Pourquoi utiliser la spectroscopie Raman ?
Découvrez les avantages de la spectroscopie Raman et en quoi cette technique est idéale pour la microscopie combinée et corrélative. La microscopie Raman complète d’autres techniques d’analyse structurelle telles que la FTIR et la XRD.
La spectroscopie Raman est une technique d’analyse chimique polyvalente et non destructive qui ne nécessite généralement aucune préparation des matériaux. Il est possible d’obtenir des informations multimodales en combinant la microscopie Raman à d’autres techniques d’imagerie et d’analyse. La microscopie Raman est complémentaire de la spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR) et de la diffraction des rayons X (XRD). Comparons ces techniques d’analyse.
Avantages de spectroscopie Raman
La spectroscopie Raman permet souvent de gagner du temps sur la préparation des matériaux et de passer directement à leur analyse. Voici ses principaux avantages :
L’analyse Raman permet d’obtenir la composition chimique et la structure des matériaux
La spectroscopie Raman permet de détecter différentes structures et compositions chimiques. Elle permet notamment de déterminer les polymorphes, qui contiennent les mêmes atomes mais sous des formes cristallines différentes. Vous pouvez également analyser des mélanges et quantifier leur composition chimique.
La spectroscopie Raman est applicable dans de nombreux cas de figure
Tous les non-métaux ont des spectres Raman actifs. La spectroscopie Raman est donc idéale pour analyser des échantillons inconnus. Il convient de noter que les composés métalliques ont aussi des spectres Raman. Leur analyse Raman peut ainsi caractériser les oxydes métalliques et nous aider à comprendre la corrosion.
L’analyse Raman nécessite un minimum de préparation de l’échantillon
Si vous disposez d’un objectif pour éclairer l’échantillon, vous pouvez obtenir son spectre Raman. Aucune autre préparation de l’échantillon n’est nécessaire.
La microscopie Raman permet une détection biochimique sans étiquette
Vous n’avez pas besoin de colorants pour différencier les tissus biologiques et les cellules.
L’analyse Raman est sans contact et non destructive
Vous pouvez analyser l’échantillon plusieurs fois sans le modifier.
La microscopie Raman peut détecter des quantités infimes
Les meilleurs microscopes Raman peuvent analyser dans l’espace des petites quantités de matériau, d’une taille inférieure à 1 micromètre. Il peut s’agir notamment de contaminants, de nanodiamants et de graphène monocouche. Ces systèmes utilisent des objectifs à grande ouverture numérique pour éclairer et collecter efficacement la lumière diffusée par Raman d’une minuscule région de l’échantillon.
La spectroscopie Raman peut également analyser de grands échantillons et des produits chimiques en vrac
On peut utiliser des capteurs Raman à fibres optiques pour l’analyse chimique à distance d’échantillons immobiles. Des mesures Raman sur site sont parfois nécessaires (p. ex. sur une ligne de faisceaux synchrotron ou dans un réacteur chimique).
L’analyse Raman convient aux échantillons dans l’eau
On peut analyser des échantillons en solution aqueuse, comme des suspensions colloïdales, des cellules vivantes ou des mélanges de réactions biochimiques. Il n’est pas nécessaire d’extraire ou de sécher un échantillon humide. Ces opérations prennent du temps et peuvent également altérer la chimie ou la structure des échantillons.
On peut faire la mise au point à travers la paroi d’un flacon en verre pour effectuer une analyse Raman de la poudre de graphène qu’il contient.Microscopes Raman corrélative
On peut corréler les images de la microscopie Raman avec celles obtenues à l’aide d’autres techniques de microscopie. Les exigences minimales en matière d’échantillonnage et la nature non destructive de la spectroscopie Raman facilitent cette tâche. On peut facilement intégrer les systèmes Raman de Renishaw à d’autres techniques pour des mesures colocalisées. Elles comprennent :
- Microscopie-sondage à balayage (SPM) / microscopie à force atomique (AFM)
- Microscopie électronique à balayage (MEB) à l’aide de l’interface Renishaw inLuxTMInterface SEM Raman
- Imagerie à photocourant
- Photoluminescence (PL)
- Thermographie infrarouge à longueur d’onde moyenne (MWIR)
- Nanoindentation
- Microscopie d’imagerie en temps de vie de fluorescence (FLIM)
Grâce à une utilisation conjointe de ces techniques, il est possible d’obtenir une compréhension complète des matériaux.
Plus d’informations sur les systèmes Raman combinés
Image superposée montrant une corrélation claire entre (A) l’image optique, (B) l’image SEM et (C) l’image Raman. L’image Raman montre que le laminé polymère est composé de polycarbonate (rouge), TiO2 rutile (bleu), poly[4,4’-méthylènebis(isocyanate de phényle)-alt-1,4-butanediol/poly(adipate de butylène) (vert), phtalocyanine de cuivre (cyan) et téréphtalate de polyéthylène (jaune). Notez la couche de cyan qui n’est pas visible sur l’image SEM ou optique, mais qui est détectée par l’imagerie Raman.
La spectroscopie Raman
Vous êtes un nouveau venu dans la spectroscopie Raman ? Découvrez rapidement les principes fondamentaux de l’analyse Raman.
Comparaison de la microscopie Raman à la spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR)
Les scientifiques comparent souvent la spectroscopie Raman à la spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR), davantage utilisée. Il s’agit dans les deux cas d’une forme de spectroscopie vibrationnelle. Les spectroscopies Raman et FTIR sont complémentaires, car leurs mécanismes physiques diffèrent.
La FTIR mesure la façon dont un échantillon absorbe la lumière à des fréquences distinctes qui correspondent aux fréquences de vibration des liaisons moléculaires. L’absorption IR nécessite une variation du moment dipolaire d’une liaison. La spectroscopie FTIR est donc plus sensible aux vibrations des groupes fonctionnels hétéronucléaires avec des liaisons polaires, comme l’étirement O-H dans l’eau.
En revanche, la spectroscopie Raman mesure la diffusion inélastique de la lumière pour sonder les vibrations moléculaires. Pour qu’il y ait diffusion Raman, le photon entrant doit induire un changement de polarisation dans une liaison. La spectroscopie Raman est plus sensible aux vibrations des liaisons moléculaires homonucléaires et peut différencier les liaisons C-C, C=C et C≡C.
La spectroscopie Raman et la spectroscopie FTIR peuvent toutes deux être effectuées à l’aide d’un microscope. La microscopie Raman présente certains avantages par rapport à la FTIR :
• La spectroscopie Raman détecte les modes vibrationnels qui ne sont pas actifs dans l’IR.
• La microscopie Raman peut résoudre des particules plus petites que la FTIR par microscope (micro-FTIR), car elle utilise souvent des longueurs d’onde de lumière plus courtes.
• L’analyse Raman permet de différencier les matériaux avec une plus grande spécificité chimique grâce à des bandes Raman plus étroites.
• Pour l’analyse FTIR, les échantillons doivent parfois être en contact avec une pointe de réflectance totale atténuée (ATR). Les analystes doivent souvent préparer des échantillons solides en les broyant avec du Nujol ou des solvants. Le mélange d’échantillons est ensuite comprimé entre des disques de KBr. Les échantillons liquides peuvent nécessiter des plaques de NaCl.
• L’analyse quantitative Raman peut nécessiter un matériau de référence, mais n’exige aucune préparation d’échantillon avec une longueur de trajet optique fixe. L’analyse quantitative par FTIR est une technique d’absorption, qui nécessite donc une longueur de trajet optique constante à travers l’échantillon.
• La spectroscopie Raman convient aux études de dépolarisation des molécules chirales.
Comparaison de la microscopie Raman à la XRD
La diffraction des rayons X (XRD) est une autre méthode d’analyse non destructive. On peut utiliser la XRD pour étudier les propriétés physiques telles que la composition des phases, la structure cristalline et l’orientation des échantillons solides ou liquides. La longueur d’onde des rayons X est comparable à la distance entre les atomes dans un réseau cristallin. Des interférences constructives peuvent donc se produire entre les rayons X incidents et l’échantillon cristallin. On peut analyser le diagramme XRD qui en résulte pour comprendre la mise en ordre à longue distance de la structure cristalline.
La spectroscopie Raman est complémentaire de la XRD lorsqu’il s’agit de comprendre la structure cristalline d’un matériau. Cependant, la spectroscopie Raman présente certains avantages par rapport à la XRD :
• La spectroscopie Raman peut mesurer des substances cristallines et amorphes.
• L’analyse Raman peut mesurer des petites quantités d’échantillons, comme des grains ou des particules uniques.
• La spectroscopie Raman ne nécessite pas de chambre à vide, ni de contrôle de l’humidité ou de la température.
Comment tirer le meilleur parti de votre système Raman
Si la spectroscopie Raman présente de nombreux avantages, elle peut aussi poser certains problèmes. Découvrez comment résoudre certains des problèmes rencontrés lors de son utilisation.
Qu’est-ce que la spectroscopie Raman ?
Poursuivez votre exploration des spectroscopies Raman et par photoluminescence (PL). Nous répondons à vos questions sur la microscopie Raman, l’imagerie Raman rapide, l’analyse des données, la fluorescence et les techniques analytiques complémentaires.
Spectroscopie Raman expliquée