100、拉曼成像技术：原理、方法与应用

拉曼成像技术：原理、方法与应用

1. 引言

拉曼成像结合了拉曼光谱学和数字成像技术，能够可视化材料的化学成分和分子结构，生成材料的分子化学图像。由于材料的分子成分分布在空间上不均匀，因此需要在二维和三维空间中测量材料的分子化学分布。拉曼成像技术虽然面临拉曼效应效率低的挑战，但随着技术的发展，已成为一种实用且易用的技术。

2. 拉曼图像对比度揭示成分和结构

在拉曼成像中，可收集分析物在宿主基质内分布的数千个线性独立、空间分辨的光谱。这些光谱经过处理后，无需使用染色剂、染料或对比度增强剂，就能产生与分析物物种相关的独特对比度。这使得在表征异质材料时，至少可以省去一个繁琐的样品制备步骤，在许多实际情况下甚至可以完全省去样品制备。

拉曼成像的对比度能够揭示潜在拉曼光谱中材料特性的空间分布。通常，图像对比度基于“指纹”拉曼光谱识别来揭示分子成分分布信息。此外，拉曼光谱的细微变化还能揭示分子结构信息，如多型体的识别、有序度（结晶态与非晶态）或材料内的应变。由于分析具有非破坏性，且可通过成像光纤进行远程操作，因此可以在极端环境（压力、温度等）下对样品进行原位拉曼成像研究。

拉曼成像对于理解材料化学结构（化学成分的大小、形状和分布）与材料功能之间的关系非常重要，是工程先进材料的基础。它正广泛应用于材料研究与开发、故障分析以及日常质量监测等领域。拉曼成像的一个关键优势是能够以直观的视觉格式呈现强大的拉曼光谱信息，使材料科学家更容易理解，这也使得拉曼成像比非成像拉曼光谱学更具应用潜力。

3. 拉曼图像是多维的

拉曼图像实验中收集的数据结构通常是X、Y（甚至Z）空间排列的拉曼光谱，每个图像像素都是高质量的拉曼光谱。