DeepBlue200共聚焦拉曼光谱仪用于拉曼光谱成像

       拉曼扫描成像是研究非均相样品空间变化的重要技术手段，对解析样品中不同成分的空间分布，样品化学结构在空间上的变化规律，材料生长的驱动方向都发挥关键作用。DeepBlue200是一款可以实现全国产化配置的高性能和高性价比显微共聚焦拉曼光谱仪。该仪器具全自动、高稳定性、占地面积小和易上手的特点。DeepBlue200共聚焦拉曼光谱仪还可搭载进口高分辨光谱仪和高精度扫描平台，灵敏度、光谱分辨率和空间分辨率等拉曼性能指标达到先进水平。本文所示案例均为基于全国产化配置所得，用于展示DeepBlue200拉曼扫描成像能力。

案例1：硅片的拉曼光谱扫描成像

       硅片是被用于校正拉曼光谱峰位和评估拉曼光谱仪灵敏度的标准样品，也是样品信号强、较为耐受激光的一种代表性的固体样品，我们选取硅片边缘有明显损伤痕迹的区域进行拉曼扫描成像，以获取更为丰富的硅材料结构信息。如下图1为单晶硅抛光面的白光图像和划痕区域拉曼扫描成像结果，白光图像中的浅痕迹和深划痕在拉曼成像中一一对应，细节均得到表征。我们抽取白光图像中9个点的拉曼光谱曲线做分析（见图2），其中1-2号代表正常区域，3-4号代表污染区域，5-6号代表深划痕区域，7-9号代表浅痕迹区域。由图2可知，污染物不改变单晶硅拉曼光谱，深/浅划痕均明显改变单晶硅的化学结构，痕迹越深，拉曼光谱差异越大。我们按照白光图像中红色箭头方向从单晶硅正常区域向深度划痕区域获取数据，可以清晰看出单晶硅→多晶硅→单晶硅的变化过程（见图3）。单晶硅变为多晶硅，峰强变弱，峰位朝低波数移动，峰宽明显变宽（见图4）。

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         图1 单晶硅片白光图像和划痕区域拉曼扫描成像

          图2 白光图像中所示不同点的拉曼光谱曲线

           图3 白光图像中所示线扫描拉曼光谱曲线

           图4 线扫描拉曼强度、峰位和峰宽变化

案例2：500nm聚苯乙烯小球拉曼扫描成像

       聚苯乙烯小球是一种易获得的微塑料模型材料，我们选择500nm粒径，用于评估DeepBlue200共聚焦拉曼的空间分辨率。

       如下图5左为100倍物镜下的500nm聚苯乙烯小球白光图像，我们对方框区域进行拉曼扫描成像。受限于本系统中XY扫描平台最小步进只能达到1.25µm，对照白光图像中不同颗粒间距和拉曼扫描成像结果（图5右），可发现本系统横向空间分辨率可达1µm。如果采用更高精度的扫描平台（最小步进50nm），DeepBlue200的拉曼扫描成像分辨率可<400nm，我们在后期文章中实测数据报道。

           图5  聚苯乙烯小球拉曼光谱扫描成像（直径500 nm）

       为验证该系统中1.25µm最小步进扫描亚微米颗粒是否出现漏检问题，我们使用以上扫描密度对更大范围和更复杂区域进行拉曼扫描成像（见图6）。为了直观比较，我们将该区域拉曼扫描成像区域和白光图像叠加（见图7)，可得到拉曼扫描成像与白光图像重叠，无任何漏检现象的结论。表明该配置能够胜任亚微米尺度微塑料的精准检测。

           图6  500nm直径聚苯乙烯小球（高密度分布）拉曼扫描成像

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           图7 拉曼光谱图像和白光图像叠加                图8 标记点拉曼光谱曲线

案例3：自来水水滴蒸干残留物拉曼扫描成像

        以上两个案例采用了拉曼光谱领域的模型样品，我们这里再给出一例生活中的实际案例：——自来水蒸干物的拉曼扫描成像。

        采用200µl移液器吸取新鲜自来水并滴与铝膜反射镜上，待其水分自然蒸干后置于DeepBlue200物镜下上机测试（见图9）。通过显微观察，我们发现自来水液滴蒸干后可分为三个典型区域。A为环状条带环区域，B为边缘区域，C为中心区域（如图9右和图10） 。

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           图9 自来水水滴蒸干后实物图像及其局部放大图

        图10 自来水水滴蒸干后三个典型区域的显微图像（50倍长焦物镜） 

环状条带区域：

      如下图11为环状条带区域的拉曼扫描成像和拉曼光谱曲线，该区域大部分蒸干物为有机物，有明显的C-H振动峰，主峰在1010cm-1附近，也是明显的有机物拉曼峰，具体物质需进一步验证。

      图11自来水水滴蒸干物环状条带区域白光和拉曼扫描成像

边缘区域：

       此区域很靠近环状条带区域（如图12），颗粒直径较大，多数超过5微米，显微镜下很容易辨认。本次所测试样品的结果来看，此区域大尺寸颗粒物主要是碳酸盐，1080cm-1处有很明显的拉曼光谱信号。

        图12 自来水水滴蒸干物边缘区域白光和拉曼扫描成像

中心区域：

       此区域为液滴蒸干物的中心（如图13），多数颗粒物直径在1微米以下，也会出现少量大颗粒。此区域颗粒物主要成分也是碳酸盐，主要拉曼峰出现在1080cm-1处，同时也采集到明显的荧光信号，推测为含荧光基团的有机物（如图13 右）。

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        图13 自来水水滴蒸干物边缘区域白光和拉曼扫描成像

       综上所述，全国产化配置的DeepBlue200在应对不同类型样品均表现良好，获得了理想的结果。

产品特点：

      自动化：自动化集成式设计、根据需求自动切换白光/激光光路，全自动切换激发波长，自动转换激光功率；

      高灵敏：真共焦设计，极简光路，高杂散光抑制能力，直面激光不耐受和拉曼信号弱等难测样品，如薄膜、小颗粒和稀溶液样品；

      稳定性：主要力学结构件和光机部件均采用高强度合金材料，结构力学重心下移光学部件刚性耦合，仪器具有稳定性好，抗环境扰动能力强；

      开放性：采用开放式显微镜设计，物镜以下135mm自由空间，Z轴物镜主动聚焦(样品不动)。用户可根据需要拆卸标准样品台，安装定制型样品台或固定大样品，以满足不同研究需要。

      扫描成像参数：最大位移范围100*100mm,最小扫描步进1.25µm，横向空间分辨率~1µm。