拉曼光谱分析技术

分析技术篇

第1回 去除宇宙线

发布日期 2014年4月10日

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拉曼光谱分析有时需要预先进行数据处理。分析篇第一回将就分析的前处理进行说明。我们将用测量数据来说明,当宇宙线射入时,能够获得什么样的拉曼光谱和拉曼成像?以及去除宇宙线的成效。

 

宇宙线射入时的拉曼光谱

用于检测拉曼光谱的CCD,不仅能检测出光信号,还能检测出从宇宙飞过来的高能量粒子(宇宙线)。当检测出宇宙线时,如下图拉曼光谱所示,出现了较大强度的信号。尤其是当宇宙线与拉曼峰重合时,会造成误判。

 
▼宇宙线混入时的拉曼光谱(材料为锂离子电池的正极)
宇宙線が混入した場合のラマンスペクトル

宇宙线是以一定机率混入的,因此,曝光时间越长宇宙线出现的频率越高。此外,在曝光时间较长的测量中,当宇宙线混入时,无论重复测量几次也得不到准确的数据。因此,可以将测量后的数据进行处理,去除宇宙线。下面是比较消除宇宙线前后的拉曼光谱和拉曼成像,以此说明消除宇宙线的效果。

 

消除宇宙线前后的拉曼光谱、拉曼成像比较

消除宇宙线前后的拉曼光谱如下图所示。处理数据时,自动检测出带有宇宙线影响的像素,用中值滤波器去除。 去除宇宙线后,宇宙线产生的尖锐高强度峰值也会消失。 如本例所示,如果峰值中混入了宇宙线,峰值拟合时的精度会下降,多变量分析时会被误判为峰值,产生不利影响。 此外,宇宙线不在拉曼波峰区域时,强大的信号也会存在于光谱中。 推荐使用去除宇宙线的数据。

 
▼去掉宇宙线前后的拉曼光谱比较(a)钴酸锂的A1峰值、(b)碳的D带
宇宙線除去前後のラマンスペクトルの比較
 

最后为显示消除宇宙线前后的拉曼成像。 黄色和白色圆圈内的地方,分别为钴酸锂的A1g峰值和碳的D带中混入宇宙线的区域。 去掉宇宙线前的拉曼成像中,圆圈的中央有不自然的高强度斑点。 消除宇宙线后,各自存在的高强度斑点也消失了。 反过来,制作拉曼成像时如有不自然的高强度斑点出现,即可判断混入了宇宙线。 宇宙线混入时,如果测量时间充裕,可以再测量一次,但是通过此类数据处理也可以消除影响。

 
▼消除宇宙线前后的拉曼成像比较:钴酸锂的A1g峰值、:碳的D带)
宇宙線除去前後のラマンイメージの比較