Multimodal Geniş Alanlı Fourier Dönüşümlü Raman Mikroskobu

Bir görüntünün her pikselinden Raman veya fotolüminesans spektrumunu almak için çok modlu bir hiperspektral mikroskop geliştirdik; bu da ölçüm süresini azalttı. Geleneksel raster ölçeklendirme yaklaşımı dispersif spektrometrelere dayanır. Gelişmiş teknikler, Raman sinyalini ya rezonanstaki ışık kullanarak ya da moleküler titreşimleri tetikleyen senkronize kısa lazer darbeleriyle güçlendirir.

Alt Raman saçma kesiti iki ana zorluk yaratır. İlk olarak, uzun alım süreleri gerektiren zayıf sinyal. İkinci olarak, Raman sinyali güçlü bir fotolüminesans arka planı tarafından ezilebilir.

Fourier dönüşümlü spektroskopi, daha hızlı ölçüm için tüm pikseller arasında paralel spektrum alımı sağlar ve ayarlanabilir örnekleme, güçlü parlaklık arka planından zayıf Raman zirvelerini izole etmek gibi belirli spektral bilgilere erişmek için kullanılır. Fourier dönüşümü yaklaşımı, zamansal izlerdeki bilgiyi kullanan akıllı örnekleme ve veri analizini mümkün kılar. Satın alma süresini daha da kısaltacak eksik örnekleme stratejilerini özelleştirmeyi hedefliyoruz.

Başlamak için, her pigment tozundan 20 miligramı hassas bir dengeye yerleştirmek için bir kazıyıcı kullanın ve böylece bire bir ağırlık oranı elde edin. Tozları bir harç ile karıştırarak kümeleri çıkar. Ortaya çıkan karışımı mikroskop slaytına dök.

Sonra, kazıyıcı ucunu kullanarak nazikçe basarak tabakanın neredeyse eşit bir kalınlığını elde edin. Mikroskop kapak slipinin kenarlarına oje uygulayın. Ojeyi aşağıya bakacak şekilde karışımın üzerine yerleştirin ve yeterince baskı uygulayarak sızdırmazlık yapın.

Sonra, uyarılma dalga boyunu ayarlayın ve uyarılma lazerini büyük çekirdek çok modlu fiberin girişine odaklayın. Mikroskop aşamasına bir test örneği koyup lazerle aydınlatılan noktayı görmek için kamerayı açın. Lifin orta bölümünü ses bobininin titreşimli membranına takın, böylece lekeler gider.

Mekanik olarak fiberi sıkıca bükerek tüm mekansal modlarını birleştirmek için karıştırın. Lazer hattını temizlemek ve istenmeyen pompa spektral yan bantlarını reddetmek için 532 nanometrede dar bir bant geçişli filtre ve 2.0 nanometre bant genişliği ile yerleştirin. Lazer ışığını numuneye yansıtmak ve objektif tarafından toplanan kırmızıya kaymış geri saçılan radyasyonu iletmek için dikroik bir ayna kullanın.

532 nanometre uzun geçirici bir filtre yerleştirerek kalıntı aydınlatma ışığını reddedin. Örnek düzlemindeki gücü bir güç ölçer ile ölç. Pompa ışınını, numunede hasara yol açmayan bir yoğunluk elde etmek için ayarlayın.

Şimdi, örneği mikroskop aşamasına koy ve odaklığı ayarla. Kama çevirisini gerçekleştiren motorun sürücüsünü açın ve alma seçeneğine basın. Sonra, sinyal yoğunluğunu optimize etmek için zaman dilimi ve donanım binleme gibi kamera alma parametrelerini ayarlayın.

Şimdi adım uzunluğunu, ana konumu ve adım sayısını ayarlayın. Dizinin adını ve dosya adını ekleyin. Çapraz noktayı hedef konuma taşıyın ve ölçü tuşuna tıklayın, her kama pozisyonu için monokrom bir görüntü elde etmeye başlayın.

Ölçüm bittikten sonra, veri analizinden önce lazeri kapatın. Sonra, alınan veri setinden motor konumunun stepper motoruna özgü düzeltme dosyasını ve interferometreye karşılık gelen frekans kalibrasyon dosyasını yükleyerek spektral hiperküp üretin. Fourier tarafından hesaplanacak spektrumlar için dalga boyunu ayarlanır ve tüm piksellerin interferogramlarını dönüştürür.

Happ-Genzel penceresi gibi, spektral genişleme ile artefakt indirgemesi arasında iyi bir denge sağlayan apodizasyon fonksiyonunu uygulayın. Sonra, spektral hiperküp oluşturulur ve karmaşık değerlerde kaydedilir. Analiz yazılımını başlatın ve spektral hiperküpü karmaşık değerlerde açın.

Yanlış renkli RGB görüntüsü üretin ve spektral hiperküpü analiz etmek için seçilen alanlarda ortalama spektrumu elde edin. Aynı görüş alanında Raman ölçümü için, algılama yoluna bir bant geçirici filtre ekleyin. Zaman dilimini ve donanım binlemesini ayarlayın, ardından ayar uzunluğunu, ana konumunu ve adım sayısını belirleyin.

Kaydetmek için dosya adını ve dizini seçin, sonra Ölçü tuşuna basın. Raman spektral imzalarına göre görüş alanında üç pigment net şekilde ayırt edilir; rutil için karakteristik zirveler 454 ve 616 ters santimetre, anataz 396, 514 ve 641 ters santimetre, kadmiyum sarısı ise 301 ve 605 ters santimetre. Fotolüminesans haritasında ise, kadmiyum sarısı, görüş alanında görünür şekilde dağılım olan tek pigmenttir ve tüm görüntüde güçlü emisyon hakimdir.

Gerçekten de, rutil ve anatasın hafif defekti saçımı sarı tozdan spektral olarak ayırt edilemez.