拉曼掃描成像是研究非均相樣品空間變化的重要技術(shù)手段，對(duì)解析樣品中不同成分的空間分布，樣品化學(xué)結(jié)構(gòu)在空間上的變化規(guī)律，材料生長的驅(qū)動(dòng)方向都發(fā)揮關(guān)鍵作用。DeepBlue200是一款可以實(shí)現(xiàn)全國產(chǎn)化配置的高性能和高性價(jià)比顯微共聚焦拉曼光譜儀。該儀器具全自動(dòng)、高穩(wěn)定性、占地面積小和易上手的特點(diǎn)。DeepBlue200共聚焦拉曼光譜儀還可搭載進(jìn)口高分辨光譜儀和高精度掃描平臺(tái)，靈敏度、光譜分辨率和空間分辨率等拉曼性能指標(biāo)達(dá)到先進(jìn)水平。本文所示案例均為基于全國產(chǎn)化配置所得，用于展示DeepBlue200拉曼掃描成像能力。

案例1：硅片的拉曼光譜掃描成像

       硅片是被用于校正拉曼光譜峰位和評(píng)估拉曼光譜儀靈敏度的標(biāo)準(zhǔn)樣品，也是樣品信號(hào)強(qiáng)、較為耐受激光的一種代表性的固體樣品，我們選取硅片邊緣有明顯損傷痕跡的區(qū)域進(jìn)行拉曼掃描成像，以獲取更為豐富的硅材料結(jié)構(gòu)信息。如下圖1為單晶硅拋光面的白光圖像和劃痕區(qū)域拉曼掃描成像結(jié)果，白光圖像中的淺痕跡和深劃痕在拉曼成像中一一對(duì)應(yīng)，細(xì)節(jié)均得到表征。我們抽取白光圖像中9個(gè)點(diǎn)的拉曼光譜曲線做分析（見圖2），其中1-2號(hào)代表正常區(qū)域，3-4號(hào)代表污染區(qū)域，5-6號(hào)代表深劃痕區(qū)域，7-9號(hào)代表淺痕跡區(qū)域。由圖2可知，污染物不改變單晶硅拉曼光譜，深/淺劃痕均明顯改變單晶硅的化學(xué)結(jié)構(gòu)，痕跡越深，拉曼光譜差異越大。我們按照白光圖像中紅色箭頭方向從單晶硅正常區(qū)域向深度劃痕區(qū)域獲取數(shù)據(jù)，可以清晰看出單晶硅→多晶硅→單晶硅的變化過程（見圖3）。單晶硅變?yōu)槎嗑Ч?，峰?qiáng)變?nèi)?，峰位朝低波?shù)移動(dòng)，峰寬明顯變寬（見圖4）。

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         圖1 單晶硅片白光圖像和劃痕區(qū)域拉曼掃描成像

          圖2 白光圖像中所示不同點(diǎn)的拉曼光譜曲線

           圖3 白光圖像中所示線掃描拉曼光譜曲線

           圖4 線掃描拉曼強(qiáng)度、峰位和峰寬變化

案例2：500nm聚苯乙烯小球拉曼掃描成像

       聚苯乙烯小球是一種易獲得的微塑料模型材料，我們選擇500nm粒徑，用于評(píng)估DeepBlue200共聚焦拉曼的空間分辨率。

       如下圖5左為100倍物鏡下的500nm聚苯乙烯小球白光圖像，我們對(duì)方框區(qū)域進(jìn)行拉曼掃描成像。受限于本系統(tǒng)中XY掃描平臺(tái)最小步進(jìn)只能達(dá)到1.25µm，對(duì)照白光圖像中不同顆粒間距和拉曼掃描成像結(jié)果（圖5右），可發(fā)現(xiàn)本系統(tǒng)橫向空間分辨率可達(dá)1µm。如果采用更高精度的掃描平臺(tái)（最小步進(jìn)50nm），DeepBlue200的拉曼掃描成像分辨率可<400nm，我們?cè)诤笃谖恼轮袑?shí)測(cè)數(shù)據(jù)報(bào)道。

           圖5  聚苯乙烯小球拉曼光譜掃描成像（直徑500 nm）

       為驗(yàn)證該系統(tǒng)中1.25µm最小步進(jìn)掃描亞微米顆粒是否出現(xiàn)漏檢問題，我們使用以上掃描密度對(duì)更大范圍和更復(fù)雜區(qū)域進(jìn)行拉曼掃描成像（見圖6）。為了直觀比較，我們將該區(qū)域拉曼掃描成像區(qū)域和白光圖像疊加（見圖7)，可得到拉曼掃描成像與白光圖像重疊，無任何漏檢現(xiàn)象的結(jié)論。表明該配置能夠勝任亞微米尺度微塑料的精準(zhǔn)檢測(cè)。

           圖6  500nm直徑聚苯乙烯小球（高密度分布）拉曼掃描成像

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           圖7 拉曼光譜圖像和白光圖像疊加                圖8 標(biāo)記點(diǎn)拉曼光譜曲線

案例3：自來水水滴蒸干殘留物拉曼掃描成像

        以上兩個(gè)案例采用了拉曼光譜領(lǐng)域的模型樣品，我們這里再給出一例生活中的實(shí)際案例：——自來水蒸干物的拉曼掃描成像。

        采用200µl移液器吸取新鮮自來水并滴與鋁膜反射鏡上，待其水分自然蒸干后置于DeepBlue200物鏡下上機(jī)測(cè)試（見圖9）。通過顯微觀察，我們發(fā)現(xiàn)自來水液滴蒸干后可分為三個(gè)典型區(qū)域。A為環(huán)狀條帶環(huán)區(qū)域，B為邊緣區(qū)域，C為中心區(qū)域（如圖9右和圖10） 。

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           圖9 自來水水滴蒸干后實(shí)物圖像及其局部放大圖

        圖10 自來水水滴蒸干后三個(gè)典型區(qū)域的顯微圖像（50倍長焦物鏡） 

環(huán)狀條帶區(qū)域：

      如下圖11為環(huán)狀條帶區(qū)域的拉曼掃描成像和拉曼光譜曲線，該區(qū)域大部分蒸干物為有機(jī)物，有明顯的C-H振動(dòng)峰，主峰在1010cm-1附近，也是明顯的有機(jī)物拉曼峰，具體物質(zhì)需進(jìn)一步驗(yàn)證。

      圖11自來水水滴蒸干物環(huán)狀條帶區(qū)域白光和拉曼掃描成像

邊緣區(qū)域：

       此區(qū)域很靠近環(huán)狀條帶區(qū)域（如圖12），顆粒直徑較大，多數(shù)超過5微米，顯微鏡下很容易辨認(rèn)。本次所測(cè)試樣品的結(jié)果來看，此區(qū)域大尺寸顆粒物主要是碳酸鹽，1080cm-1處有很明顯的拉曼光譜信號(hào)。

        圖12 自來水水滴蒸干物邊緣區(qū)域白光和拉曼掃描成像

中心區(qū)域：

       此區(qū)域?yàn)橐旱握舾晌锏闹行模ㄈ鐖D13），多數(shù)顆粒物直徑在1微米以下，也會(huì)出現(xiàn)少量大顆粒。此區(qū)域顆粒物主要成分也是碳酸鹽，主要拉曼峰出現(xiàn)在1080cm-1處，同時(shí)也采集到明顯的熒光信號(hào)，推測(cè)為含熒光基團(tuán)的有機(jī)物（如圖13 右）。

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        圖13 自來水水滴蒸干物邊緣區(qū)域白光和拉曼掃描成像

       綜上所述，全國產(chǎn)化配置的DeepBlue200在應(yīng)對(duì)不同類型樣品均表現(xiàn)良好，獲得了理想的結(jié)果。

產(chǎn)品特點(diǎn)：

      自動(dòng)化：自動(dòng)化集成式設(shè)計(jì)、根據(jù)需求自動(dòng)切換白光/激光光路，全自動(dòng)切換激發(fā)波長，自動(dòng)轉(zhuǎn)換激光功率；

      高靈敏：真共焦設(shè)計(jì)，極簡光路，高雜散光抑制能力，直面激光不耐受和拉曼信號(hào)弱等難測(cè)樣品，如薄膜、小顆粒和稀溶液樣品；

      穩(wěn)定性：主要力學(xué)結(jié)構(gòu)件和光機(jī)部件均采用高強(qiáng)度合金材料，結(jié)構(gòu)力學(xué)重心下移光學(xué)部件剛性耦合，儀器具有穩(wěn)定性好，抗環(huán)境擾動(dòng)能力強(qiáng)；

      開放性：采用開放式顯微鏡設(shè)計(jì)，物鏡以下135mm自由空間，Z軸物鏡主動(dòng)聚焦(樣品不動(dòng))。用戶可根據(jù)需要拆卸標(biāo)準(zhǔn)樣品臺(tái)，安裝定制型樣品臺(tái)或固定大樣品，以滿足不同研究需要。

      掃描成像參數(shù)：最大位移范圍100*100mm,最小掃描步進(jìn)1.25µm，橫向空間分辨率~1µm。