TS Science
Product
Raman Microscopes
[NRS] Various Laser
Laser Selection
같은 Sample도 Laser가 바뀌면 Raman Spectrum이 달라집니다.
457 · 532 · 633 · 785 · 1064 nm · UV Raman
Raman Microscope에서 Laser는 단순히 Sample을 비추는 Light Source가 아닙니다. Excitation Wavelength에 따라 Raman Signal, Fluorescence Background, Spatial Resolution, Sample Heating 및 Detector Configuration이 달라질 수 있습니다.
따라서 특정 Material에 하나의 Laser Wavelength가 항상 가장 좋은 것은 아닙니다. Sample의 Fluorescence, Optical Absorption, Measurement Area와 분석 목적을 함께 고려하여 Excitation Wavelength를 선택해야 합니다.
Raman Spectrum의 품질은 Laser Wavelength에서 시작됩니다.
Raman Intensity
일반적으로 Shorter Wavelength는 더 높은 Raman Scattering Efficiency를 얻는 데 유리합니다.
Fluorescence
Sample에 따라 Visible Laser가 강한 Fluorescence Background를 발생시킬 수 있습니다.
Spatial Resolution
동일한 Optical Condition이라면 Shorter Wavelength가 작은 Laser Spot 형성에 유리합니다.
Sample Damage
Laser Absorption이 큰 Sample에서는 Local Heating이나 Photochemical Change를 고려해야 합니다.
Detector
Excitation Wavelength에 따라 적합한 Detector와 Optical Component가 달라질 수 있습니다.
Shorter Wavelength가 항상 좋은 것도, Longer Wavelength가 항상 좋은 것도 아닙니다.
Shorter Wavelength는 강한 Raman Scattering과 높은 Spatial Resolution을 얻는 데 유리하지만, Sample에 따라 Fluorescence 또는 Photodamage가 증가할 수 있습니다.
반대로 785 nm와 1064 nm 같은 Longer Wavelength는 Sample의 Electronic Excitation을 줄여 Fluorescence Background를 감소시킬 수 있지만, Raman Scattering Intensity와 Spatial Resolution 측면에서는 불리할 수 있습니다.
따라서 Laser Selection은 하나의 성능 숫자가 아니라 Raman Signal과 Fluorescence 사이의 Balance 를 찾는 과정입니다.
Laser Wavelength별 특성을 이해하고 Starting Point를 선택
짧은 Visible Wavelength는 높은 Raman Scattering과 작은 Laser Spot을 얻는 데 유리합니다.
특히 JASCO의 457 nm option은 일부 Sample에서 532 nm보다 Fluorescence를 줄이면서 높은 Raman Signal을 얻는 선택지가 될 수 있습니다.
반면 Sample의 Absorption이 큰 경우 Heating이나 Photodamage를 확인해야 합니다.
532 nm는 Raman Signal, Detector Sensitivity 및 Spatial Resolution 사이의 Balance가 좋은 일반적인 Excitation Wavelength입니다.
다양한 Inorganic, Carbon, Semiconductor 및 Materials Research에서 Starting Point로 사용할 수 있습니다.
단, Fluorescence가 강한 Sample에서는 Raman Peak가 Background에 묻힐 수 있습니다.
633 nm는 532 nm보다 긴 Wavelength로 Sample에 따라 Fluorescence를 줄이면서 Visible Raman Measurement를 유지할 수 있습니다.
532 nm에서 Fluorescence가 나타나지만 785 nm까지 이동할 필요가 없는 경우 비교할 수 있는 Excitation Condition입니다.
실제 효과는 Sample의 Absorption과 Fluorescence 특성에 따라 달라집니다.
785 nm는 Visible Laser에서 발생하는 Fluorescence Background를 줄이기 위해 많이 사용되는 NIR Excitation입니다.
Polymer, Pharmaceutical, Pigment 및 Colored Material처럼 Visible Excitation에서 Fluorescence가 강한 Sample에서 우선 검토할 수 있습니다.
532 nm보다 Raman Signal이 감소할 수 있으므로 Sensitivity와 Measurement Time도 함께 고려합니다.
785 nm에서도 Fluorescence Background가 강한 경우 1064 nm Excitation을 검토할 수 있습니다.
Visible / 785 nm에서 Raman Peak가 거의 보이지 않는 Sample에서도 Fluorescence 영향을 크게 줄여 Spectrum을 확보할 수 있는 경우가 있습니다.
1064 nm Measurement에는 해당 NIR 영역에 적합한 InGaAs Detector Configuration이 필요합니다.
UV Excitation은 특정 Electronic Transition과 결합하는 Resonance Raman Research 등에 활용할 수 있습니다.
Raman Signal이 크게 증가할 수 있지만 Sample Absorption, Photochemistry 및 Photodamage 가능성을 함께 검토해야 합니다.
NRS-5000 / 7000 Series에서는 전용 UV Optical Configuration이 필요합니다.
같은 Sample에서도 457 · 532 · 785 nm Background가 다르게 나타납니다.
Fluorescence는 단순히 “짧을수록 많다”로 결정되지 않습니다.
Sample의 Electronic Structure에 따라 Excitation Wavelength와 Fluorescence Emission의 관계가 달라지므로, 같은 Sample이라도 Laser를 변경하면 Background 형태가 크게 달라질 수 있습니다.
JASCO에서는 457 nm를 포함한 다양한 Laser를 이용하여 Sample에 따라 Fluorescence를 줄이면서 높은 Raman Signal을 확보하는 방법을 제공합니다.
따라서 532 → 785 로만 단순히 이동하는 것이 아니라 여러 Excitation Wavelength를 비교하는 것이 더 효과적일 수 있습니다.
532 → 785 → 1064 nm : Fluorescence가 강할 때의 대표적인 접근
Longer Wavelength로 Electronic Excitation을 줄입니다.
532 nm에서 강한 Fluorescence가 Raman Peak를 가리는 경우 785 nm로 Excitation Wavelength를 이동하면 Background가 감소할 수 있습니다.
785 nm에서도 Fluorescence 영향이 큰 Sample이라면 1064 nm를 사용해 더 낮은 Fluorescence Condition을 확보할 수 있는 경우가 있습니다.
하지만 Longer Wavelength일수록 Raman Scattering Intensity가 감소하는 경향이 있기 때문에 Detector Sensitivity와 Measurement Time까지 함께 고려해야 합니다.
Laser Selection에서 동시에 고려해야 하는 4가지
Signal Strength
Shorter Wavelength는 일반적으로 더 강한 Raman Scattering을 얻는 데 유리합니다.
Fluorescence
Longer Wavelength는 Sample Fluorescence를 줄일 수 있는 경우가 많습니다.
Spatial Resolution
Shorter Wavelength는 더 작은 Laser Spot과 높은 Micro-area Resolution에 유리합니다.
Thermal / Photo Damage
Sample Absorption과 Laser Power에 따라 Heating 또는 Chemical Change를 확인해야 합니다.
어떤 Laser부터 시작해야 할지 모를 때
Start
일반적인 Material은 532 nm를 Starting Point로 검토합니다.
Check
Fluorescence, Signal Level 및 Sample Damage 여부를 확인합니다.
Change
Fluorescence가 강하면 633 또는 785 nm를 비교합니다.
Extend
785 nm에서도 어려우면 1064 nm를 검토합니다.
Optimize
Laser Power, Objective, Exposure와 Detector를 최적화합니다.
Fluorescence Correction은 Laser Selection을 대체하는 기능이 아닙니다.
Physical Optimization + Software Processing
Spectra Manager의 Fluorescence Rejection / Correction 기능은 Broad Fluorescence Background의 영향을 줄이고 Raman Peak를 해석하기 쉽게 만들 수 있습니다.
그러나 Sample에서 발생하는 Fluorescence 자체가 너무 강한 경우에는 Detector Dynamic Range와 Raman Signal-to-background가 제한될 수 있습니다.
따라서 먼저 적절한 Excitation Wavelength를 선택하고, 필요한 경우 Software Processing을 보완적으로 적용하는 것이 좋습니다.
NRS Series별 Laser 확장 범위
| Platform | Standard | 주요 Option Wavelength | Maximum Configuration |
|---|---|---|---|
| NRS-4500 | 532 nm | 405 · 442 · 457 · 488 · 514.5 · 532 · 633 · 785 · 1064 nm | Max. 3 Lasers |
| NRS-5000 Series | 532 nm | 244 · 266 · 325 · 355 · 442 · 488 · 514.5 · 633 · 660 · 785 · 1064 nm | Max. 8 Lasers / 9 Wavelengths |
| NRS-7000 Series | 532 nm | 244 · 266 · 325 · 355 · 442 · 488 · 514.5 · 633 · 660 · 785 · 1064 nm | Max. 8 Lasers / 9 Wavelengths |
※ 1064 nm Excitation에는 해당 NIR 영역용 InGaAs Detector가 필요합니다.
※ NRS-5000 / 7000 Series에서 UV Excitation은 전용 UV Optical Upgrade가 필요한 Factory Configuration입니다.
Sample별 “정답 Laser”가 아니라 첫 번째로 검토할 조건
Start : 532 nm
일반적인 Raman Measurement에서 Signal과 Spatial Resolution을 우선 확인하기 좋은 Starting Point입니다.
Try : 785 nm
532 nm에서 Fluorescence Background가 강하면 785 nm를 우선 비교합니다.
Consider : 1064 nm
785 nm에서도 Raman Peak가 Fluorescence에 묻히는 경우 1064 nm를 검토합니다.
Consider : Shorter Visible
매우 작은 Target이나 높은 Spatial Resolution이 중요하다면 457 / 532 nm 계열을 검토합니다.
Sample 이름만 보고 Laser를 선택하지 않습니다.
같은 Polymer, 같은 Carbon Material, 같은 Pharmaceutical Sample이라도 Additive, Pigment, Impurity, Crystal State 및 Sample Color에 따라 Fluorescence와 Laser Absorption이 달라질 수 있습니다.
따라서 “이 Material에는 무조건 785 nm” 와 같은 방식보다 실제 Sample에서 Raman Signal, Background, Damage 여부를 확인하면서 Excitation Wavelength를 결정하는 것이 중요합니다.
Multi-laser Raman System의 장점은 단순히 Laser 개수가 많다는 것이 아니라, 같은 Sample을 서로 다른 Excitation Condition에서 비교할 수 있다는 것 입니다.
어떤 Laser를 구성해야 할지 고민하고 계신가요?
Sample 종류, Color, Fluorescence 여부, Target Size, 필요한 Spatial Resolution과 In-situ Measurement 조건을 알려주시면 457 / 532 / 633 / 785 / 1064 nm 및 UV Laser 중 적합한 Raman Configuration을 검토해드립니다.
