微觀世界的 “空間化學地圖” 為何重要？

在材料科學、生命科學、地質研究等領域，微觀結構的化學成分與空間分布至關重要，地質學家需要知曉礦物包裹體的三維形態與成分，以追溯遠古流體演化；生物學家渴望觀察細胞內細胞器的化學分布，揭示生命活動規律；材料工程師則需解析復合材料的層間成分梯度，優化產品性能。然而，傳統顯微技術往往陷入 “平面局限” 或 “損傷困境”：光學顯微鏡能看清形貌卻無法識別成分，電子顯微鏡需真空環境且可能破壞樣品，普通拉曼成像僅能獲取二維信息，難以還原三維空間中化學成分的真實分布。

北京儀器有限公司全新推出3D 共聚焦拉曼成像功能，核心原理是通過共聚焦光路設計與深度掃描技術，實現對樣品不同深度層的拉曼信號選擇性采集，再經層析重建算法拼接為三維化學圖像。以微米級空間分辨率、龐大的光譜數據采集能力與無損檢測特性，構建微觀世界的 “三維化學地圖”，讓物質的成分與結構在全維度中清晰可見。

技術優勢

超高分辨率：共聚焦光路設計，有效抑制背景噪聲，提升成像對比度。橫向分辨率低至0.5um，縱向分辨率低至1um，精準解析微觀結構。三維化學成像：深度掃描+層析重建，實現樣品3D化學成分可視化。適用于透明/半透明樣品，如高分子材料、生物組織、礦物包裹體等。超快采集，高效分析：支持數萬至數十萬組光譜的采集，形成3D化學組分形貌圖。無損檢測與分析：樣品無須預處理，激光功率可調，獲取最原始的化學成分信息，保護珍貴樣品（如文物、生物活體樣本）。

典型應用：鋯石包裹體三維成像分析

礦物中的流體包裹體是記錄地質歷史的 “天然檔案”，其成分與形態蘊含著成礦溫度、壓力等關鍵信息。采用自主研制的三維成像系統掃描鋯石包裹體，下圖展示了該包裹體（50×50×40 μm）的明場顯微圖像，橫向剖面拉曼成像以及三維拉曼成像，其中鋯石包裹體以藍色展示，可以通過拉曼成像觀測到包裹體的整個形貌結構和成分分布情況。

圖1 包裹體的拉曼光譜成像

圖2 包裹體的明場顯微圖像（a）、橫向剖面拉曼成像(b)和三維拉曼成像(c)

結語

3D 共聚焦拉曼成像系統憑借“超高分辨率、三維解析能力以及無損檢測特性”這三項核心優勢，正逐步成為地質勘探、生命科學、材料研發等多個科研領域不可或缺的常用工具。該系統能夠幫助科研人員深入探尋微觀世界中的化學信息，為推動相關科研工作的進展發揮積極作用。