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天美講堂丨樣品基底對拉曼光譜的影響
要? ?點
● 在拉曼測試中，樣品基底會對拉曼光譜產生影響，可能掩蓋有價值的樣品信息。
●?不同的基底材料具有獨特的光學性質，并以不同的方式影響拉曼光譜。
●?本文研究了玻璃、石英、氟化鈣和不銹鋼作為基底的影響，以幫助您最大限度地提高拉曼數據質量。
在拉曼光譜的測試中，有許多參數需要考慮才能獲得高質量的數據。其中一個經常被忽視的是放置樣品的基底，如圖1所示。有多種基底材料可用，并且每種材料對拉曼光譜的測試會產生不同的影響。在設計實驗時，必須了解基底的拉曼特性，以確保其產生的光譜不會掩蓋有關樣品感興趣的信息。1本文將討論拉曼光譜測試中常用的四種不同基底（玻璃、石英、氟化鈣和不銹鋼）的特性。
圖1. 樣品的基底
基底1：玻璃
最常見、低成本的基底是玻璃，可以相對便宜地大量購買。玻璃載玻片是透明的，可用于反射和透射照明的寬場顯微鏡。然而，使用玻璃進行拉曼光譜測試的一個顯著缺點是光致發光（PL）背底。當使用標準激光波長時，它會掩蓋有價值的光譜信息。2圖2顯示了玻璃基底在使用三種不同激光獲得光譜時的影響，這些激光跨越了電磁（EM）光譜的可見光和近紅外（NIR）區域。
圖2. 使用532nm、638nm和785nm激光器對玻璃進行拉曼分析
當用785nm激光（紅色）分析時，玻璃在約為1400 cm-1處顯示出強的PL峰。當放置的樣品是透明的或者當樣品用玻璃蓋玻片覆蓋時，可能觀察到這一峰值。使用638nm（綠色）時，玻璃的光譜顯示拉曼特征和上升的PL峰的組合。使用532nm（藍色）時沒有PL峰。但玻璃的拉曼光譜仍然相對復雜，并且它在與許多感興趣的潛在官能團相同的光譜范圍中包含多個寬峰。可以通過用鋁箔覆蓋玻璃來避免這些不必要的影響。然而，當使用低工作距離物鏡時，這是不合適的，因為很難以所需的精度水平來固定它。最好的方法是使用玻璃的替代材料。
基底2：石英
熔融石英是一種可用于拉曼光譜測試的替代透明基底。當用不同的激光波長測試時，石英產生的光譜比玻璃的變化更小。圖3顯示，石英不表現出PL峰，這一點明顯優于玻璃。較大的光譜圖采取與上述玻璃光譜相同的波數范圍，插圖更詳細地顯示了石英的振動特征。與其它可用的基底相比，拉曼光譜仍然很復雜，但最突出的波段是在低波數區域，該區域不太可能與感興趣的振動模式重疊。石英是高溫拉曼應用中的首選基底，因為它非常耐熱。
圖3. 使用532nm、638nm和785nm激光器對石英進行拉曼分析
基底3：氟化鈣
氟化鈣（CaF2）是另一種透明材料，通常被認為是拉曼顯微鏡基底的“黃金標準”。對于大多數拉曼顯微鏡應用，CaF2具有比玻璃和石英更有利的光學性質。為了說明這一點，圖4中繪制了用不同波長獲得的CaF2的光譜圖。CaF2沒有表現出PL峰，類似于石英。CaF2的優點是它只有一個狹窄的拉曼峰，約330 cm-1，這是大多數官能團不會振動的波段。與玻璃和石英更復雜的光譜相比，該波段不太可能掩蓋樣品特征。
圖4. 使用532nm、638nm和785nm激光器對氟化鈣進行拉曼分析
基底4：不銹鋼
不銹鋼載玻片是前面討論的基底的不透明替代品，具有最小的背景干擾并且沒有拉曼光譜特征。如圖5所示，不銹鋼顯示出比上述任何材料都少的拉曼信號和可忽略的背景干擾，使其成為拉曼顯微鏡應用的優質基底。
圖5. 使用532nm、638nm和785nm激光器對不銹鋼進行拉曼分析
圖6. 不銹鋼和玻璃基底上聚苯乙烯珠的拉曼分析
結? 論
在本文中，我們討論了用于拉曼光譜測試的各種樣品基底的影響，總結見下表。需要注意的是，石英、氟化鈣和不銹鋼比玻璃更貴，但它們也可以通過清洗、消毒進行重復使用。通過了解不同基底的性質，進而選擇合適的基底，并確保測試所得光譜僅來自樣品感興趣的部分。
參考文獻
1.J. Butler et al., Using Raman spectroscopy to characterise biological materials, Nat. Protoc., 2016, 11, 684-687.
2.J. Byrne et al., Raman Microscopy: Complement or Competitor?, in RSC Analytical Spectroscopy Series, ed. D. Moss, Royal Society of Chemistry, Cambridge, 2010, 105-143.
3.T. Lewis et al., Mirrored stainless steel substrate provides improved signal for Raman spectroscopy of tissue and cells, J. Raman Spectrosc., 2017, 48, 119-125.
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