采集拉曼光谱成像和剖面图

显微拉曼系统配备XY(Z) 自动样品平台就能够记录拉曼光谱成像或剖面图。拉曼光谱成像是一种强有力的技术，它基于样品的拉曼光谱得到详细的化学信息分布图像。在图像的每一个像元上，都对应采集了一条完整的拉曼光谱，将这些光谱特征集成在一起，就产生了一幅反映材料的成分和结构的伪彩图像：

根据拉曼峰强生成材料浓度和分布图像
根据拉曼峰位生成材料的分子结构、相以及材料的应力变化图像
根据拉曼峰宽生成材料的结晶度和相的分布图像

因此，根据一套数据可以构建出多种不同的拉曼光谱成像，能给研究人员提供远超过人眼所能看到的内容。

拉曼剖面图和图像可以在在一维、二维和三维方向上收集，包括：

一维：线扫描、深度扫描、时间扫描、温度扫描等
二维：XY 成像、XZ 和YZ 成像
三维：XYZ 数据立方

分析样品表面以下的特征

Raman depth profile of a layered polymer structure, showing the distribution of three chemically distinct layers from the surface (left hand side) down to 40 µm below the surface (right hand side).

只要样品对激光是透明的，共焦显微拉曼光谱仪就能够用来分析样品表面以下的特征。例如对液体 / 气体包裹体的分析，对玻璃内污染物的分析以及多层聚合物材料结构的分析。

通常在拉曼系统中，需要人工将激光聚焦在样品内某个预定位置，然后进行光谱分析。如果显微拉曼光谱仪配备了Z方向的自动移动控制，就可以在Z方向上自动运动，获得不同深度的光谱，从而得到深度方向的剖面分析。

75 µm multi-layered polymer of polyethylene-Nylon- polyethylene

在剖面上每一点对应采集了一条完整的拉曼光谱，这些光谱集成在一起，就产生了一幅反映材料成分和结构变化的曲线：

根据拉曼峰强生成材料浓度和分布的曲线
根据拉曼峰位生成材料的分子结构、相以及材料的应力的曲线
根据拉曼峰宽生成材料的结晶度和相的曲线

额外配备 XY 自动控制样品平台的拉曼系统可以用来在样品中进行光学切片，比如产生XZ或YZ拉曼光谱成像。

分析液体样品

显微拉曼光谱仪可以用来对液体样品进行分析，就如同分析固体、浆状物、胶体、气体和粉末样品一样。

对于非挥发性液体，可以在载玻片上滴一小滴，然后采用常规方式将激光聚焦后进行分析。

挥发性液体( 非挥发性液体亦可) 可以装在玻璃比色皿中，使用液体样品池来进行分析，它有一个多通路的反射镜可以提高信号强度。另一种选择是将液体装在小玻璃瓶里，然后利用共焦显微拉曼光谱仪使玻璃容器的拉曼信号干扰*小化，从而能得到容器内液体的高质量拉曼光谱。

拉曼光谱成像能提供的信息

Raman spectral imaging (or mapping) is a method for generating detailed chemical images based on a sample’s Raman spectrum. Raman spectral imaging allows chemical distribution to be viewed which is invisible by standard optical microscopy.

拉曼光谱成像是一种强有力的技术，它基于样品的拉曼光谱生成详细的化学图像，在图像的每一个像元上，都对应采集了一条完整的拉曼光谱，然后把这些光谱集成在一起，就产生了一幅反映材料的成分和结构的伪彩图像：

根据拉曼峰强生成材料浓度和分布图像
根据拉曼峰位生成材料的分子结构、相以及材料的应力图像
根据拉曼峰宽生成材料的结晶度和相的图像

一般在拉曼光谱成像实验中，样品移动和光谱采集都是连续进行的。根据用户定义的区域范围重复数百、数千甚至数百万次采集数据。

拉曼光谱成像可以在二维或三维进行收集，生成XY、XZ 或YZ 图像，以及XYZ 数据立方。

拉曼光谱成像对于很多不同领域的科学家来说，都是非常有价值的技术，因为它能够显示出普通的光学显微镜下观察不到的化学成分分布。

拉曼光谱成像能提供什么样的信息？

A Raman spectral image contains a full Raman spectrum at each and every pixel of the image. Raman spectral images provide chemical and structural information about a sample which cannot be observed using tradition light microscopy.

拉曼光谱成像上的每一个像元，都对应于一条完整的拉曼光谱，这些数百、数千甚至数百万条光谱综合在一起，就产生了一幅反映材料的成分和结构的伪彩图像：

根据拉曼峰强生成材料浓度和分布图像
根据拉曼峰位生成材料的分子结构、相以及材料的应力图像
根据拉曼峰宽生成材料的结晶度和相的图像

Raman spectral images provide chemical and structural information about a sample which cannot be observed using tradition light microscopy.

拉曼光谱成像可提供样品的化学信息和结构信息，这些信息是无法用传统的光学显微镜获得的。一般情况下，它可以用来得出：

组分的分布，颗粒大小
样品中结晶度的改变、相变
污染物颗粒大小和形状
不同相的边界组分的相互作用和混合
样品的应力分布

获取一幅拉曼光谱成像需要多长时间？

The development of ultra-fast Raman spectral imaging modules allows drastically reduced measurement times with acquisition times down to < 1ms/point.

拉曼光谱成像的采集时间由很多参数决定，包括成像区域大小、所需像元 ( 数据点 ) 数目以及每个像元的采集时间 ( 取决于样品成分的拉曼强度和对光谱质量的要求 )。一般拉曼光谱成像可包含数百、数千甚至数百万条拉曼光谱，所以采集时间可能会比较长。

采集拉曼光谱成像所需要的时间长短不一，从几秒钟到几天都是有可能的，具体取决于上述各项条件。

The acquisition time for a Raman spectral image depends on many parameters, including the size of the image area, the number of pixels (data points) required, and the acquisition time per pixel.

传统的拉曼光谱成像常常需要相对较长的采集时间，但对于拉曼散射效率特别低的材料也能给出很高的灵敏度，还能提供很高的光谱分辨率，能够测量的光谱范围也比较大。采用这种成像方式，一般每个数据点的采集时间在1 秒 ~10 秒的量级或者更高，一般总测量时间从几小时到几天不等。

超快拉曼光谱成像模块的开发极大地缩短了测量时间，其单个数据点的采集时间可以降低到 5 毫秒以下，这样的速度意味着大面积细致的拉曼光谱成像也能够在几秒到几分钟内完成。

什么是超快速拉曼光谱成像？

Ultra-fast Raman spectral imaging is a technique for allowing Raman spectral images to be acquired with acquisition times down to less than 5ms/point, resulting in total measurement times of seconds or minutes, even for images comprising tens or hundreds of thousands of spectra.

超快拉曼光谱成像是一种新型光谱成像技术，能够使采集拉曼光谱成像时每个数据点的采集时间不超过5毫秒，从而即使是包含几万到几十万条光谱的图像，总的测量时间也只有几秒或几分钟。

传统的拉曼光谱成像一般需要相对较长的采集时间，但对于拉曼散射效率特别低的材料也能给出很高的灵敏度，还能提供很高的光谱分辨率，能够测量的光谱范围也比较大。这种成像方式一般每个数据点的采集时间在 1 秒 ~10 秒的量级或者更高，从而总测量时间从几小时到几天不等。

Raman spectral image of a 0.6 x 2.4 mm2 area of a pharmaceutical tablet, showing the distribution of aspirin (red), paracetamol (green),caffeine (blue) and cellulose (yellow).

尽管超快拉曼光谱成像的方法有很多种，但是一般都是把样品平台的移动以及探测器读出相结合，使得在标准的“逐点”成像实验中的“死时间”*小化。

超快拉曼光谱成像时，单个数据点的采集时间可以降低到 5 毫秒或者更少，这样的速度意味着大面积精细的拉曼光谱成像也能够在几秒到几分钟内完成。

超快拉曼光谱成像并不适合所有的样品，其效力依赖于样品自身的拉曼强度，也取决于创建图像所需要的光谱质量。