拉曼光谱分析技术

测量技术篇

第7回 获得拉曼成像

发布日期 2014年1月14日

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拉曼成像

下面用动画的方式演示如何通过数据处理得到拉曼成像, 样本为锂离子电池的负极。

 

操作流程的说明如下。 首先,选择指定区域进行拉曼测量(下图1)。 区域内的平均拉曼光谱中,可以观察到3个特征峰(下图2)。 其次,将各峰值以红、绿、蓝来进行选择标示(下图3)。 最后把峰值强度用颜色的深浅图像化,便可获得各个峰值对应的材料分布情况(下图4左)。 像这样把各峰值的强度分布用彩色图像显示出来就叫拉曼成像。分别选择标示各个颜色后得出,红色是纳米硅、绿色是灶黑、蓝色是石墨(下图4右)。拉曼成像可以观察到材料的分布(材料的大小、面积等)、结晶度、应力分布等画面。

 
▼1. 指定测量区域,进行拉曼测量
ラマンイメージング測定領域
 
▼2. 首先确认测量区域内平均光谱
測定領域の平均ラマンスペクトル
▼3. 把不同的峰值分颜色标示...
測定領域の平均ラマンスペクトル
 
ラマンイメージングと選択領域のラマンスペクトル ▲4. 可用彩色观察各峰值的强度分布。从微小区域的拉曼光谱判定各个成分。
 

拉曼成像所需的峰值强度

接下来我们用市场上销售的石墨烯样品说明,测量拉曼成像时需要什么样的峰值强度。下图是曝光时间分别为0.3秒、1秒、3秒、10秒时测量的平均拉曼光谱。2D带2685cm-1附近的峰值强度,随着曝光时间变长,分别增强为40counts, 130counts, 420counts, 1300counts。

 
▼测量区域的平均拉曼光谱
グラフェンのラマンスペクトル
 

根据2D带的峰值强度制作拉曼成像时,各个曝光时间的拉曼成像如下。 曝光时间0.3秒时平均峰值强度为40couts,数值较小只能看到样品的大致分布情况,无法区别底色。 曝光时间1秒时,平均峰值强度为130counts,可以获得混有少量噪声的拉曼成像。 曝光时间3秒时,平均峰值强度为420counts,可以获得平滑的拉曼成像。 当曝光时间达到10秒时,平均峰值强度为1300counts,但拉曼成像和3秒时差不多。 因此,制作拉曼成像,有500counts左右的峰值强度即可,超过该强度也不会有很大变化。

 
▼曝光时间0.3秒(测量时间1分钟)
露光時間0.3秒でのラマンイメージ
 
▼曝光时间1秒(测量时间2分钟10秒)
露光時間1秒でのラマンイメージ
 
▼曝光时间3秒(测量时间5分钟30秒)
露光時間3秒でのラマンイメージ
 
▼曝光时间10秒(测量时间17分钟)
露光時間10秒でのラマンイメージ
(共同的测量条件:物镜:50x/ NA0.8、功率:1.3mW/pixel、光谱数量:40,000)
 

这里以2D带为例进行了说明,想要评测比2D带强度更小的D带或者G带时,把强度最小的峰值作为基准决定曝光时间。 比如,本次的样本中,用D带、G带、2D带三个峰值制作拉曼成像,以最弱的D带为基准决定曝光时间。当最弱峰值与其他峰值强度比率为100:1时,为了配合弱小强度峰值延长曝光时间,则其他强度较大的峰值就会达到饱和。 这种情况下,延长曝光时间但避免最强峰值达到饱和状态,以增加平均次数来取得弱峰值的信噪比。