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Vantaggi della spettroscopia Raman

Tutti i vantaggi della spettroscopia Raman e le ragioni per cui è la soluzione ideale per la microscopia combinata e correlativa. La microscopia Raman rappresenta il complemento perfetto per altre tecniche di analisi strutturale, come ad esempio FTIR e XRD.

La spettroscopia Raman è una tecnica di analisi chimica molto versatile e non distruttiva e, in genere, non richiede la preparazione dei materiali. La microscopia Raman può essere combinata con altre tecniche analitiche e di imaging per ottenere informazioni multimodali. La microscopia Raman è complementare alle tecnologie FTIR (spettroscopia ad infrarossi a trasformata di Fourier) e XRD (diffrazione a raggi X). Di seguito viene fornita un'analisi comparata di queste tecniche.

Vantaggi della spettroscopia Raman

Spesso, l'analisi Raman risulta più rapida, perché non richiede alcuna preparazione dei materiali. Questi sono i suoi vantaggi principali:

L'analisi Raman fornisce dati sulla struttura e la composizione chimica dei materiali

La spettroscopia Raman è in grado di rilevare le diverse strutture e composizioni chimiche, inclusi i polimorfi che contengono gli stessi atomi, con forme cristalline diverse. Permette inoltre di analizzare miscele e di quantificarne la composizione chimica.


La spettroscopia Raman ha moltissime applicazioni

Tutti i non metalli hanno spettri Raman. Per questo motivo, la spettroscopia Raman risulta ideale quando si devono analizzare campioni sconosciuti. Anche i composti metallici dispongono di spettri Raman e l'analisi Raman è in grado di caratterizzare gli ossidi di metallo, aiutando a capire il livello di corrosione.


Per l'analisi Raman è sufficiente una preparazione minima dei campioni

È sufficiente illuminare il campione con la lente dell'obiettivo per rilevarne lo spettro Raman. Non servono altre preparazioni.


La microscopia Raman permette il rilevamento biochimico senza etichette

Non servono tinte o coloranti per differenziare i diversi tessuti biologici e le cellule.

L'analisi Raman è una tecnica senza contatto e non distruttiva

Il campione può essere analizzato più volte, rimanendo invariato.


La microscopia Raman consente di rilevare quantità minime

I microscopi Raman di alta qualità sono in grado di rilevare piccolissime quantità di materiale, con dimensioni anche inferiori a 1 micrometro. Tali materiali includono contaminanti, nanodiamanti e grafene monostrato. Questi sistemi utilizzano lenti con grandi aperture numeriche per illuminare e raccogliere con la massima efficienza la luce diffusa Raman in un'area piccolissima del campione.


La spettroscopia Raman permette di analizzare anche campioni di grandi dimensioni e quantità ingenti di sostanze chimiche

Le sonde Raman a fibre ottiche possono essere utilizzate per l'analisi chimica a distanza di campioni immobili. A volte, può essere necessario eseguire misure Raman in loco (ad esempio, nel caso di un fascio di sincrotrone oppure in un reattore chimico).


La tecnica Raman permette di analizzare campioni immersi nell'acqua

Si possono analizzare campioni immersi in soluzioni acquose, come ad esempio sospensioni colloidali, cellule vive e miscele di reazioni biochimiche. I campioni bagnati non devono essere estratti o asciugati con lunghi processi che rischiano di alterarne la chimica o la struttura.

Grafene Virsa È possibile mettere a fuoco anche attraverso il vetro di una provetta ed eseguire l'analisi Raman della polvere di grafene al suo interno.

Microscopia Raman correlativa

Le immagini ottenute con la microscopia Raman possono essere messe in correlazione a quelle prodotte con altre tecniche. Il fatto che la spettroscopia Raman abbia una natura non distruttiva e non richieda la preparazione del campione, semplifica molto le cose. I sistemi Raman di Renishaw possono essere facilmente integrati con altre tecniche per effettuare misure co-localizzate. Tra queste:

  • Microscopia a scansione di sonda (SPM) / microscopia a forza atomica (AFM)
  • Microscopia elettronica a scansione (SEM) con Renishaw inLuxTMInterfaccia SEM Raman
  • Imaging di fotocorrente
  • Fotoluminescenza (FL)
  • Termografia a infrarossi a lunghezza d'onda media (MWIR)
  • Nanoindentazione
  • Microscopia di imaging a fluorescenza a vita (FLIM)

Se combinate, queste tecniche possono fornire una conoscenza completa del materiali.

Maggiori informazioni sui sistemi Raman combinati

Carta d'identità L'immagine mostra una chiara correlazione fra (A) l'immagine ottica, (B) l'immagine SEM e (C) l'immagine Raman. L'immagine Raman mostra la composizione chimica del laminato polimerico: policarbonato (rosso), rutilo TiO2 (blu), poli[4,4'-metilenebis(fenil isocianato)- alt-1,4- butandiolo/polo(butilene adipato) (verde), ftalocianina di rame (ciano) e polietilene tereftalato (giallo). Nota: lo strato ciano non è visibile nell'immagine ottica o SEM, ma viene rilevato dall'imaging Raman.

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Microscopia Raman e spettroscopia ad infrarossi a trasformata di Fourier (FTIR) a confronto

Spesso, gli scienziati mettono la spettroscopia Raman a confronto con la più comune spettroscopia ad infrarossi a trasformata di Fourier (FTIR). Si tratta di due forme di spettroscopia vibrazionale. Le spettroscopie Raman e FTIR sono complementari perché utilizzano meccanismi fisici diversi.

FTIR misura il modo in cui un campione assorbe la luce a determinate frequenze che corrispondono alle frequenza vibrazionali dei legami molecolari. L'assorbimento IR richiede una variazione del momento di dipolo di un legame. Per questo motivo, la spettroscopia FTIR ha una maggiore sensibilità alle vibrazioni di gruppi funzionali eteronucleari con legami polari, come ad esempio la stretching O-H nell'acqua.

Diversamente, la spettroscopia Raman misura la diffusione anelastica della luce per rilevare le vibrazioni molecolari. Affinché si possa verificare la diffusione Raman, è necessario che il fotone in ingresso induca un cambiamento nella polarizzabilità di un legame. La spettroscopia Raman è particolarmente sensibile alle vibrazioni dei legami molecolari omonucleari ed è in grado di individuare le differenze fra i legami C-C, C=C e C≡C.

Entrambi i tipi di spettroscopia possono avvalersi di microscopi. La microscopia Raman presenta alcuni vantaggi rispetto a FTIR:

• La spettroscopia Raman rileva i modi vibrazionali che non sono IR attivi.

• La microscopia Raman è in grado di risolvere particelle con dimensioni minori rispetto alla micro-FTIR (FTIR basata su microscopio) perché generalmente utilizza lunghezze d'onda della luce più corte.

• L'analisi Raman permette di distinguere materiali con una maggiore specificità chimica, perché utilizza bande più strette.

• Nell'analisi FTIR potrebbe essere necessario mettere i campioni in contatto con una punta ATR (riflettanza totale attenuata). Spesso, gli analisti devono preparare i campioni solidi, macinandoli con Nujol o solventi e comprimendo la miscela fra due dischi KBr. I campioni liquidi possono richiedere l'uso di piastre NaCl.

• Per l'analisi Raman quantitativa può essere necessario un materiale di riferimento, ma non richiede la preparazione del campione con un percorso ottico a lunghezza fissa. L'analisi quantitativa FTIR è una tecnica ad assorbimento e necessita di un percorso ottico con una lunghezza prevedibile su tutto il campione.

• La spettroscopia Raman è indicata per studi sulla depolarizzazione delle molecole chirali.


Confronto fra microscopia Raman e XRD

La diffrazione a raggi X (XRD) è un altro metodo analitico non distruttivo che può essere utilizzato per studiare varie proprietà fisiche, come ad esempio la struttura di un cristallo e l'orientamento di campioni solidi o liquidi. La lunghezza d'onda dei raggi X è paragonabile alla distanza fra gli atomi di un reticolo cristallino. Questo implica che possono essere presenti interferenze costruttive fra i raggi X incidenti e il campione cristallino. Lo schema XRD risultante può essere analizzato per comprendere l'ordine a lungo raggio presente all'interno della struttura cristallina.

Per la comprensione della struttura cristallina di un materiale, la spettroscopia Raman è complementare a XRD. Tuttavia, la spettroscopia Raman presenta alcuni vantaggi rispetto a XRD:

• La spettroscopia Raman è in grado di misurare sostanze cristalline e amorfe.

• L'analisi Raman può misurare piccole quantità di campione, arrivando fino a singoli grani o particelle.

• La spettroscopia Raman non richiede una camera a vuoto né una temperatura o umidità controllata.

Come sfruttare al meglio un sistema Raman

La spettroscopia Raman offre molti vantaggi, ma pone anche alcune sfide, che tuttavia possono essere affrontate con una serie di soluzioni diverse.

Cosa si intende per spettroscopia Raman?

Continua il viaggio alla scoperta della spettroscopia Raman e a fotoluminescenza (FL), con informazioni utili sulla microscopia Raman, sull'imaging Raman rapido, sull'analisi dei dati, la fluorescenza e le tecniche di analisi complementari.

La spettroscopia Raman: approfondimento