暗場散射光譜丨小尺度結構研究*

概念解釋：暗場顯微(英文：Dark-field microscopy)或稱暗視野顯微(英文：Dark ground microscopy)描述光學顯微和電子顯微中的一種特殊顯微手法，除去觀測物體以外的光線或電子進入物鏡，使目鏡中觀測到的視野背景是黑的，只有物體的邊緣是亮的。利用這個方法能見到小至 4~200nm的微粒子，分辨率可比普通顯微法高50倍。
應用簡介
暗場顯微技術采用光學顯微鏡結合特殊的照明和觀察方式，使得只有樣品大角度散射的光能夠進入物鏡并被探測到。采用暗場顯微技術，可以克服常規光學顯微（明場照明成像）針對均一樣品中的微小結構成像時，透射或反射襯度不足的問題，使得微小的結構在背景中得以突出呈現，特別適合顆粒、纖維、小尺度界面等的觀測。

圖1 同一樣品明場（A）、暗場（B）像對比
位于襯底、溶液、膠體或細胞中的金屬納米顆粒/團簇是典型的均一樣品中的小尺度結構，因此暗場顯微技術是一種非常有效的觀測手段。更為有趣也更為重要的特性是，因為納米顆粒的介觀特征、表面活性，它們對電磁波的響應既不同于單獨的原子/分子，也不同于長程有序的晶體。因此除了暗場散射成像以外，進一步研究此類粒子散射光的光譜特征，有助于理解納米顆粒的尺度，狀態，動力學過程，以及與周邊環境的相互作用信息。暗場散射光譜廣泛用于金屬納米顆粒研究，表面納米結構研究，納米管及納米線，以及Plasmon Ruler等。

系統配置和關鍵部件
如同一般的微區光譜系統，暗場散射光譜可通過暗場顯微鏡（透射照明需配置暗場聚光器，落射照明需配置明暗場物鏡及落射暗場照明器），成像光柵光譜儀以及高靈敏度科研級CCD探測器構成。除顯微部分外，暗場散射光譜儀的配置主要考慮以下因素：
1）通常的散射譜較寬，一般不需要太高的分辨率；
2）光譜儀通常要兼顧成像，所以需要影像矯正的光譜儀，并配置開度較大的入口狹縫；通常會在光柵位配置一面反射鏡用于成像，也可使用光柵的零級作為反射鏡來成像；

圖2 金納米顆粒透射暗場散射光譜示意圖

暗場散射光譜系統的結構由圖3所示。在暗場顯微鏡的影像出口轉接光柵光譜儀，顯微鏡成像于光譜儀入口。光譜儀入口狹縫開到，選擇反射鏡替代光柵（或將光柵波長設為“0”），可在光譜儀CCD上觀測暗場成像；選擇感興趣的顆粒使其位于視場中心，狹縫調小，光柵切換到適當的波長位置，即可獲得暗場光譜。

解決方案
先鋒科技針對暗場散射系統提供靈活配置，既可以為您提供獨立的純暗場散射系統，亦可在標準的RTS2共聚焦拉曼光譜系統上升級暗場散射功能。

序號    項目    推薦配置    說明
1    顯微鏡    正置：Leica DM2700M或Olympus BX51
倒置：主流倒置顯微鏡（透射暗場）
必須配置電動樣品臺    如果要兼容倒置拉曼，則顯微鏡為Nikon Ti2-U或Olympus IX73/83雙層熒光轉盤光路
2    光譜儀    300或500mm焦長光譜儀
低刻劃密度光柵    單窗口光譜范圍要求500-600nm
3    CCD相機    DU920,940,971（純暗場）
iVac316 （拉曼兼容）    純暗場需要較大靶面的相機，拉曼兼容可使用拉曼CCD相機

暗場散射實測結果