（接上集）
4.2.2 地质材料（颗粒）
重矿物砂包括各种矿物，这些矿物富集Zr、Ti、Th或W等元素，可能形成矿床，贵金属或宝石。2006年，Stefaniak等人用SCA显微拉曼光谱系统分析了锆石（ZrSiO4）和金红石（TiO2）砂。定位孤立的、大尺寸的（∅= 150-200 µm）和规则形状的砂粒相对容易。首先是显微拉曼光谱系统分析，然后镀导电碳层对沙粒进行电镜能谱分析。虽然元素信息是正确解释拉曼光谱的关键，但显微拉曼光谱系统可以检测富锆石颗粒中夹带的Hf。
一年后，Potgieter-Vermaak表明，与以前使用的分析技术，如OM、XRD或X射线荧光（XRF）相比，SCA系统对重矿物砂进行分类特别有效，在现场可以快速估计重矿物砂中矿石分离过程的效果。显微拉曼光谱系统可以识别两种TiO2晶体，即锐钛矿和金红石。
2011年，Worobiec等人使用SCA技术和独立的显微拉曼光谱系统研究了赤铁矿（Fe2O3）颗粒。就富含铁的颗粒而言，尽管它们对电子束有抵抗力，但对激光束却很敏感。真空模式下，785nm的激光导致赤铁矿的熔化和磁铁矿（Fe3O4）的再结晶，而514nm的激光则检测到了熔化和形态上的损伤。而松散的粉末状结构则更有抵抗力，此外，损伤在硅片基底上更为明显。然而，由于损伤的影响是不可预测的，作者认为需要进行更多的研究来确定影响的因素。
2014年，Wille等人使用LVC下的场发射扫描电镜SCA进行研究，并与显微拉曼光谱系统获得的结果进行了比较。与显微拉曼光谱系统的信号相比，SCA的拉曼强度有损失，这归因于SCA抛物面镜、焦距和矿物的拉曼散射效率。作者还警告说，氯和碳在样品表面的沉积会妨碍正确的拉曼光谱解释。虽然氯的波长与拉曼散射发生的区域相同，但硅酸盐、碳酸盐、磷酸盐和硫酸盐的关键拉曼谱与主要的碳谱重合。为了显示联用技术的好处，作者分析了锡石（SnO2）的带状结构和孪生结构，以及"乳白色珍珠"生物晶体的性质，这里的CaCO3的多晶体形态：文石和瓦特石被辨别出来。然而，珍珠结构中存在的有机基质并没有显示出来。
5 法医和其他有毒物质
2009年，Otieno-Alegro使用SCA系统分析了犯罪和事故现场的枪击残留物、爆炸物混合物和油漆片。作者利用扫描电镜的成像能力来快速识别目标颗粒，然后收集拉曼数据。在油漆中，显微拉曼光谱系统确定了金红石、方解石（CaCO3）和重晶石（BaSO4），由于拉曼信号较弱，有机物仍然是未知的。在炸药中发现了KClO3、S、TNT和Tetryl。由于分离的50微米大小的颗粒具有独特的无机性质，分析比较容易。
2013年，Ghosal和Wagner使用分析了房屋灰尘，电视外壳及家具物品中的有毒阻燃剂（FRs）。FRs是添加到人造材料中的化合物（矿物质、有机卤素或有机磷混合物），以减少或避免火灾的威胁。许多阻燃剂和相关的降解化合物导致癌症和其他健康影响，一些风化产物是主要的毒剂，如二恶英或多溴联苯醚（PBDEs）。在这项研究中，首先用扫描电镜背散射电子像和能谱分析沉积在碳片基底上的样品，以找到含有Br和/或Sb的区域，然后用显微拉曼光谱系统分析。结果显示了随机分布的十溴和五溴二苯醚、Sb2O3包裹体、塑料残留物和其他无机成分在FRs中。在这里，有机化合物的鉴定并不困难，这可能是由于：i）它们的性质，ii）在富含无机物的基质中以离散的碎片形式存在，以及，iii）样品没有树脂嵌入。在灰尘颗粒中发现了共存的塑料碎片和十溴二苯醚，这表明它们通过消费产品的磨损而机械地转移到环境中。
6 文化遗产研究
目前，文化遗产保护科学的研究趋势是应用一系列互补的分析技术，来分析艺术/考古物品中的无机/有机成分和结晶/非结晶相，以及它们可能的改变产物和修复材料。SEM-EDS-RAMAN联用技术为此类物品的鉴定开辟了一个新的研究思路。
第一篇发表的论文出现在2008年，博洛尼亚大学（意大利）使用低真空扫描电镜SCA显微拉曼光谱系统系统对"绿土颜料"的研究。绿色是由于粘土云母中（白云石或青云石）的绿色富铁矿物的存在，以及较少见的抹灰石、绿泥石或蛇纹石。由于它们在漆层中的异质性和小的晶体尺寸，它们的矿物学特征是非常具有挑战性的。Ospitali等人分析了来自不同国家的纯青铜矿、青铜矿和铁青铜矿、其他用作"绿土"的矿物、罗马壁画的碎片和标有"绿土"的商业艺术颜料。
应该说，历史上的样品中不存在有机粘合剂，因为碳酸钙是壁画的粘合剂，这在某种程度上促进了对晶体标本的拉曼鉴定，但由于荧光问题，有机粘合剂使矿物颜料的分析变得复杂。作者警告说，使用强大的激光功率时，颜料会受到损害。
下一篇论文出现在2010年，涉及对中世纪和文艺复兴时期意大利陶瓷的分析。陶瓷是文化遗产在技术、艺术和历史方面的一个广泛研究领域。显微拉曼光谱系统已经被证明是实现这一目的的有力工具。因此，拉曼光谱与扫描电镜能谱的结合提供了新的思路，可以获得更全面的知识：i）次要相和几微米的相，可以更好地了解陶瓷的年代和技术；ii）陶瓷颜料由结晶矿物或分散在玻璃基质中的铬离子组成。
Ospitali等人发表的第三篇论文试图辨别埋藏在考古物品中的青铜锈中的结晶和纳米级的二噁英，以及暴露在户外条件和酸雨径流加速老化试验中的青铜样品。青铜器的腐蚀机制是文化遗产研究的主要问题，因为腐蚀的青铜器的特征对于选择最合适的保护策略至关重要。作为一种合金元素，锡在这些铜锈的形成和稳定性中起着关键作用。然而，鉴定锡基腐蚀产的类型是相当具有挑战性的，研究界一直在寻求新的分析方法。
Ospitali等人证明，SCA方法有助于更精确地解释青铜锈蚀的机理。然而，在分析过程中依旧存在以下问题：i）拉曼散射功率低，锡基化合物的结晶度低--通常处于无定形状态，ii）锡氧化物的拉曼带与铜氧化物重叠。在这项研究中，首先用扫描电镜检查青铜器（芯片样品和抛光截面）以获得形貌信息，然后获得X射线图以辨别用于指导拉曼分析的锡分布。结果显示，在所有青铜器的铜绿中都发现了二氧化锡，因此在所有环境中的腐蚀机制是相似的。SCA技术有助于证明青铜器的腐蚀是一种脱化现象，其中锡和铁在青铜器中起到了替代作用。
在2015年Guerra和Cardell的论文发表之前，SEM-EDS-RAMAN联用技术在文物绘画领域的应用仍然没有得到完整的应用。作者在分析尚未报道的多层复杂混合画时，遇到了新的分析挑战。定位亚微米级范围的感兴趣区域非常关键，例如紧密混合的颜料（小于10微米）和油漆层中的粘合剂，通常是树脂嵌入的。
Guerra和Cardell的这篇论文还首次解决了其他问题，具体如下：
1.在不同的真空模式下工作时，无论使用何种类型的激光，扫描电镜内的拉曼信号强度是相当的。
2.这些信号强度比用显微拉曼光谱系统获得的信号强度要低，这是以下因素造成的：i）激光发射到光纤中，不够精确，ii）不合适的光纤芯直径，iii）过滤器污染iv）相对于光纤头的过滤器设置不正确。
3.这项研究还证明：拉曼信号强度与i）碳沉积与基底有关，ii）工作距离的微小差异会影响拉曼强度，iii）拉曼信号会随着轻微的过焦而增加，iv）体积较小的晶体会得到更差的拉曼光谱，并被激光器损坏。
作者还使用溅射的金纳米粒子和表面粗糙化作为SERS物质。结果发现，金的过度溅射阻碍了拉曼信号，而且从油漆截面上看，没有达到SERS效果。因此，也无法识别有机粘合剂，从特定的颜料中获得良好的拉曼光谱也很困难。
7 结语和研究需求
SEM-EDS-RAMAN联用技术的发展始于2000年，当时使用的是自建系统。2003年，首个商业系统推向市场。在过去的十年中，由于仪器和软件方面的重大技术进步，以及科学家们对新的有效分析工具的需求，这种联用技术开始被重视。尽管目前有新的商业SEM-RAMAN系统，但关于其应用的文献仍然缺乏。
不管是哪种具体的联用系统，用户和制造商都要注意以下问题：
1.感兴趣区域ROI的准确定位是一个悬而未决的问题。在RISE系统中，这是一个样品重新定位的问题，与样品台移动的机械可重复性和精确性有关。事实上，“离轴”模式是基于仪器技术和软件，旨在加强仪器和图像的自动匹配。相比之下，“同轴”模式，例如在SCA系统中，这是一个与电子和光学图像匹配有关的问题，所以感兴趣区域ROI的准确定位主要取决于操作者的专业知识。更好的解决方案是整合标准软件，自动纠正扫描电镜和拉曼图像的移位。
2 激光引起的样品损伤是一个难以解决的问题。它在很大程度上取决于试样的性质和形态、电子束参数、激光波长、激光功率和激光曝光时间。此外，在联用系统中，由于没有大气环境，热量和电荷不能从样品表面疏散，再加上所分析的特征的微米或亚微米尺寸，会引起物理化学的改变，甚至是样品的燃烧。集成的低温技术可以解决这一缺陷。此外，减少激光功率和曝光时间，会导致拉曼信号的减弱甚至消失。开发新的智能算法将使我们能够获得高质量的拉曼光谱。因此，识别混合样品中同时存在的有机/无机成分是可能的。
3 另一方面，拉曼数据会因样品表面的碳沉积而受到影响，仪器应配备等离子体清洁装置以去除碳氢化合物。
不同的商业联用系统都有其优点、缺点，这些优点、缺点因配置、所研究样品的性质和研究目的不同而不同。例如，“离轴”系统，比如RISE系统，提供出色的成像能力，包括共聚焦成像和3-D图像生成，适合研究大面积的样品和寻求各阶段之间的关系。相反，“同轴”系统，尤其是SCA系统中，分辨率和感兴趣区域的重新定位更好。因此，SCA系统适合分析微米级颗粒、地质颗粒材料和异质样品，尽管其图像技术较弱。
用户必须意识到这些问题，然后为他们的研究选择最适合的联用系统。联用系统应该被看作是互补的，而不是排他的，一般来说，没有一个联用系统在各方面都是最优越的。在任何情况下，成功取决于训练有素的人员和分析策略。这需要事先了解样品，研究样品制备策略，包括样品基质、树脂和SERS方法。现在，SEM-EDS-RAMAN系统的市场推广非常活跃。预计在不久的将来，这种联用技术将成为一些科学领域的主流分析工具。
参考文献：
1 G. Wille, X. Bourrat, N. Raman-in-SEM studies of inorganic materialsJ. Yarwood, R. Douthwaite, S.B. Duckett (Eds.), Spectroscopic Properties of Inorganic and Organometallic Compounds (2014), pp. 79-140
2 G. Wille, X. Bourrat, Raman-in-SEM, a multimodal and multiscale analytical tool: performance for materials and expertiseMicron, 67 (2014), pp. 50-64
3 R.S. Das, Y.K. Agrawal Raman spectroscopy: recent advancements, techniques and applicationsVib. Spectrosc, 57 (2011), pp. 163-176
4 M.P. Nelson, C.T. Zugates Combining Raman chemical imaging and scanning electron microscopy to characterize ambient fine particulate matterAerosol Sci. Technol, 34 (2001), pp. 108-117
5 A. Worobiec, S. Potgieter-Vermaak, A.D. Interfaced SEM/EDX and micro-Raman Spectrometry for characterisation of heterogeneous environmental particles. Fundamental and practical challengesMicrochem. J., 94 (2010), pp. 65-72
6 Y.Y. Aksenov, A.A. Apeldoorn, Combined confocal Raman microscope with scanning electronmicroscope: a parallel analysis of inorganic and organic materialsMicrosc. Microanal, 8 (2) (2002), pp. 1386-1387
7 Cardell, Carolina, and Isabel Guerra. "An overview of emerging hyphenated SEM-EDX and Raman spectroscopy systems: Applications in life, environmental and materials sciences." TrAC Trends in Analytical Chemistry 77 (2016): 156-166.
