Come un UV

Questo articolo discute i concetti di progettazione di base di uno spettrometro per microscopio nella gamma UV-visibile-NIR in diverse configurazioni. Queste includono configurazioni per acquisire assorbanza, riflettanza, fluorescenza e spettri Raman di campioni microscopici. È incluso anche un breve riassunto di alcuni usi del microscopio-spettrometro.

Il microscopio-spettrometro è uno strumento con trattino che combina il potere di ingrandimento di un microscopio con le capacità analitiche di diversi tipi di spettrometri. Pertanto, questi strumenti vengono utilizzati per acquisire spettri, spazi colore e persino lo spessore del film sottile di aree campione su scala micrometrica.

Grazie alla flessibilità insita nella loro progettazione, il microscopio-spettrometro può essere configurato in molti modi diversi e utilizzato per misurare assorbanza, riflettanza, Raman e persino spettri di emissione, come fluorescenza e fotoluminescenza, di aree campione di dimensioni inferiori al micron. Con l'aggiunta di algoritmi specializzati, il microscopio-spettrometro può essere utilizzato anche per misurare lo spessore di pellicole sottili o per fungere da colorimetro per campioni microscopici.

Esistono molti motivi per utilizzare strumenti in grado di acquisire spettri di aree campione microscopiche. Questi strumenti richiedono solo piccole quantità di campioni in forma solida o liquida. Un altro vantaggio è che per molti campioni è necessaria una preparazione minima o nulla. Inoltre, i confronti dei colori eseguiti mediante spettroscopia tendono ad essere più accurati perché questi strumenti hanno una gamma spettrale più ampia, possono correggere le variazioni di illuminazione e misurare l’intensità di ciascuna banda di lunghezza d’onda della luce.

Prima dell'avvento della microspettroscopia, l'unico modo per analizzare molti tipi di campioni microscopici era utilizzare test microchimici e quindi una sorta di esame visivo. Sfortunatamente, questi test tendono ad essere distruttivi, richiedono un volume considerevole di campioni e risentono delle imprecisioni del sistema visivo umano. Il microscopio-spettrometro evita questi problemi garantendo una migliore precisione e velocità di analisi. Gli spettrometri-microscopio possono anche "vedere" oltre la portata dell'occhio umano e distinguere così variazioni che visivamente non sarebbero evidenti.

Il microscopio-spettrometro integra gli spettrometri della gamma UV-visibile-NIR con un microscopio ottico progettato sia per la spettroscopia che per l'imaging (vedere Figura 1). Il microscopio deve presentare una gamma spettrale operativa dall'ultravioletto profondo al vicino infrarosso mantenendo una buona qualità spettrale e dell'immagine. I microscopi standard non possono essere utilizzati poiché coprono solo una parte dello spettro visibile a causa del design ottico e delle sorgenti luminose utilizzate in tali dispositivi.

Un microscopio-spettrometro della gamma UV-visibile-NIR, d'altra parte, utilizza un microscopio personalizzato con un'ottica e sorgenti luminose ottimizzate per l'UV profondo attraverso il NIR. Il microscopio è costituito da lenti montate ad aria in silice fusa e altri materiali, nonché specchi potenziati per i raggi ultravioletti, montati in una configurazione progettata per illuminare uniformemente un campione producendo al contempo un'immagine nitida in tutte le regioni dell'intervallo spettrale designato dello strumento. A seconda del tipo di spettroscopia da eseguire, l'illuminazione viene fornita miscelando l'emissione di una lampada al deuterio con quella di una lampada alogena, utilizzando lampade ad arco o addirittura laser. Il vantaggio di costruire questo tipo di microscopio UV-visibile-NIR è che sia la qualità dell'immagine, nelle regioni UV, visibile e NIR, sia la qualità spettrale possono essere ottimizzate quando il microscopio è integrato con i suoi componenti di imaging e spettroscopia .

Lo spettrometro stesso deve essere progettato anche per la microspettroscopia per ottenere buoni risultati spettrali. Ciò significa che lo spettrometro deve essere altamente sensibile pur mantenendo una risoluzione spettrale e un rapporto segnale-rumore accettabili. Anche la stabilità è un problema poiché il microscopio-spettrometro è uno strumento a raggio singolo e gli spettri di riferimento devono essere ottenuti prima di misurare il campione. Lo strumento deve inoltre avere un elevato range dinamico poiché spesso si passa dalla microspettroscopia in trasmissione o riflettanza alla microspettroscopia in fluorescenza. Ciò consente all'utente di ottenere diversi tipi di informazioni spettrali esattamente dalla stessa posizione sul campione microscopico.