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在掃描電鏡分析中，有機(jī)物的分析一直是一個(gè)難題。現(xiàn)在隨著電鏡低電壓的能力越來(lái)越強(qiáng)，已經(jīng)能解決有機(jī)物的荷電以及電子束輻照損傷問(wèn)題，對(duì)形貌的表征不再是難事。但是對(duì)有機(jī)物除形貌之外的分析依然是個(gè)難題，因?yàn)槟茏V的元素分析功能對(duì)有機(jī)物的表征起不了太大作用。
而拉曼光譜是除了紅外光譜以外，另一個(gè)可以很好地進(jìn)行有機(jī)結(jié)構(gòu)解析的表征手段。因此RISE拉曼-電鏡一體化系統(tǒng)相比一般的SEM系統(tǒng)，對(duì)有機(jī)物的分析能力就有了極大的拓展。
有機(jī)物的結(jié)構(gòu)分析主要是碳骨架結(jié)構(gòu)和特殊官能團(tuán)的解析。碳結(jié)構(gòu)的表征在上期已經(jīng)詳述，是拉曼zui為優(yōu)勢(shì)的領(lǐng)域之一；而特殊官能團(tuán)也可通過(guò)其對(duì)應(yīng)的拉曼指紋峰來(lái)進(jìn)行指示。
不同特殊官能團(tuán)對(duì)應(yīng)不同拉曼指紋峰
有機(jī)材料的分析
如下圖，試樣為聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和聚苯乙烯(PS)的共混膜。如果是用傳統(tǒng)電鏡觀察，可以憑借經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)形貌來(lái)大致區(qū)分兩者，但是這僅僅是依靠經(jīng)驗(yàn)判斷，并無(wú)有效的證據(jù)。除此之外，EDS等附件并不能確切的給出區(qū)分兩相的有力數(shù)據(jù)。
而用RISE分析卻有了明顯的進(jìn)步，在觀察到的區(qū)域可以進(jìn)行拉曼光譜面掃描。PMMA和PS雖然都是有機(jī)材料，不過(guò)碳骨架結(jié)構(gòu)和部分官能團(tuán)的結(jié)構(gòu)卻有著較大的差異。PMMA化學(xué)式是-[CH2C(CH3)(COOCH3)]n-，PS為(C8H8) n。
聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和聚苯乙烯(PS)的化學(xué)結(jié)構(gòu)式
PMMA有特征的C=O結(jié)構(gòu)、CH3伸縮振動(dòng)，而PS有特征的苯環(huán)的環(huán)呼吸振動(dòng)、苯環(huán)內(nèi)碳原子的非對(duì)稱振動(dòng)、苯環(huán)C-H的伸縮振動(dòng)。這些振動(dòng)對(duì)應(yīng)的拉曼峰分別位于1727cm-1、2951cm-1、1000cm-1、1600cm-1、3052cm-1，這些峰即可作為兩項(xiàng)的特征峰輕易的將兩項(xiàng)進(jìn)行區(qū)分。
通過(guò)拉曼特征峰輕易區(qū)分PMMA和PS
此外，很多有機(jī)物都有特征性的骨架結(jié)構(gòu)和官能團(tuán)，這些均可作為拉曼光譜的特征峰用RISE進(jìn)行分析。
有機(jī)物中特征骨架結(jié)構(gòu)和官能團(tuán)對(duì)應(yīng)特征拉曼峰
再比如，RISE也可輕易區(qū)分下圖有機(jī)物中的聚羥基丁酸酯(紅色)和聚乳酸(藍(lán)色)。
通過(guò)拉曼特征峰區(qū)分聚羥基丁酸酯(紅色)和聚乳酸(藍(lán)色)
生命科學(xué)的分析
在生命科學(xué)研究領(lǐng)域中也經(jīng)常需要用到掃描電鏡，尤其是染色的細(xì)胞切片組織通過(guò)掃描電鏡觀察，可以通過(guò)形貌襯度判斷細(xì)胞內(nèi)部結(jié)構(gòu)。然而除了形貌照片之外，沒(méi)有更多的分析數(shù)據(jù)也困擾著這一類方向的研究。
然而RISE技術(shù)仍可以在此基礎(chǔ)上進(jìn)行進(jìn)一步的拓展，很多生命試樣的特征結(jié)構(gòu)也都有特征的物質(zhì)組成，比如特征的蛋白、脂類等等，還是可以由特征的有機(jī)物及其對(duì)應(yīng)的特征拉曼光譜作為指紋標(biāo)記。
如下圖，可以將細(xì)胞切片組織在形貌的基礎(chǔ)上進(jìn)行RISE表征，進(jìn)一步區(qū)分出細(xì)胞核、細(xì)胞間隙和高濃度磷脂。
通過(guò)RISE技術(shù)表征細(xì)胞切片組織中不同物質(zhì)
再比如下圖，試樣為眼蟲細(xì)胞。在獲得SEM圖像之后再通過(guò)拉曼光譜獲得RISE圖像，可以進(jìn)一步分析出其中的葉綠體、蛋白質(zhì)、細(xì)胞核、副淀粉等物質(zhì)。
眼蟲細(xì)胞中不同物質(zhì)的RISE表征分析
醫(yī)工交叉
目前學(xué)科交叉是科學(xué)研究的發(fā)展趨勢(shì)，其中醫(yī)工交叉也是備受關(guān)注的方向。醫(yī)工交叉的科學(xué)研究中有大量的新材料和仿生材料，這也是僅靠傳統(tǒng)SEM系統(tǒng)無(wú)法*表征清楚的。而RISE系統(tǒng)在這方面就大有了用武之地。
如下圖，某仿生材料，用戶除了關(guān)心其形貌特征外，也關(guān)心其中的膠原和礦化膠原的分布。其特征峰主要在627cm-1、1601cm-1，其特征峰強(qiáng)度分布如圖，除此之外還有420-460cm-1、2938-2941cm-1等其他特征峰，可以進(jìn)行更加細(xì)微結(jié)構(gòu)的判斷。zui終得到了膠原和礦化膠原，以及細(xì)微結(jié)構(gòu)不同的(礦化)膠原的分布圖和電鏡形貌混合的RISE圖像。
仿生材料中膠原及不同細(xì)微結(jié)構(gòu)的礦化膠原分布分析
食品安全
食品安全及其相關(guān)領(lǐng)域已經(jīng)成為大眾非常關(guān)心的問(wèn)題以及檢測(cè)領(lǐng)域遇到的新問(wèn)題，比如三聚氰胺奶粉、蘇丹紅等問(wèn)題。然后可惜的是在食品安全及相關(guān)領(lǐng)域，用戶更關(guān)系的是化學(xué)結(jié)構(gòu)分析而非形貌和元素成分，因此掃描電鏡很難在此領(lǐng)域的檢測(cè)上發(fā)揮作用。
如下圖，某品牌嬰兒奶粉，對(duì)其中部分區(qū)域進(jìn)行RISE成像，發(fā)現(xiàn)其中的空氣液泡、脂類、磷酸、胡蘿卜素、蛋白質(zhì)、膽固醇、甘油三酯等物質(zhì)的分別。
嬰兒奶粉中不同物質(zhì)的RISE表征分析
RISE拉曼-電鏡一體化系統(tǒng)相比一般的掃描電鏡系統(tǒng)，對(duì)有機(jī)物的分析能力有了極大的拓展，通過(guò)有機(jī)物的碳骨架結(jié)構(gòu)和特殊官能團(tuán)對(duì)應(yīng)的拉曼指紋峰來(lái)進(jìn)行指示，結(jié)合形貌表征，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)于有機(jī)材料的結(jié)構(gòu)解析。
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《RISE大招》系列
下期將帶大家開(kāi)啟RISE二維材料分析
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TESCAN發(fā)源于zui大的電鏡制造基地-捷克Brno，是電子顯微鏡及聚焦離子束系統(tǒng)領(lǐng)域的跨國(guó)公司，有超過(guò)60年的電子顯微鏡研發(fā)和制造歷史，是掃描電子顯微鏡與拉曼光譜儀聯(lián)用技術(shù)、聚焦離子束與飛行時(shí)間質(zhì)譜儀聯(lián)用技術(shù)以及氙等離子聚焦離子束技術(shù)的*，也是行業(yè)領(lǐng)域的技術(shù)。
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