拉曼光谱分析技术

测量技术篇

第8回 制作效果最佳的拉曼成像

发布日期 2014年3月10日

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在之前提到的的“获得拉曼成像”中,我们说明了制作拉曼成像时以颜色标示各个峰值。 选择的峰值强度大小用颜色的深浅通过拉曼成像来体现,想要制作视觉效果极佳的拉曼成像,需要一点技巧---调整对比度。 我们在这里用市面上销售的石墨烯样本来介绍拉曼成像的对比度调整。

 

调整拉曼成像的对比度

制作拉曼图像时,可以获得整体画面的峰值强度分布(强度的直方图)。比如,选择石墨烯的2D带,可以获得下面的强度直方图。直方图的横轴为强度,纵轴为频率(强度的像素数)。一边参照该直方图一边调整拉曼图像的对比度。

 

如右图所示,色条和直方图相对应。选择绿色时,用黑色到绿色的渐变来显示最小值到最大值的变化。以直方图内的最大最小值制成拉曼成像如下。此时,拉曼成像中背景信号整体变弱。

▼(a) 选择整体直方图
ヒストグラムの全域を選択をしたときのヒストグラムとラマンイメージ
 

为了去除背景信号,把峰值左侧设定为拉曼成像的最小值。此时,最小值以下的值全都用黑色表示。据此,背景的微弱信号全部被去掉,样本的部分变得清晰。

▼(b) 选择峰值左侧为最小值
最小値として分布の下端を選択をしたときのヒストグラムとラマンイメージ
 

测量后的原始数据可能混入了宇宙线,或因样本不同会产生一部分荧光。为了去除这些影响,加深对比度需要调整最大值。把峰值右侧作为目标,调整对比度。

▼(c) 选择峰值右侧为最大值
最大値として分布の上端を選択をしたときのヒストグラムとラマンイメージ
 

最大值极度缩小时的拉曼成像实例。将最大值选定为峰值顶点和峰值右侧的中间位置。此时,虽然能够清楚知道样本位置分布,但是却无法区分峰值强度。

▼(d) 最大值极小时
最大値が極端に小さい場合のヒストグラムとラマンイメージ
 

最后是D带、G带以及2D带这三个拉曼成像的重合。如果D带为蓝色、G带为红色、把2D带调整成同样的对比度,即下图所示。通过调整合适的对比度,可以得到能够清楚区分每个峰值颜色的拉曼成像。

 
▼调整合适对比度的拉曼成像的重合 (D带(蓝色)、G带(红色)、2D带(绿色)) Dバンド(青)、Gバンド(赤)、2Dバンド(緑)のラマンイメージ

色值查找表(LUT)的用途

某一特定峰值强度或者两个峰值的强度作比较时,不仅可以用单色的深浅表明强度的变化,也可用不同的色值表明强度的变化,更便于理解。给强度建立色值表,即称之为色值查找表(LUT,虚拟颜色显示) 对石墨烯样品采用色值查找表的分析实例如下。石墨烯的拉曼光谱中,G/2D的强度对比根据层数的变化而变化。如果把G/2D比率用(a)图单色评价,就会变成不容易区分且晦涩难懂的拉曼成像。 瞬间可以知道石墨烯大部分都是三层或者四层,单层、两层及有缺陷的石墨烯散布各处。

(a) 把G/2D用灰色标度表示
G/2Dをのラマンイメージ(グレースケール)
(b) 把G/2D用LUT表示
G/2Dをのラマンイメージ(ルックアップテーブル)
 

以下是具有代表性的色值表,请根据用途选择适用的色值表。

LUT名称 图像
Cool cool
Fire fire
Hsv hsv