Registro de imagens e perfis espectrais Raman

Se o sistema de microscopia Raman estiver equipado com uma plataforma de amostra XY motorizada e/ou uma plataforma Z motorizada, ele será capaz de registrar uma imagem ou perfil espectral Raman.

A espectroscopia Raman é uma técnica poderosa para gerar imagens químicas detalhadas com base no espectro Raman de uma amostra. Um espectro completo é adquirido em cada pixel da imagem e, em seguida, analisado para gerar imagens em cores falsas com base na composição e estrutura do material.

• A intensidade do pico Raman fornece imagens da concentração e distribuição do material.
• A posição do pico Raman fornece imagens da estrutura molecular e da fase, bem como da tensão/deformação do material.
• A largura do pico Raman fornece imagens da cristalinidade e da fase.

Assim, com um único conjunto de dados, é possível criar uma grande variedade de imagens espectrais Raman, que levam o pesquisador muito além do que o olho pode ver.

Os perfis e imagens Raman podem ser coletados em uma, duas e três dimensões, incluindo:

• 1D: perfil de linha, perfil de profundidade, perfil temporal, perfil de temperatura
• 2D: Mapa XY, fatias XZ e YZ
• 3D: Cubos de dados XYZ

Um microscópio confocal Raman pode ser usado para analisar características abaixo da superfície da amostra, desde que a matriz da amostra seja transparente ao laser. Exemplos típicos dessas análises incluem inclusões fluidas/gasosas, contaminantes em vidro e estruturas poliméricas em camadas.

Em um sistema básico, o foco manual seria necessário para localizar a posição desejada dentro da amostra, seguido da análise espectral. Se o microscópio Raman estiver equipado com controle motorizado de foco (Z), é possível adquirir perfis de profundidade (Z) através da amostra automaticamente.

Tal perfil compreende um espectro Raman completo em cada profundidade dentro do perfil, e é então analisado para gerar perfis de intensidade com base na composição e estrutura do material:

• A intensidade do pico Raman fornece um perfil da concentração e distribuição do material.
• A posição do pico Raman fornece um perfil da estrutura molecular e da fase, bem como da tensão/deformação do material.
• A largura do pico Raman fornece um perfil de cristalinidade e fase.

Um sistema que possui controle motorizado adicional de amostra nos eixos XY pode ser usado para fatiar opticamente a amostra, por exemplo, para criar uma imagem espectral Raman XZ ou YZ.

Um microscópio Raman pode ser usado para analisar líquidos, bem como sólidos, suspensões, géis, gases e pós. Líquidos não voláteis podem ser analisados depositando-se uma pequena quantidade em uma lâmina de microscópio e focalizando-se o sinal da maneira usual. Líquidos voláteis (e não voláteis) podem ser analisados em uma cubeta de líquido usando um adaptador de microscópio simples com um espelho refletor de múltiplas passagens, que amplifica a intensidade do sinal. Alternativamente, os líquidos também podem ser analisados diretamente em um frasco ou ampola de vidro – um microscópio Raman confocal garante que haja mínima interferência do recipiente de vidro e permite a coleta de um espectro de boa qualidade do líquido em seu interior.

A espectroscopia Raman (ou mapeamento) é um método para gerar imagens químicas detalhadas com base no espectro Raman de uma amostra. Um espectro completo é adquirido em cada pixel da imagem e, em seguida, analisado para gerar imagens em cores falsas com base na composição e estrutura do material.

• A intensidade do pico Raman fornece imagens da concentração e distribuição do material.
• A posição do pico Raman fornece imagens da estrutura molecular e da fase, bem como da tensão/deformação do material.
• A largura do pico Raman fornece imagens da cristalinidade e da fase.

Um experimento típico utiliza movimentação sequencial de amostras e aquisição de espectro, repetidas centenas, milhares ou até milhões de vezes, para coletar dados da área da imagem definida pelo usuário.

As imagens espectrais Raman podem ser coletadas em duas e três dimensões, para gerar imagens XY, fatias XZ e YZ e cubos de dados XYZ.

A espectroscopia Raman é uma técnica inestimável para cientistas em diversas áreas, pois permite visualizar a distribuição química que é invisível à microscopia óptica padrão.

Uma imagem espectral Raman contém um espectro Raman completo em cada pixel da imagem - essas centenas, milhares ou até milhões de espectros são usados para gerar imagens em cores falsas com base na composição e estrutura do material:

• A intensidade do pico Raman fornece imagens da concentração e distribuição do material.
• A posição do pico Raman fornece imagens da estrutura molecular e da fase, bem como da tensão/deformação do material.
• A largura do pico Raman fornece imagens da cristalinidade e da fase.

As imagens espectrais Raman fornecem informações químicas e estruturais sobre uma amostra que não podem ser observadas usando microscopia óptica tradicional. Em particular, elas podem ser usadas para elucidar:

• Distribuição dos componentes e tamanho dos grãos/partículas
• Alterações na cristalinidade e na fase em uma amostra
• Tamanho e forma das partículas contaminantes
• Interação/mistura de componentes nos limites de fase
• Distribuição de tensão/deformação em uma amostra

O tempo de aquisição de uma imagem espectral Raman depende de muitos parâmetros, incluindo o tamanho da área da imagem, o número de pixels (pontos de dados) necessários e o tempo de aquisição por pixel (que, por sua vez, depende da intensidade Raman dos componentes da amostra e da qualidade espectral desejada). Imagens espectrais Raman típicas podem conter centenas, milhares ou até milhões de espectros Raman, portanto, os tempos de aquisição podem ser consideráveis.

Uma imagem espectral Raman pode ser adquirida em qualquer escala de tempo, desde alguns segundos até vários dias, dependendo dos requisitos acima mencionados.

A espectroscopia Raman tradicional sempre foi limitada por tempos de aquisição relativamente longos, mas esses métodos oferecem a máxima sensibilidade para materiais com propriedades de espalhamento Raman extremamente baixas e, adicionalmente, permitem medições de alta resolução e ampla faixa espectral. Os tempos de aquisição típicos para esses mapas podem ser da ordem de 1 a 10 segundos por ponto (ou mais), resultando em tempos totais de medição da ordem de horas ou dias.

O desenvolvimento de módulos de imagem espectral Raman ultrarrápidos permite uma redução drástica nos tempos de medição, com tempos de aquisição inferiores a 1 ms por ponto. Essas velocidades significam que varreduras de grandes áreas e imagens espectrais Raman detalhadas podem ser concluídas em segundos ou minutos!

A imagem espectral Raman ultrarrápida é uma técnica que permite a aquisição de imagens espectrais Raman com tempos de aquisição inferiores a 5 ms/ponto, resultando em tempos totais de medição de segundos ou minutos, mesmo para imagens que compreendem dezenas ou centenas de milhares de espectros.

A espectroscopia Raman tradicional sempre foi limitada por longos tempos de aquisição, mas esses métodos oferecem a máxima sensibilidade para materiais com propriedades de espalhamento Raman extremamente baixas e, adicionalmente, permitem medições de alta resolução e ampla faixa espectral. Os tempos de aquisição típicos para esses mapas podem ser da ordem de 1 a 10 segundos por ponto (ou mais), resultando em tempos totais de medição da ordem de horas ou dias.

Os métodos para imageamento espectral Raman ultrarrápido variam, mas geralmente coordenam o movimento da plataforma da amostra e a leitura do detector para minimizar o "tempo morto" que ocorre em experimentos de imageamento ponto a ponto padrão. Eles permitem que imagens espectrais Raman sejam adquiridas com tempos de aquisição de 1 ms/ponto ou menos, de modo que varreduras de grandes áreas e imagens espectrais Raman detalhadas possam ser concluídas em segundos ou minutos!

A espectroscopia Raman ultrarrápida não é adequada para todos os tipos de amostra, e sua eficácia dependerá da intensidade Raman inerente da amostra e da qualidade espectral necessária para criar a imagem.