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El efecto Raman está basado en la interacción de la luz con los enlaces químicos de una muestra. Debido a las vibraciones de los enlaces químicos las interacciones con los fotones causan cambios de energía específicos en la luz retrodispersada que aparece en el espectro Raman. El espectro Raman es único para cada composición química y puede aportar información cualitativa y cuantitativa del material.
Espectroscopía Raman
Microscopía Raman Confocal es una técnica de imágenes de alta resolución, basada en la composición química de la muestra, que se usa extensamente para la caracterización de materiales. Las propiedades químicas de los componentes sólidos o líquidos pueden ser analizadas con resolución espacial al límite de difracción (por debajo de 300nm), sin necesidad de utilizar marcadores u otras técnicas de preparación de la muestra. Con las imágenes Raman, la información sobre los componentes químicos y su distribución en la muestra pueden ser ilustradas claramente.
Los microscopios Raman de WITec y sus sistemas por imagen combinan un microscopio confocal de formidable sensibilidad con un sistema espectroscópico de ultra alta eficiencia para obtener una sensibilidad química sin precedentes. Su espectacular rendimiento en velocidad, sensibilidad y resolución puede aplicarse conjuntamente sin compromiso.
Estudios de volúmenes en 3D y perfiles en profundidad son herramientas valiosas para mejorar la información acerca de las dimensiones de objetos o distribución de un cierto componente a través de la muestra.
Los microscopios Confocales de WITec poseen una resolución en profundidad y una señal con plano focal mínino que facilita la generación de perfiles en profundidad e imágenes 3D, con excepcional resolución espectral y espacial. Las imágenes son tomadas punto a punto y línea por línea mientras la muestra es escaneada a través del foco de excitación. Con esta técnica, el objeto puede ser analizado en segmentos a lo largo del eje óptico y generar los perfiles de profundidad o imágenes en 3D.
Con el sistema Raman de imágenes Ultra-rápido, se puede obtener una imagen Raman completa en unos pocos minutos. En otras palabras, el tiempo de adquisición para un espectro completo de Raman puede ser tan breve como 760 microsegundos, pudiendo obtenerse 1300 espectros Raman por segundo.
La técnología de vanguardia incorporada en el detector EM-CCD, combinado al alto rendimiento óptico de un sistema Raman Confocal de WITec, son los elementos claves de esta función. El equipo Raman Ultra-rápido está particularmente recomendado para mediciones de muestras sensibles y valiosas, que requieran muy baja energía de exitación. Los estudios con alta resolución temporal, en procesos dinámicos rápidos, también pueden beneficiarse por los tiempos de adquisición espectral ultra rápidos.
Ventajas:
Para una análisis más completo de las muestras, el diseño modular de los sistemas WITec permiten combinar, en un único instrumento, varias técnicas de generación de imagen, tales como Raman, fluorescencia, luminiscencia, microscopia de fuerza atómica (AFM), y microscopía de campo cercano (SNOM o NSOM). Cambiar entre diferentes modos de operación es sencillo, basta con girar la rueda de objetivos del microscopio.
La combinación de un sistema de imágenes Raman Confocal con uno de Microscopía de Fuerza Atómica (AFM) puede correlacionar fácilmente información sobre las propiedades químicas de una muestra con la topografía de su superficie. Estas dos técnicas complementarias se han combinado en el microscopio de Raman-AFM alpha300RA de WITec y permite una caracterización más completa de las muestras. Una aplicación típica para microscopios Raman-AFM es TERS (Tip-Enhanced Raman Spectroscopy).
Un análisis combinado mediantede Raman y SNOM, permite obtener imágenes ópticas más allá del límite de difracción y proporciona resultados con información relevante incluso para los experimentos más exigentes.
La combinación de Raman y SEM es una nueva técnica de microscopía correlativa, mediante la cual las estructuras a nano-escala observadas a través de SEM, pueden ahora correlacionarse con imágenes Raman proporcionando información química sobre la misma región de la muestra.
El sistema de imágenes Raman confocal de WITec alcanza una resolución espacial de hasta 200 nm en lateral y 780 nm en vertical. En algunas situaciones particulares, se podría requerir información Raman con una resolución bajo el límite de difracción (200nm). Los microscopios de WITec son ideales para tales fines, ya que pueden unir varias técnicas de microscopía en un mismo sistema y así superar la barrera del límite de difracción.
Las imágenes Raman de Campo cercano son una excepcional técnica de microscopía que enriquece la información química obtenida con Raman a través del estudio de alta resolución de la microscopía de campo cercano (SNOM). Con las imágenes Raman utilizando Campo Cercano es posible obtener imágenes Raman Confocal con una resolución lateral de <100 nm.
Mediante la combinación única del sistema de espectroscopía de alto rendimiento y un microscopio SNOM, utilizando sensores-cantilevers de tecnología exclusiva de WITec, se obtienen imágenes de gran calidad y alta sensibilidad con un mismo microscopio.
La luz láser se enfoca a través de la abertura del cantilever-SNOM, generando un campo evanescente (campo cercano) en la punta. Mientras la muestra se mueve sobre una mesa de barrido piezoeléctrico, el láser barre punto a punto y línea por línea, de esta manera crea una imagen hyperspectral Raman. La resolución óptica sólo depende del diámetro de la abertura del cantilever (<100 nm). Usando una configuración de deflexión láser como en el modo de AFM de contacto, se asegura que el cantilever esté siempre en contacto con la muestra. Así mismo se puede registrar la topografía de la muestra simultáneamente durante la medición.
Tip-Enhanced Raman Spectroscopy (TERS), también ofrece información química sobre una muestra, pero con una resolución lateral que está por debajo el límite de difracción. TERS es una técnica de medición que combina los principios de Surface-Enhanced Raman Scattering (SERS) con Microscopía de Barrido con Sonda (SPM) tal como Microscopía de Fuerza Atómica (AFM). El exclusivo diseño de los microscopios de WITec, integra de manera simple las técnicas de Raman y AFM en un mismo instrumento, por lo que está naturalmente optimizado para experimentos TERS.
Para generar un efecto TERS, se puede utilizar una punta AFM recubierta de metal como una nano estructura. La luz del laser de excitación se enfoca en el ápice para mejorar la señal de Raman en proximidad cercana a la punta.La resolución lateral es así dependiente del tamaño de la punta-apex (10-20 nm).
La iluminación de la punta TERS puede aplicarse ya sea por encima, por abajo o por el lado.Los sistemas de microscopios de WITec proporcionan la geometría de trayectoria para todos los métodos de exposición. El microscopio invertido es ideal para experimentos TERS de muestras transparentes mientras que el microscopio vertical y la iluminación lateral permiten mediciones de TERS de muestras opacas.
Ejemplos de aplicación de TERS pueden encontrarse en las siguientes publicaciones:
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