ラマン分光の限界の克服

ラマン分光は、化学特性や構造特性を分析するための汎用的な技術です。課題や短所、そしてそれらに対する対処法についてご紹介します。また空間分解能に影響を与える要素についても本ページでは論じます。ナノメートルレベルの空間分解能を達成するには、チップ増強ラマン分光測定 (TERS) が有効です。

ラマン分析の課題と検討事項

ラマン分光にはメリットが多数ありますが、同時に課題もあります。ラマン分光装置を扱ううえで避けられない、普遍的な課題です。レニショーでは以下のような使い方や対策をご提案しております。

1. ラマンスペクトルが弱い
レニショーのラマンシステムでは、高効率な光学設計と超高感度検出器を採用しています。

2. 蛍光バックグラウンドが強く、ラマンバンドが隠れてしまう
マルチレーザーのシステムを使用することで、励起レーザー波長を切り替えます。例えば可視光から近赤外線レーザー (785nm など) に切り替えることで、たいていは蛍光を抑えられます。はっきりしたラマンスペクトルが生成しやすくなります。

3. サンプルの表面に凹凸が多い
凹凸があるサンプルのラマンイメージングは以前は簡単ではありませんでした。ですが、レニショーのラマンマイクロスコープは LiveTrack ライブフォーカストラッキングにより、データ収集中にフォーカスを自動で維持します。サンプルの領域ごとの化学構成や構造を簡単に調べることができます。

4. ガラス容器やスライドでサンプルのラマンバンドが隠れてしまう
a. ガラススライドではなく、ステンレススチールのスライドを使用します。
b. 生体細胞の場合は、鏡面研磨ステンレススチール (CaF₂ MgF₂) のスライドを使用します。
c. 通常のガラス容器の代わりに石英ガラス容器を使用します (石英ガラスのほうが、785nm でのバックグラウンドが弱くなります)。

5. 容器や基板がスペクトルに影響を及ぼす
inVia™ コンフォーカルラマンマイクロスコープと Virsa™ ファイバーラマン装置では共焦点性の調整が可能です。開口数の大きい対物レンズと共焦点性の高い装置設定を組み合わせることで、測定領域を絞ることができます。絞ることで、基板や容器からの不要なバックグラウンドを弱めることができます。

透明な容器に入ったバルクサンプルを分析する際は、開口数の小さいレンズが有効なことがあります。対象とするサンプルからのラマン信号を最大化でき、容器のスペクトルへの影響を最小限に抑えられます。

6. レーザーの高出力でサンプルが損傷するおそれがある
レニショーでは、ラマン散乱の生成にレーザーを使用しています。ラマン信号はレーザーの出力に応じて増減するため、通常は出力を上げると信号も強くなります。
ただし、各サンプルには、レーザー出力によって化学特性や構造が変化してしまう、しきい値が存在します。対策としては以下が考えられます。
a. 高感度のラマン分光器 (レーザー出力が低くても、強いラマン信号を生成できます)。
b. レーザー出力はソフトウェアでコントロールし、再現性があるため、サンプルを変化させずに測定できます。
c. ラインフォーカスモードでレーザーを広域に照射します。inVia マイクロスコープ、RA802 製薬用分析装置、RA816 生物学用分析装置で対応しています。

7. WiRE™ ソフトウェアによる自動宇宙線除去
宇宙線とは、地球外から高エネルギー粒子です。データ収集中に検出器が宇宙線の影響を受けると、スペクトルに高密度なスパイクが現れます。ラマンイメージが大きくなると、数千もの宇宙線の形跡が見られることも少なくありません。

WiRE ソフトウェアでは、大きなラマンイメージ (5000 万スペクトルまで) からの宇宙線除去を自動化できます。そしてデータ分析フローを自動化し、信頼できる結果を生成できます。