GMD 785 nm 顯微拉曼光譜暨拉曼組圖分析系統

儀器介紹

GMD 785 nm 顯微拉曼光譜暨拉曼組圖分析系統，是一套結合近紅外拉曼激發、50× 顯微物鏡定位、拉曼組圖、峰值分析及角度解析偏振拉曼功能的材料分析平台。

系統以 GMD 拉曼光譜平台為核心，本所實際配置 785 nm 近紅外雷射。785 nm 激發光源有助於降低部分寶石、礦物、有機材料、聚合物、樹脂及天然材料在較短波長激發下產生的螢光背景，提高拉曼特徵峰的辨識能力。

本系統配置 50× 顯微物鏡，可將激發雷射聚焦至樣品的微小區域，並協助分析人員選擇寶石、礦物、晶體、包裹體、薄膜、塗層、微小異物及不同顏色區域的指定位置進行拉曼光譜量測。

透過顯微定位及掃描分析功能，可針對樣品不同位置連續取得拉曼光譜，並將指定光譜參數轉換為空間分布圖。

本所採購的 RamMA 軟體包含拉曼組圖分析（Raman mapping）、峰形分析、峰位分析與偏振拉曼功能。分析人員可針對指定拉曼峰計算峰強度、半高寬、雙峰強度比、單峰峰位偏移及雙峰位置差，並將結果建立為二維彩色圖或三維圖形視覺化顯示。

單峰峰位偏移組圖可用於觀察材料不同區域的峰位變化，並應用於應力相關峰移、晶格變化及材料局部結構研究。雙峰位置差及雙峰強度比分析可應用於層狀材料、晶相分布、材料狀態及晶體堆疊取向的比較研究。

峰強度組圖可呈現指定拉曼峰在不同測量位置的相對分布；半高寬 FWHM 可比較拉曼峰寬度變化；A/B ratio 可計算兩個指定拉曼峰之間的強度比值，並將結果建立為彩色空間分布圖。

系統亦具備 RPRM 全自動角度解析偏振拉曼分析，可依不同偏振角度取得拉曼訊號，建立完整資料二維彩色圖與 360° 二維彩色分析圖，並可自動搜尋平行偏振拉曼光譜條件，用於晶體方向性、各向異性、高度結晶材料及層狀材料研究。

儀器原理

拉曼光譜法利用單色雷射照射樣品，分析入射光與材料中的分子振動、晶格振動或其他激發模式作用後所產生的非彈性散射光。

大部分入射光會以與原入射光相同能量形成瑞利散射，只有少部分光子會與樣品中的分子或晶格交換能量，形成拉曼散射光。

拉曼散射光與激發雷射之間的能量差通常以拉曼位移表示，單位為 cm⁻¹。不同化學鍵、分子結構、晶體結構、礦物相及材料狀態具有不同的拉曼峰位置、相對強度、峰形及半高寬，因此拉曼光譜可作為材料鑑別與結構研究的指紋。

本系統利用 50× 顯微物鏡將 785 nm 激發雷射聚焦至樣品的指定微小區域，同時收集該位置產生的拉曼散射光。拉曼訊號經光譜儀分光與偵測後，形成光強度相對於拉曼位移的光譜。

應用範圍

• 寶石與礦物的顯微拉曼光譜鑑別
• 天然、合成及處理寶石的輔助鑑別
• 寶石包裹體與微小晶體的定位分析
• 寶石表面樹脂、塗層、填充物及附著物分析
• 不同顏色區域與局部晶相的光譜比較
• 翡翠、軟玉及其他玉石的礦物相分析
• 紅寶石、藍寶石、祖母綠及彩色寶石分析
• 珍珠、珊瑚及其他有機寶石材料分析
• 礦物、晶體及多晶型材料鑑別
• 微小顆粒、異物及未知材料分析
• 聚合物、塑膠、樹脂及黏著劑分析
• 顏料、染料、油墨及塗層材料分析
• 玻璃、陶瓷及其他無機材料分析
• 碳材料、石墨及石墨烯的拉曼光譜研究
• 半導體及二維材料拉曼分析
• 材料不同區域的拉曼峰強度組圖
• 晶相與材料分布的拉曼組圖分析
• 拉曼峰半高寬與結晶特徵比較
• 雙峰強度比 A/B ratio 組圖
• 應力相關峰位變化研究
• 雙峰位置差與層狀材料特徵研究
• 晶體取向及各向異性的偏振拉曼研究
• 360° 角度解析偏振拉曼分析
• 不同批次及處理前後樣品的光譜比較
• 樣品與標準拉曼光譜資料庫比對

儀器規格

樣品需求

樣品的目標分析區域應可在 50× 顯微物鏡下辨識並完成對焦。

寶石、礦物、晶體及其他固體材料，可選擇具有代表性的表面或微小區域進行拉曼光譜量測。

微小顆粒、包裹體、薄膜、塗層及附著物，可依尺寸與位置選擇適合的分析條件。

需要進行拉曼組圖分析時，樣品應能穩定放置於掃描平台，避免量測過程中發生位置變化。

需要進行偏振拉曼分析時，樣品應可穩定固定，並依晶體方向與研究目的設定分析條件。

粉末或微小顆粒可放置於乾淨且適合拉曼量測的載體上。

進行不同區域比較時，建議採用一致的激發波長、雷射功率、積分時間、平均次數、顯微物鏡、掃描步距及光譜處理條件。

實際雷射功率、積分時間、平均次數、掃描步距與分析方式，將依樣品種類、顏色、透明度、螢光背景、熱特性與分析目的進行選擇。