रमन माइक्रोस्कोप

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Photo of a confocal Raman imaging microscope
कन्फोकल रमन इमेजिंग माइक्रोस्कोप
Photo of a Raman microscope, with a sample enclosure
रमन माइक्रोस्कोप

रमन माइक्रोस्कोप एक लेजर आधारित माइक्रोस्कोप उपकरण है जिसका उपयोग रमन स्पेक्ट्रोस्कोपी करने के लिए किया जाता है।[1] मोल (आणविक प्रकाशिकी लेजर परीक्षक) शब्द का उपयोग रमन-आधारित माइक्रोप्रोब को संदर्भित करने के लिए किया जाता है।[1] उपयोग की जाने वाली विधि का नाम सी. वी. रमन के नाम पर रखा गया है जिन्होंने तरल पदार्थों में प्रकीर्णन वाले गुणों की खोज की थी।[2]

कॉन्फ़िगरेशन

रमन माइक्रोस्कोप एक मानक ऑप्टिकल माइक्रोस्कोप से प्रारंभ होता है और एक उत्साहित लेज़र ऑप्टिकल फिल्टर या लॉन्गपास, एक स्पेक्ट्रोमीटर या मोनोक्रोमेटर, और एक ऑप्टिकल संवेदनशील संसूचक जैसे चार्ज-युग्मित उपकरण (सीसीडी), या फोटोमल्टीप्लायर ट्यूब, (पीएमटी) जोड़ता है। परंपरागत रूप से रमन माइक्रोस्कोपी का उपयोग नमूने पर एक बिंदु के रमन स्पेक्ट्रम को मापने के लिए किया जाता था वर्तमान ही में इस विधि को त्रि-आयामी अंतरिक्ष नमूने पर देखने के पूरे क्षेत्र में प्रत्यक्ष रासायनिक इमेजिंग के लिए रमन स्पेक्ट्रोस्कोपी को प्रयुक्त करने के लिए विस्तारित किया गया है।

इमेजिंग मोड

प्रत्यक्ष इमेजिंग में देखने के पूरे क्षेत्र की तरंगों की एक छोटी श्रृंखला (रमन शिफ्ट) पर प्रकीर्णन के लिए जांच की जाती है। उदाहरण के लिए कोलेस्ट्रॉल के लिए एक तरंग संख्या विशेषता का उपयोग सेल संस्कृति के अंदर कोलेस्ट्रॉल के वितरण को रिकॉर्ड करने के लिए किया जा सकता है।

अन्य दृष्टिकोण हाइपरस्पेक्ट्रल इमेजिंग या रासायनिक इमेजिंग है जिसमें पूरे दृश्य क्षेत्र से हजारों रमन स्पेक्ट्रा प्राप्त किए जाते हैं। तब डेटा का उपयोग विभिन्न घटकों के स्थान और मात्रा को दर्शाने वाली छवियां उत्पन्न करने के लिए किया जा सकता है। सेल संस्कृति का उदाहरण लेते हुए, एक हाइपरस्पेक्ट्रल छवि कोलेस्ट्रॉल के वितरण को दिखा सकती है,[3] साथ ही प्रोटीन, न्यूक्लिक अम्ल और फैटी अम्ल ।[4][5][6] परिष्कृत सिग्नल- और इमेज-प्रोसेसिंग विधियों का उपयोग पानी संस्कृति मीडिया, बफ़र्स और अन्य हस्तक्षेप की उपस्थिति को अनदेखा करने के लिए किया जा सकता है।

संकल्प

रमन माइक्रोस्कोपी, और विशेष रूप से संनाभि माइक्रोस्कोपी , उप-माइक्रोमीटर पार्श्व स्थानिक संकल्प तक पहुंच सकते हैं।[7] क्योंकि रमन सूक्ष्मदर्शी एक विवर्तन-सीमित प्रणाली है, इसका स्थानिक विभेदन प्रकाश की तरंग दैर्ध्य और ध्यान केंद्रित करने वाले तत्व के संख्यात्मक छिद्र पर निर्भर करता है। कॉन्फोकल रमन माइक्रोस्कोपी में, कॉन्फोकल अपर्चर का व्यास एक अतिरिक्त कारक है। वलय के एक नियम के रूप में, पार्श्व स्थानिक संकल्प वायु उद्देश्य लेंस का उपयोग करते समय लगभग लेजर तरंगदैर्ध्य तक पहुंच सकता है, जबकि तेल या पानी के विसर्जन के उद्देश्य लगभग आधे लेजर तरंग दैर्ध्य के पार्श्व संकल्प प्रदान कर सकते हैं। इसका अर्थ यह है कि जब दृश्यमान से निकट-अवरक्त सीमा में संचालित किया जाता है तो रमन माइक्रोस्कोप लगभग पार्श्व संकल्प प्राप्त कर सकता है। 1 माइक्रोमीटर से 250 एनएम तक, जबकि गहराई रिज़ॉल्यूशन (यदि नमूना की ऑप्टिकल पैठ गहराई तक सीमित नहीं है) 1-6 माइक्रोमीटर से लेकर सबसे छोटे कॉन्फोकल पिनहोल एपर्चर के साथ दस माइक्रोमीटर तक हो सकता है जब बिना कॉन्फोकल पिनहोल के संचालित किया जाता है।[8][9][10] चूंकि माइक्रोस्कोप के ऑब्जेक्टिव लेंस लेजर बीम को माइक्रोमीटर सीमा तक फोकस करते हैं, परिणामी फोटॉन फ्लक्स पारंपरिक रमन सेटअपों की तुलना में बहुत अधिक है। इसमें हस्तक्षेप करने वाले प्रतिदीप्ति उत्सर्जित करने वाले अणुओं की बढ़ी हुई फोटोब्लीचिंग का अतिरिक्त प्रभाव है। चूँकि उच्च फोटॉन प्रवाह भी नमूना गिरावट का कारण बन सकता है और इस प्रकार, प्रत्येक प्रकार के नमूने के लिए लेजर तरंग दैर्ध्य और लेजर शक्ति को सावधानी से चुनना होगा।

रमन इमेजिंग

Chemical Imaging of a pharmaceutical emulsion with confocal Raman microscopy


एक अन्य उपकरण जो अधिक लोकप्रिय हो रहा है वह है वैश्विक रमन इमेजिंग इस विधि का उपयोग बड़े मापदंड के उपकरणों के लक्षण वर्णन विभिन्न यौगिकों के मानचित्रण और गतिकी अध्ययन के लिए किया जा रहा है। यह पहले से ही ग्राफीन परतों के लक्षण वर्णन के लिए उपयोग किया जा चुका है[11] जे-समुच्चय कार्बन नैनोट्यूब के अंदर जे-एग्रीगेटेड डाई और कई अन्य 2डी सामग्री जैसे मोलिब्डेनम डाइसल्फ़ाइड| MoS2[12] और टंगस्टन डिसेलेनाइड WSe2 चूँकि उत्तेजना पुँज पूरे क्षेत्र में फैला हुआ है इसलिए उन मापों को नमूने को हानि पहुँचाए बिना किया जा सकता है।

रमन माइक्रोस्पेक्ट्रोस्कोपी का उपयोग करके नमूनों के सूक्ष्म क्षेत्रों के इन विवो समय और अंतरिक्ष-समाधान रमन स्पेक्ट्रा को मापा जा सकता है। परिणाम स्वरुप पानी, मीडिया और बफ़र्स की प्रतिदीप्ति को हटाया जा सकता है। परिणाम स्वरुप यह प्रोटीन, कोशिकाओं और ऑर्गेनेल की जांच करने के लिए उपयुक्त है।

जैविक और चिकित्सकीय नमूनों के लिए रमन माइक्रोस्कोपी सामान्यतः नियर-इन्फ्रारेड (एनआईआर) लेज़रों (785 एनएम डायोड-पंप सॉलिड-स्टेट लेजर और 1064 एनएम एनडी:याग लेज़र|एनडी:याग विशेष रूप से समान हैं) का उपयोग करता है। यह उच्च ऊर्जा तरंग दैर्ध्य को प्रयुक्त करके नमूने को हानि पहुंचाने के कठिन परिस्थितिको कम करता है। चूँकि एनआईआर रमन प्रकीर्णन की तीव्रता कम है (ω4 रमन प्रकीर्णन तीव्रता की निर्भरता) और अधिकांश सूचकों को बहुत लंबे संग्रह समय की आवश्यकता होती है। वर्तमान ही में अधिक संवेदनशील संसूचक उपलब्ध हो गए हैं जिससे विधि उत्तम अनुकूल हो गई है

सामान्य उपयोग के लिए अकार्बनिक नमूनों की रमन माइक्रोस्कोपी जैसे कि चट्टानें चीनी मिट्टी की चीज़ें और पॉलिमर उत्तेजन तरंगदैर्घ्य की व्यापक श्रेणी का उपयोग कर सकता है।

एक संबंधित विधि टिप-एन्हांस्ड रमन स्पेक्ट्रोस्कोपी, एकल अणुओं और डीएनए की उच्च-रिज़ॉल्यूशन हाइपरस्पेक्ट्रल छवियों का उत्पादन कर सकती है।

सहसंबंधी रमन इमेजिंग

Correlative Raman-हेमटिट की एसईएम इमेजिंग। थंब। हेमेटाइट की सहसंबद्ध रमन-एसईएम इमेजिंग (आरआईएसई माइक्रोस्कोप, डब्ल्यूआईटीईसी के साथ ली गई)। रमन छवि SEM छवि पर आच्छादित है।


कॉन्फोकल रमन माइक्रोस्कोपी को कई अन्य माइक्रोस्कोपी विधियों के साथ जोड़ा जा सकता है। विभिन्न विधियों का उपयोग करके और डेटा को सहसंबद्ध करके, उपयोगकर्ता नमूने की अधिक व्यापक समझ प्राप्त करता है। सहसंबंधी माइक्रोस्कोपी विधियों के सामान्य उदाहरण रमन-एएफएम रमन-एसएनओएम और रमन-एसईएम हैं।[13][14]

सहसंबंधी एसईएम-रमन इमेजिंग एक एसईएम कक्ष में एक कॉन्फोकल रमन माइक्रोस्कोप का एकीकरण है जो एसई, बीएसई, ऊर्जा फैलाने वाला एक्स-रे स्पेक्ट्रोस्कोपी, इलेक्ट्रॉन बैकस्कैटर विवर्तन, इलेक्ट्रॉन बीम-प्रेरित वर्तमान, कैथोडोल्यूमिनेसेंस जैसी कई विधियों की सहसंबंधी इमेजिंग की अनुमति देता है। परमाणु बल माइक्रोस्कोपी।[15] नमूना इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप के निर्वात कक्ष में रखा गया है। दोनों विश्लेषण विधियों को फिर उसी नमूना स्थान पर स्वचालित रूप से निष्पादित किया जाता है। इसके बाद प्राप्त एसईएम और रमन छवियों को आरोपित किया जा सकता है।[16][17] इसके अतिरिक्त कक्ष पर एक केंद्रित आयन बीम (एफआईबी) जोड़ने से सामग्री को हटाने की अनुमति मिलती है और इसलिए नमूने की 3डी इमेजिंग होती है। लो-वैक्यूम मोड जैविक और गैर-प्रवाहकीय नमूनों पर विश्लेषण की अनुमति देता है।

जैविक अनुप्रयोग

रमन माइक्रोस्पेक्ट्रोस्कोपी का उपयोग करके नमूनों के सूक्ष्म क्षेत्रों के इन विवो समय और अंतरिक्ष-समाधान रमन स्पेक्ट्रा को मापा जा सकता है। नमूनाकरण गैर-विनाशकारी है और पानी, मीडिया और बफ़र्स सामान्यतः विश्लेषण में हस्तक्षेप नहीं करते हैं। परिणाम स्वरुप विवो समय में- और अंतरिक्ष-समाधान रमन स्पेक्ट्रोस्कोपी प्रोटीन सेल (जीव विज्ञान) और अंग (शरीर रचना) की जांच करने के लिए उपयुक्त है। माइक्रोबायोलॉजी के क्षेत्र में, कन्फोकल रमन माइक्रोस्पेक्ट्रोस्कोपी का उपयोग प्रोटीन, पॉलीसेकेराइड, और न्यूक्लिक अम्ल और पॉलिमरिक समावेशन जैसे बैक्टीरिया और स्टेरोल्स में पॉली-β-हाइड्रॉक्सीब्यूट्रिक अम्ल और पॉलीफॉस्फेट जैसे मैक्रोमोलेक्युलस के इंट्रासेल्युलर वितरण को मैप करने के लिए किया गया है। कॉन्फोकल रमन माइक्रोस्पेक्ट्रोस्कोपी के साथ स्थिर समस्थानिक जांच (एसआईपी) प्रयोगों के संयोजन ने 13C और 15N-सब्सट्रेट्स के साथ-साथ व्यक्तिगत जीवाणु कोशिकाओं द्वारा D2O की आत्मसात दरों के निर्धारण की अनुमति दी है।[18]

यह भी देखें

संदर्भ

  1. ↑ 1.0 1.1 Microscopical techniques in the use of the molecular optics laser examiner Raman microprobe, by M. E. Andersen, R. Z. Muggli, Analytical Chemistry, 1981, 53 (12), pp 1772–1777 [1]
  2. ↑ Krishnan, K. S.; Raman, C. V. (1928). "एक नए प्रकार का माध्यमिक विकिरण". Nature. 121 (3048): 501–502. Bibcode:1928Natur.121..501R. doi:10.1038/121501c0. ISSN 1476-4687. S2CID 4128161.
  3. ↑ Matthäus, Christian; Krafft, Christoph; Dietzek, Benjamin; Brehm, Bernhard R.; Lorkowski, Stefan; Popp, Jürgen (2012-10-16). "स्थिर समस्थानिक लेबलिंग के साथ संयोजन में रमन माइक्रोस्कोपी द्वारा मैक्रोफेज में इंट्रासेल्युलर लिपिड चयापचय की गैर-आक्रामक इमेजिंग". Analytical Chemistry. 84 (20): 8549–8556. doi:10.1021/ac3012347. ISSN 0003-2700. PMID 22954250.
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  5. ↑ Rygula, A.; Majzner, K.; Marzec, K. M.; Kaczor, A.; Pilarczyk, M.; Baranska, M. (2013-08-01). "Raman spectroscopy of proteins: a review". Journal of Raman Spectroscopy. 44 (8): 1061–1076. Bibcode:2013JRSp...44.1061R. doi:10.1002/jrs.4335. ISSN 1097-4555.
  6. ↑ Czamara, K.; Majzner, K.; Pacia, M. Z.; Kochan, K.; Kaczor, A.; Baranska, M. (2015-01-01). "Raman spectroscopy of lipids: a review". Journal of Raman Spectroscopy. 46 (1): 4–20. Bibcode:2015JRSp...46....4C. doi:10.1002/jrs.4607. ISSN 1097-4555.
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  10. ↑ Lothar Opilik; Thomas Schmid; Renato Zenobi (2013). "Modern Raman Imaging: Vibrational Spectroscopy on the Micrometer and Nanometer Scales". Annual Review of Analytical Chemistry. 6: 379–398. Bibcode:2013ARAC....6..379O. doi:10.1146/annurev-anchem-062012-092646. ISSN 1936-1335. PMID 23772660.
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