Zanim odpowiemy na to pytanie, przypomnijmy pokrótce, czym jest spektroskopia Ramana i dlaczego jest coraz szerzej cenioną metodą badawczą?

Efekt Ramana został odkryty w 1928 r. przez C.V. Ramana, który zauważył, że światło, przechodzące przez różne ciecze, rozprasza się w różny sposób, zachowując się inaczej niż efekt fluorescencji. Proces rozpraszania to pochłanianie i reemisja promieniowania elektromagnetycznego przez cząsteczki. Światło, padające na materię, może rozpraszać się z tą samą częstotliwością optyczną, co padające promieniowanie (tj. indukowany moment dipolowy w cząsteczce oscyluje i promieniuje z tą samą częstotliwością, co padające światło). Proces ten nazywany jest rozpraszaniem elastycznym (rozpraszaniem Rayleigha). Rozproszone światło będzie zawierało również składowe o zmienionej częstości. Jest to proces nieelastyczny, zwany właśnie efektem Ramana. O tym, z jak słabym zjawiskiem mamy do czynienia, świadczy fakt, że występuje ono jedynie w ok. 1 na 107 interakcji fotonu z materią! Składowe rozpraszania nieelastycznego rejestrowane są zarówno po stronie większych, jak i mniejszych częstości i noszą nazwę odpowiednio składowych antystokesowskich i stokesowskich rozpraszania Ramana. Zarejestrowane rozpraszanie nieelastyczne wizualizowane jest w postaci widma ramanowskiego, tzw. „odcisku palca”, identyfikującego daną cząsteczkę, który można wykorzystać następnie w obrazowaniu czy diagnostyce. Przesunięcia energii korelują z typami wiązań, takimi jak CC, CH2, C5H w oparciu o skwantowane poziomy energii każdego wiązania molekularnego. Ilość, położenie i intensywność pików różnią się w zależności od liczby wiązań wibracyjnych w cząsteczce i ich wzajemnych interakcji. Jeśli wiązanie nie zmienia swojej polaryzowalności, nie jest łatwo wykrywalne. Na przykład woda ma słaby sygnał ramanowski, co ma korzystny wpływ w przypadku obrazowania tkanek czy komórek, które są mocno uwodnione.

Dzięki spektroskopii Ramana uzyskujemy zatem wiele kluczowych informacji o budowie geometrycznej cząsteczek, charakterze wiązań, występujących w tych cząsteczkach, a w przypadku ciał krystalicznych – informacje o ich strukturze, uporządkowaniu sieci krystalicznej, powstałych naprężeniach w materiale oraz charakterze zachodzących przejść fazowych. Możliwość mapowania 2D i 3D, nieinwazyjność metody, brak konieczności przygotowania próbki, krótki czas pomiaru i uzyskanie jednoznacznego wyniku są jednymi z kluczowych czynników, dla których coraz więcej laboratoriów sięga po tę metodę badawczą.

Co w sytuacji, kiedy mamy do czynienia z próbką wrażliwą o charakterze hybrydowym, gdzie aby określić jej właściwości fizykochemiczne i strukturalne, konieczne jest wykonanie kilku różnych analiz, które wymagają przenoszenia próbki pomiędzy różnymi urządzeniami, co może zmienić jej właściwości czy nawet uszkodzić lub zniszczyć?

Odpowiedzią na takie wyzwania jest najnowszy produkt, wprowadzony w ostatnim czasie przez firmę Renishaw – interfejs ramanowski inLux™ SEM. Firma Renishaw jest światowym pionierem w łączeniu spektroskopii ramanowskiej ze skaningowymi mikroskopami elektronowymi (SEM). System inLux™ SEM oferuje badaczom nowe spojrzenie na naturę i strukturę niektórych próbek, które do tej pory nie zostały jeszcze w pełni scharakteryzowane. Dodanie interfejsu inLux™ do mikroskopu SEM umożliwia spektroskopię Ramana in situ, która zapewnia wysoce specyficzną charakterystykę chemiczną i strukturalną w celu uzupełnienia informacji SEM czy EDS. Ponadto interfejs inLux™ jest kompatybilny z mikroskopami SEM wszystkich czołowych producentów i może być łatwo dodany do nowych i istniejących SEM na miejscu.

Innowacyjna konstrukcja interfejsu inLux™ umożliwia wykonywanie pomiarów ramanowskich, gdy próbka znajduje się pod wiązką SEM. Pozwala to na jednoczesną identyfikację ramanowską, fotoluminescencję (PL) lub pomiary katodoluminescencyjne (CL) za pomocą obrazowania SEM, ułatwiając i przyspieszając przebieg pracy eksperymentalnej. Interfejs inLux™ jest używany bez konieczności przesuwania próbki, nawet podczas wykonywania pomiarów mapujących, co umożliwia prostą i dokładną korelację między danymi ramanowskimi a obrazami SEM.

Pomiar in situ „on-axis” (z ang. „w osi”) oznacza, że sygnał ramanowski jest pozyskiwany z tego samego miejsca próbki, współosiowo z obrazem SEM, stąd system Ramana jest bezpośrednio zintegrowany z mikroskopem SEM. Połączenie odbywa się za pomocą wysuwanej sondy skanującej, wyposażonej w zwierciadło paraboliczne, umieszczone w komorze SEM. Sonda pozwala na wykonanie mapowania in situ próbki w osiach xyz, umożliwiając pełne obrazowanie rozkładu poszczególnych komponentów na powierzchni i w objętości próbki. Gdy nie jest używana, sondę inLux™ można wyjąć z komory SEM, co umożliwia całkowicie niezależne korzystanie z SEM.

Interfejs inLux™ oferuje szeroki zakres możliwości pomiarów ramanowskich. Można zbierać widma z pojedynczych punktów, wielu punktów lub generować konfokalne obrazy/mapy ramanowskie 2D i 3D. Interfejs inLux™ jest standardowo w pełni wyposażony do wszystkich tych prac, umożliwiając analizę obszarów większych niż 0,5 mm w każdej osi. W pełni zmotoryzowana kontrola położenia, do 50 nm, zapewnia precyzyjny ruch na próbce. Pozwala to na jednoczesne pomiary SEM i Ramana dokładnie w obszarze zainteresowania – ROI (Region of Interes). Uzupełnienie analizy w bogaty pakiet analizy chemometrycznej umożliwia natomiast precyzyjną analizę poszczególnych składników próbki, a także identyfikację zmian, zachodzących w próbce, takich jak powstałe naprężenia, defekty, wtrącenia, inkluzje czy formy amorficzne. Rozwinięte procedury oceny statystycznej sprawiają, że system inLux Raman-SEM to doskonałe narzędzie nie tylko w działach R&D, ale także laboratoriach kontroli jakości. Dodatkowo w celu zapewnienia większej elastyczności sprzętu, w przypadku próbek wykazujących silną fluorescencję, interfejs inLux™ można wyposażyć w maksymalnie trzy moduły światłowodowe, dwie różne długości fali wzbudzenia ramanowskiego od 405 nm do 785 nm oraz opcjonalną sondę CL.

Interfejs inLux™ jest używany w połączeniu ze spektrometrami ramanowskimi i oprogramowaniem badawczym firmy Renishaw. Zapewnia to wszechstronne możliwości przetwarzania i analizy, a jednocześnie jest intuicyjnie proste w obsłudze. Od identyfikacji przemysłowych, do badań naukowych połączenie obu technik umożliwia holistyczną charakterystykę materiałów hybrydowych. Interfejs inLux™ może pomóc użytkownikowi w pełni wykorzystać mikroskop SEM. Więcej informacji na temat interfejsu ramanowskiego inLux™ SEM można znaleźć na stronie Renishaw. 

Autorka: Agnieszka Sozańska, Kierownik Sprzedaży Produktów Spektroskopowych w Renishaw