Инфракрасное сканирование
Вибрации химических связей возбуждаются ИК-источником, который затем предоставляет информацию о поглощении из образца, специфичную для конкретной функциональной группы. В технологиях разработаны две формы ИК-излучения: передача и отражение. Хотя трансмиссионная форма обеспечивает более высокое пространственное разрешение, отражательная форма может быть непосредственно применена к окаменелостям. В первой пресс-форме образец должен быть достаточно тонким, чтобы пропускать свет, а во второй толщина образца не является критической, но топографические эффекты могут быть проблемой.
Сочетание технологий и микроскопии видимого света делает возможным визуализацию и картирование функциональных групп, а также плотности залегания и молекулярного расположения образцов в двухмерных областях или даже 3D кубах. Инфракрасный спектр в каждой точке отбора проб измеряется и интегрируется таким образом, чтобы пространственное разрешение определялось размером луча.
Спектроскопия основана на принципе, что различные функциональные группы имеют различные характеристики поглощения. Это может вызвать затруднения в интерпретации, особенно при одновременном сборе большого объема химических данных, формирующих грязный спектр поглощения. Долгое время спектроскопия использовалась для определения вторичной структуры белков в окаменелостях, поскольку она может обеспечить основные параметры вторичной структуры белков. Например, изображение кожи рептилий эоцена (50 млн. лет назад) показало почти идентичную картину распределения спектров поглощения амида I и II диапазонов, что также сопоставимо с сохранившимся контролем.
Спектроскопия была также применена для обнаружения меланина, сохраненного в окаменелостях и изображение меланина с ИК-диапазоном 1580 см-1 достоверно воспроизводит рисунок пера. Хотя такое изображение является мощным инструментом, его недостатки также следует принимать во внимание. Основным недостатком данной методики является ограниченное пространственное разрешение (2-10 мкм синхротронного излучения, около 50 мкм к обычному свету).
Спектроскопическое раманское сканирование
Раманское рассеяние - это явление рассеяния, определяемое двухфотонным событием. Когда фотоны рассеяны от молекулы возбуждением, большинство рассеянных фотонов отображают рассеяние Рэйли (рассеянные фотоны имеют ту же частоту, что и случайные фотоны), но небольшая их часть (вероятность составляет 1:107) показывает комбинационное рассеяние.
В комбинационной спектроскопии, в отличие от ИК спектроскопии, образец облучается моноволновым лазерным светом, а рассеянный свет собирается с помощью оптики и детектора. Частота рассеяния света от молекулы зависит от структурных характеристик химических полос, поэтому каждый пик соответствует заданному раманскому сдвигу (от падающей энергии излучения), связанному с определенной молекулярной вибрацией, и представляет собой определенную химическую составляющую образца.
Раманская спектроскопия была разработана в мощную технологию визуализации, благодаря ее высокому потенциалу для количественной оценки углеродной химии, не инвазивности анализа без изменения химического состава и морфологии образца и минимально необходимой подготовки образцов. Достижимое пространственное разрешение составляет до 20-50 нм в сочетании с конфокальной микроскопией, ближнепольными оптическими методами или методами получения изображений сверхвысокого разрешении. Данные раманской спектроскопии получают путем лазерного возбуждения химических связей внутри образцов; в сочетании с конфокальной томографией можно получить трехмерные химические и структурные карты.
В качестве источника возбуждения используется лазер; тепло, генерируемое лазерным излучением, может повредить чувствительные биомолекулы, такие как белки и ферменты. Кроме того, тепловое излучение при нагревании образца может вызвать нежелательные фоновые эффекты, которые могут накладываться на спектр комбинационного рассеяния.
Рентгеновская съемка
Когда образец возбуждается первичным рентгеновским источником, некоторые электроны выбиваются с орбиты, оставляя после себя вакантные места, которые немедленно заполняются электронами со следующей орбиты. Таким образом, будет испускаться флуоресцентный (или вторичный) рентгеновский луч, который может быть измерен рентгеновскими анализаторами.
Этот метод называют рентгеновской флуоресценцией синхротронного быстрого сканирования (SRS-XRF). XRF - это не имеющий ссылок количественный метод, который лежит в основе наиболее точных инструментов химической визуализации. В настоящее время рентгеновский анализ разрабатывается в качестве точного эталонного метода или первичного метода для относительных методов, требующих сравнения со стандартными образцами.
В настоящее время SRS-XPF обычно выполняется с пространственным разрешением ниже шкалы 1 мкм, тогда как для более тяжелых элементов границы обнаружения могут уменьшиться примерно до 1 ppm. Время сканирования теперь может составлять редукцию∼30 секунд/cm2 при разрешении 100 м на Стэндфордском источнике синхротронного излучения (SSRL).
Еще одним важным преимуществом рентгеновских технологий является то, что они не требуют условий высокого вакуума, необходимых для многих других аналитических методов, что позволяет проводить измерения образцов в их естественных (например, влажных) условиях.
Снимки SRS-XRF успешно используются для обнаружения элементов и следов металлов в качестве биомаркеров пигментов эумеланина в различных ископаемых перьях. Он также был применен к другим ископаемым мягким тканям, включая предполагаемые мягкие ткани с нетипичным коллагеном. Кроме SRS-XRF, макроаналитическое рентгеновское сканирование (MA-XRF) является вариантом рентгеновской визуализации, позволяющим визуализировать распределение элементов на макроскопическом уровне.
Это достигается с помощью фокусированного рентгеновского луча с миллиметровым или большим размером для сканирования всей поверхности макроскопического образца и анализа испускаемого флуоресцентного излучения. По сравнению с SRS-XRF, MA-XRF имеет гораздо более низкое пространственное разрешение, но оборудование портативно и может быть доставлено в музеи или другие места для анализа на месте.
Поэтому для получения этих фундаментальных параметров необходимы обширные экспериментальные работы, расчеты и критические осложнения. В силу проникающей природы рентгеновских лучей, элементы, присутствующие на поверхности и под ней, способствуют полученным изображениям распределения элементов.
