Stokes.

Parce que le mode de vibration de différentes molécules ou atomes est un, sa fréquence de diffusion Raman de la lumière est également spécifique, par conséquent, le spectre Raman est également connu sous le nom de“Empreintes moléculaires« etLe spectre. Les applications de la spectroscopie Raman sont très larges et permettent de caractériser des informations sur la composition chimique, la structure chimique, la phase et la morphologie, la cristallinité et les interactions moléculaires des matériaux, ainsi que d'obtenir des informations sur les impuretés, les contraintes et la température dans les cristaux.

Comme la taille des détections dans les différents domaines d'application ci - dessus continue de diminuer, en particulier à l'échelle micrométrique, voire nanométrique, l'analyse de la spectroscopie Raman nécessite une amélioration de sa résolution spatiale, de sorte que la technologie de détection par spectroscopie Raman à Microscope confocal a vu le jour, en combinant la fonction de microamplification du microscope et le trou confocal.Fonctions de domaine limité, permet d'augmenter la résolution spatiale de la détection Raman jusqu'à la limite de diffraction optique, c'est - à - dire de l'ordre du micromètre voire du submicronique. Figure2Est une représentation schématique du chemin optique typique du microraman confocal

Figure2 Schéma de la spectroscopie Raman microscopique confocale

La spectroscopie microraman confocale permet une résolution tridimensionnelle, en plus de pouvoir analyser des échantillons à l'échelle micro - nanométrique, elle peut également analyser différentes couches et interfaces dans des couches minces multicouches, des impuretés ou des contaminants sous la surface d'échantillons transparents, etc.

Par point Scan ou face scancartographieFonction, capable de réaliser deux spectres RamanVI ouImagerie 3D. Par extractioncartographieInformations Raman en chaque point, l'imagerie Raman peut afficher diverses propriétés matérielles(Composition, structure, phase, polymorphisme, contrainte, cristallinité) etDistribution spatiale.

Confocation microramanApplications spectrales

1.Domaine chimiquePour:

Liaisons chimiques et molécules symétriquesLes fréquences de vibration sont spécifiques, doncSpectroscopie RamanOffertC'est ça.Comme discrimination moléculaireDes moyens importants. Par exemple,SiO, Si2O2,etSi3O3La fréquence vibratoire est identifiable et sert de base à la spectroscopie infrarouge et à l'analyse de coordination en spectroscopie Raman.- Oui.La taille, la force et la forme du pic Raman sont des bases importantes pour l'identification des liaisons chimiques et des groupes fonctionnels. En utilisant les propriétés de polarisation, la spectroscopie Raman peut également servir de base au jugement des isomères moléculaires. En chimie catalytique, la spectroscopie Raman fournit des informations sur la structure des catalyseurs et des substances en surface, ainsi que des analyses en temps réel du processus de préparation des catalyseurs. La spectroscopie Raman est une électrode de recherche/Une approche importante de la structure et des propriétés de l'interface de solution, capable d'étudier en profondeur les problèmes fondamentaux tels que la structure de l'interface électrochimique, l'adsorption et la réaction au niveau moléculaire et appliquée à des domaines tels que l'électrocatalyse, la corrosion et le placage.

(références:de Kraytsberget al.,Journal des sources de puissance 282.(2015):294-298) et

Figure3 LiBatterie ioniqueSiSpectroscopie Raman in situ des électrodes pendant la charge et la décharge

Dans l'évaluationNa₂SPaire d'impuretés précurseursWDopageNa₃PS₄L'ombre de la synthèseSonnerDans, parSpectroscopie RamanPeut être analysé pour obtenirNa₂S-d Dans 481Et,498 cm ⁻¹Présence de polysulfures (Na₂Sₓ), les pics caractéristiques,Na₂S-c Dans 967、1005Et,1025 cm ⁻¹L'apparition du lieuSOₓLes pics associés,Na₂S-p Dans2560 cm ⁻¹Pic faible, indication de traces NaSH(produit de réduction polysulfuré lors de la purification), tous les trois207 cm ⁻¹Là il y a Na₂S Fort pic de vibration. en combinaison avec d'autres techniques, on peut donc extrapoler ensemble:Na₂S-c Contient principalementSOₓLes impuretés,Na₂S-d Polysulfures et tracesSOₓ,Na₂S-p Essentiellement exempt de ces deux catégories d'impuretés, il fournit un précurseur dont la pureté peut être contrôlée pour des études ultérieures sur l'effet de différentes impuretés sur la synthèse de l'électrolyte.（Références:Félix Schnaubeltet al., Energy Mater. 2025, e03047) et

Figure4 Analyse spectroscopique Raman commerciale Na₂S-cTraitées à sec Na₂S-dTraitées par purification Na₂S-pStructure et distribution des impuretés

2.Sécurité alimentaire

La spectroscopie Raman a été utilisée pour détecter différentes concentrations d'adultérants gras non laitiers dans le ghee bovin, y compris les huiles végétales, les huiles minérales et les graisses corporelles porcines. Dans774 cm− 1(paraffinesC-C/C-HTélescopique),971 en cm− 1(CCHBalancement intérieur),1265 et 1656 en cm− 1(cisRHC = CHRLes pics Raman caractéristiques aux vibrations) permettent de distinguer clairement ces dopants.(références:Diniset al.,Contrôle alimentaire,2025,178,111481) et

Figure5 .Huile de vache(CG)Huiles minérales(MO)Huile de palme(PO)Huile d'arachide(Gn0)Huile de coton(OSC)Et graisse corporelle porcine(PBF)Spectres Raman normalisés moyens

Surveillance quantitative de haute précision et non destructive des nitrates d'épinards en serre grâce à la technologie de spectroscopie Raman，En combinaison avec des modèles chimiométriques, des caractéristiques hautement corrélées à la concentration de nitrates sont extraites d'un spectre complexe, permettant une quantification rapide et précise des nitratesDes solutions accessibles au sol pour l'agriculture de précision(références:Paoloet al.,Journal de recherche agricole et alimentaire,2025,21, 101839.) et

Figure6 Spectre Raman empilé de feuilles d'épinards

Marqueurs spectraux dans une gamme spécifique, provenant des modes de vibration des anthocyanes et des glucides, permettant de distinguer avec précision le bleuBerryDifférence de granulométrie fine avec les fraises, les framboises, les mûres,Spectroscopie RamanFournit une compréhension plus approfondie de la composition moléculaire de ces baies et constitue une base solide pour la recherche future sur la sécurité alimentaire et le contrôle de la qualité，Fournit une méthode rapide, non destructive et peu coûteuse pour l'évaluation de la qualité dans l'industrie alimentaire.(références:Étienneet al.,Journal de la composition et de l'analyse des aliments,2025,137:106898) et

Figure7 Les quatre sortesExtraction d'échantillons de baiesSpectroscopie Raman de matière

3.Physique du solidePour:

Caractéristiques des matières premières, mesure de la température et recherche d'échantillonsOrientation cristalline. Par exemple,Pour la distinction entre monocristallin, polycristallin et amorphe, l'élargissement de la spectroscopie Raman permet de caractériser la qualité cristalline, par des paires spécifiquesMode PhononEffectuer une surveillance, capable de cibler deuxMatériaux dimensionnelsDéterminer rapidement son nombre de couches et son épaisseurEn outre, la spectroscopie Raman peut surveiller solideCorpsExcitation à basse fréquence, par exemplePlasmaExcitation des magnétons et des gaz supraconducteurs.ParStokesLigneetAntiLa ligne StokesLe ratio des intensitésCapable de connaître la température du réseau- Oui.（Références:Biplabet al.,Application. Phys. Express, 7, 022401 (2014)) et

Figure8 Nanotubes de nitrure de bore (BNNT) du spectre Raman dans lequel la température du treillis est calculée parE2gLes rapports d'intensité des lignes Stokes et anti - Stokes du mode sont obtenus.

4.Sciences de la vie

La spectroscopie Raman unicellulaire peut fournir de nombreuses informations sur les acides nucléiques intracellulaires, les protéines, la teneur en lipides, etc. elle peut surveiller dynamiquement les changements structurels cellulaires en temps réel sans endommager les cellules, ce qui peut être appliqué au diagnostic de maladies au niveau cellulaire (par exemple, détection de cellules cancéreuses), au traitement des médicaments cellulaires, à la détection de l'activité vitale unicellulaire et à d'autres domaines.(références:Freudigeret al.,Science, 322, 1857 (2008)) et

Figure9 Spectroscopie de diffusion Raman stimulée des gouttelettes lipidiques intracellulaires et des régions intranucléaires (à gauche) et imagerie Raman stimulée (à droite)- Oui.

Outre les cellules animales, la spectroscopie Raman confocale est égalementPour la visualisation non marquée et non destructive de la distribution spatiale de la composition chimique et des caractéristiques structurelles de la paroi cellulaire dans les tissus des racines, des tiges et des feuilles，Soulever simultanément au niveau moléculaire et morphologiquePour des informations multidimensionnelles sur la structure tissulaire complexe des parois cellulaires des plantes.1598, 1621, 1658 cm ⁻¹Pics en position égaleEst la lignine,1092 cm ⁻ ¹ (C-C, C-O)Vibrations télescopiques) etet1337 cm ⁻ ¹ (HCC, HCO)Vibrations déformées) etLe pic, indiquant que la cellulose est le composant principal de la paroi cellulaire,1523, 1156, 1005 cm ⁻¹Le pic fortPourCaroténoïdesCaractéristiques Peak(références:Beumet al.,Plantes 2018, 7, 7) et

Figure10 (A) Spectres Raman prélevés dans différentes villes sous - régionales de la paroi cellulaire du xylème des racines, des tiges, des feuilles

Lignine、Cellulose、Catégorie huroL'abymeImagerie Raman à différents endroits(B)racine(C)Les tiges(D)Les feuilles

5.Semi - conducteurs

La spectroscopie Raman peut être utilisée pour analyser la pureté des matériaux semi - conducteurs, l'analyse des impuretés, des défauts ou des contaminants, l'étude de la composition des alliages, des superréseaux ou des hétérostructures dans les semi - conducteurs composés, les caractéristiques de contrainte ou de déformation, la distribution des dommages du semi - conducteur après implantation ionique, la masse de la couche épitaxiée, les composants, la concentration de porteurs, etc.

Figure11 UniqueZnOImage microscopique du Nano - anneau (à gauche), résultats d'imagerie Raman conventionnelle (au Centre) et résultats d'imagerie Raman polarisée (à droite).

5.Analyse des matériaux

La spectroscopie Raman est un outil puissant pour l'étude de la structure de la matière en science des matériaux,Des analyses structurales peuvent être réalisées sur différents films minces, par example,UniqueCristal, plusieursCristal, microCristalEt du silicium amorphe ainsi que du silicium amorphe boré, du silicium amorphe hydrogéné, du diamant, des classesDiamantMatériaux isocarbonésEtc.; peut effectuer l'analyse de la structure de phase du matériau résistant à haute température, étudier l'effet de taille quantique de divers nanomatériaux,Analyse de la structure moléculaire et de la composition des polymères macromoléculaires, de l'intégrité stéréotactique, de l'orientation des chaînes cristallines et moléculaires, des interactions moléculaires, etc.(références:Wanget al.,Optez. Mère. Express, 10, 1092 (2020)) et

Figure12ReS2Spectroscopie Raman des membranes moléculaires aveccartographie- Oui.

Plus de techniques de spectroscopie Raman:

1.Spectroscopie Raman résonnante

En général, l'énergie de la lumière d'excitation du spectre Raman ne correspond pas au niveau d'absorption de la molécule ou à la bande d'énergie dans le solide, de sorte que l'absorption des photons d'excitation par la molécule est“Le vide« etL'absorption, qui est aussi au début de cet article se réfère à la transition des photons d'absorption électronique à un“État d'énergie imaginaire« etCependant, lorsque l'énergie d'excitation lumineuse se rapproche ou coïncide avec un certain pic d'absorption d'électrons de la molécule à mesurer, l'intensité d'une ou plusieurs bandes Raman caractéristiques de cette molécule peut atteindre celle de la bande Raman normale.104Plus d'un facteur, et on observe des spectres vibratoires Multi - étagés ou combinés difficiles à obtenir dans les effets Raman normaux et dont l'intensité peut être comparée à la fréquence fondamentale.régulierPrincipe de Raman et Raman renforcé par résonance comme illustré3Montré.(références:Louest et al.,Technologie. Cancer Res. Traiter. 12（4),371 (2013)) et

Figure13 Représentation schématique de la transition électronique de diffusion Raman.a)Diffusion Raman conventionnelle; (b) Diffusion Raman résonnante

Figure14 Spectroscopie Raman de résonance des tissus mammaires normaux et cancéreux (532 nmExcité)

2. Spectroscopie Raman augmentée en surface (SERS) et

Dans certaines surfaces ou sols métalliques bien conductrices spécialement préparés,Le signal de diffusion Raman des molécules adsorbées est considérablement amélioré par rapport au signal de diffusion Raman ordinaire, qui est principalement divisé en deux catégories de mécanismes:

（1) mécanisme de renforcement du champ électromagnétique,Principalement en raison de la résonance plasma de surface qui se produit à la surface du métal,Cet effet de renforcement est étroitement lié à la taille et à la forme des nanoparticules métalliques, ainsi qu'à la structure d'agrégation;

（2), le mécanisme d'amélioration chimique, reflétant principalement la nature des sites chimiquement actifs à la surface des nanoparticules, est étroitement lié à la liaison de la molécule sonde à la surface métallique et à l'orientation de l'adsorption moléculaire.

Raman renforcé en surface surmonte l'inconvénient de la faible sensibilité spectrale Raman, peut obtenir des informations structurelles qui ne sont pas facilement disponibles pour la spectroscopie Raman conventionnelle, est largement utilisé dans l'étude de surface, l'étude de l'état de surface de l'interface d'adsorption, l'orientation et la configuration de l'interface des molécules de taille biologique, l'étude de conformation, l'analyse structurelle, etc., peut analyser efficacement l'orientation d'adsorption du composé à l'interface, le changement de l'état d'adsorption, l'information(références:Koubaet al.,Raman.Spectrosc, 49 (9), 1426 (2018)) et

Figure15 Représentation schématique du principe de diffusion Raman renforcée en surface.

Figure16 Spectroscopie Raman augmentée de surface des biomolécules dans le sang, où la figure ci - dessus est le spectre Raman mesuré par les biomolécules sur un substrat en verre et la figure ci - dessous est le spectre Raman mesuré par les biomolécules sur un nanomètreAgSpectres Raman mesurés à la surface des particules.

3 Spectroscopie Raman en champ proche

Avec la maturation de la technologie optique en champ proche, le système de microscopie à balayage en champ proche comme chemin optique externe, etRamanLe spectromètre combiné peut former un champ proche super résoluRamanSystème d'analyse spectrale.

Le Raman en champ proche permet d'obtenir simultanément des informations physiques et chimiques surrésolues sur un échantillon. La spectroscopie Raman représente l'information sur la structure chimique de l'échantillon et la topographie est l'information physique de l'échantillon. En combinaison avec les caractéristiques de la microscopie à balayage optique en champ proche, il est possible d'acquérir un spectre Raman point par point de l'échantillon, formant un spectrogramme Raman à un certain nombre d'ondes.L'étude de la structure de la matière au niveau d'une seule molécule peut être réalisée.(références:Steidtneret al.,PRL, 100, 236101 (2008)) et

Figure17 Schéma de configuration Raman en champ proche.

Figure18BCBSpectroscopie Raman des molécules avec et sans augmentation de la pointe.