自动精密旋光仪

这两年，拉曼光谱仪一直吸引着业内人士的眼球，各大仪器厂商不断在新产品、新技术、新应用等方面推陈出新，精心布局，不仅如此，新迈入此领域的仪器厂商也层出不穷，可谓热闹非凡。　　拉曼光谱如此的蓬勃发展给广大用户提供了更多可选择的空间，那么，当前有哪些主流企业/主流产品?有哪些最新的技术/应用?哪款仪器更适合用户自己的研究工作?　　仪器信息网：贵公司拉曼光谱仪的定位?　　雷尼绍：雷尼绍inVia共焦显微拉曼光谱仪为性能优异的研究级显微拉曼光谱仪。其运用雷尼绍在精密机械制造和创新工程方面的丰富经验设计而成，经久耐用，可升级、重新配置或定制，是市场上最可信赖的拉曼仪器。　　一般说来，衡量一台拉曼光谱仪的优异性能包括三大指标，高灵敏度、高重复性和高分辨率。inVia独特的分立光路、透镜设计、新型共焦系统结合超低噪音、超高灵敏度的CCD等使其成为同类产品中灵敏度最高的拉曼谱仪 独家采用光栅尺反馈控制技术(源于雷尼绍其他优质产线)，并将此技术用于自动样品台及光栅转台的设计中，使得inVia定位和采谱具有非常高的准确率和重复性 光路中的扩束技术及共焦技术更是使得仪器具有高的光谱分辨率和空间分辨率 雷尼绍在全球的精密测控领域具有非常高的地位，使得inVia具有极高的自动化程度，操作简单，性能稳定。　　仪器信息网：请回顾贵公司拉曼光谱仪的研发及技术进展历史，贵公司在拉曼光谱仪器方面有哪些优势/专利技术?　　雷尼绍：　　雷尼绍拉曼光谱仪的研发及技术进展　　1992年，全球首台新型拉曼光谱仪—RM系列 　　2008年，商业化Raman-AFM联用技术(TERS) 　　2009年，全球首台全自动拉曼光谱仪—inVia Reflex 　　2010年，商业化Raman-SEM联用技术—SCA 　　2015年，增添透射拉曼、光镊等技术 　　2016年，全新inVia Qontor显微拉曼光谱仪—增添LiveTrack实时聚焦技术 　　RA802 Pharmaceutical Analyser—药物专用分析仪器 　　雷尼绍扫描成像技术的发展　　1994年：点扫描成像—最基本的成像技术；　　2006年：快速线聚焦成像； 　　特点：扫描速度快　　2008年：StreamLine快速大面积扫描成像(独有Slalom模式)—专利技术 　　特点：大面积、无接缝、无遗漏　　2011年：StreamHR快速高分辨扫描成像 　　特点：高空间分辨率　　2013年：1. 3D快速扫描成像 　　 特点：真正的三维空间成像 　　2. Surface成像 　　特点：曲面、斜面表面成像—预定位　　2014年：1. StreamHR Rapide快速大面积高分辨成像—英国女王奖 　　特点：大面积高清成像 　　2. TERS成像 　　特点：Raman-AFM联用仪器生成纳米量级拉曼成像　　2015年：透射成像 　　特点：包括z轴综合信息的拉曼成像　　2016年：LiveTrack实时聚焦成像 　　特点：表面凹凸不平、粗糙、弯曲及动态变化的样品自动聚焦成像　　仪器信息网：贵公司当前拉曼光谱仪的主流产品和主流技术?贵公司有什么样的产品发展计划?　　雷尼绍：　　主流产品InVia Reflex显微拉曼光谱仪　　主流技术及优势：　　inVia系列显微拉曼光谱仪是雷尼绍分析仪器产线的主流产品。inVia独特的设计使其具有高灵敏度、高重复性、高分辨率等衡量一台拉曼光谱仪的几大指标。其操作简单，性能出众，结果可靠，赢得了世界范围内科学家和工程师的信赖。　　inVia具有非常值得信赖的性能，从分析材料的微痕量到大量，高效的光学设计为您带来最佳的拉曼数据。应用这种能力，您除了可以采集单谱数据外，还可进行下列测试，如，时间序列、温度渐变、线扫描、面逐点扫描、立体扫描、透射逐点扫描、直接成像等。　　inVia可以实现完全自动化。所有重要的移动组件均为马达驱动并配有位置和角度传感器，无需手动干预。可以实现操作简单化、实验排列、远程诊断和支持等等。　　inVia还具有非常高的灵活性。您可以随时根据研究和实验需求，调整其配置。并且非常容易升级配备光路、包括各种激光器、光学组件和附件。　　新产品inVia Qontor显微拉曼光谱仪　　主流技术及优势：全新inVia Qontor是雷尼绍最先进的显微拉曼光谱仪。它以市场领先的inVia Reflex为基础，在inVia公认的性能和易用性方面又有了新的突破。　　inVia Qontor加入了雷尼绍的最新创新成果 — LiveTrack™ 实时聚焦追踪技术，使用户能够分析表面凸凹不平、弯曲、粗糙或动态变化的样品。在数据采集和白光视频观察过程中实时保持最佳聚焦，消除了耗时的手动聚焦、预扫描和样品制备过程。　　RA802药物分析仪　　RA802药物分析仪是雷尼绍最新推出的专用于药物领域的仪器。应用范围：　　1. 制剂开发　　2. 制剂稳定性测试　　3. 制剂问题排除　　4. 制剂的理解和对比测试——专利保护/诉讼和逆向工程　　仪器信息网：目前贵公司拉曼光谱仪重点关注的应用领域有哪些?最看好哪个领域?主推的解决方案?　　雷尼绍：目前雷尼绍重点关注生命科学领域和药物分析领域。　　生命科学领域解决方案：　　拉曼或将是未来生物医学的主要检测手段。拉曼在此领域中应用的一个优势是无标记检测，需要拉曼谱仪具有非常高的灵敏度还有非常快速准确的成像功能，雷尼绍inVia拉曼光谱仪拥有一套综合的扫描成像和整体成像技术，无论是成像面积还是成像速度均可根据实际样品进行选择。拉曼在此领域中应用的热点是SERS技术，然而SERS的发展还处于应用开发的阶段，各界的科学家将理论和实验结合起来，相信在不远的将来一定会在生命科学领域发挥巨大的作用，雷尼绍拉曼光谱仪独特的设计，使其本身具有非常高的灵敏度，非常适用于弱信号测量。生命科学领域里的样品均具有复杂的拉曼信号，信号的分析是一大问题，雷尼绍的WiRE软件将化学计量法轻松融入其中，对信号进行直接的分析 化学计量法是一门复杂的学科，牵涉到很多的计量方法，雷尼绍软件采集的光谱信息可以直接导入常用的计量法分析软件，直接进行分析。　　例如，采用inVia检测细胞自噬过程的案例。细胞自吞噬对其维持自身的稳态发挥着至关重要的作用，从拉曼光谱及成像得到的化学信息可见：　　1. 采用StreamHR快速高分辨成像，扫描速度快速，细胞扫描过程中保持稳定 高分辨使得结果准确清晰。　　2. 正常细胞结构非常清晰 对于发生自噬作用的细胞，结论如下：更多的囊泡存在于自噬细胞中，特别是在膜的区域(箭) 细胞C展现一个内包的核，而细胞D中DNA是分散的一个包含DNA的自噬体在细胞E中观察到(箭头) 其他推定的自噬体包含脂类和蛋白质。　　3. 这里采用了PCA和K-均值聚类分析(KMC)两种方法，其中，PCA为WiRE软件自带，处理快速 雷尼绍inVia拉曼光谱仪采集数据的格式可以直接导入matlab等数据处理软件进行处理，方便各种方法的比较，使得结果更加准确。　　药物分析领域解决方案：　　国内药物分析领域的一大研究热点就是仿制药，而拉曼在仿制药研究中的作用除了鉴定、区分外，一个非常重要的作用就是利用成像技术对药品制剂进行分析、比较。研究级的inVia系列的显微拉曼光谱仪拥有非常多的成像技术，可满足不同形貌、大小样品的成像 最新研究级inVia Qontor显微拉曼光谱仪加入雷尼绍最新创新成果LiveTrack实时聚焦追踪技术，使得各种表面形貌的样品均可直接测量 而RA802药物分析仪更是雷尼绍最新推出的专用于药物领域的成像仪器，从快速、准确成像角度专门用于解决制剂开发和分析的各种问题。　　例如，采用inVia Qontor和RA802的LiveTrack功能，轻松得到药片表面及内部的组分分布及颗粒统计分析，使得仿制药的研发及比较更加简便。　　药片本身包括扑热息痛、咖啡因(红色)和阿司匹林(绿色)，采用LiveTrack直接得到弯曲的药片表面、切开的凹凸不平的中间面及掰开的截面中三种成分的分布及颗粒分析结果。　　仪器信息网：从整个行业分析来看，目前拉曼光谱仪都有哪些先进的技术值得大家期待?同时有哪些问题亟待解决?未来拉曼光谱仪的技术发展趋势?　　雷尼绍：拉曼光谱仪技术的发展主要分为三个方面：拉曼技术、联用技术和拉曼成像扫描技术。　　拉曼技术的发展主要在于扩展性方面，现如今inVia除了反射式拉曼采集，还开发了透射拉曼、空间偏移拉曼、光镊和LiveTrack实时聚焦技术等功能。　　拉曼成像技术的发展主要在于各种不同的扫描方法。实际测试过程中样品形貌各种各样，有的样品面积大，有的样品需要极高的空间分辨率，有的样品表面形貌各种各样，有的样品随着时间会发生变化，这就需要发展不同的扫描方法。而雷尼绍多年来一直致力创新新技术，开发了各种各样的扫描技术来完成各种样品的测试，如StreamLine大面积快速成像、StreamHR快速高分辨成像、StreamHR Rapide超快速成像。全新的Centrus探测器在暗噪音和采集时间方面做了极大的改进，大大提高了灵敏度，缩短了采集时间，也大大提高了扫描成像的水平。　　每种分析手段均有其局限性，要全面分析不同种类样品的特征，联用技术仍然是拉曼光谱仪发展的一大方向。雷尼绍inVia共焦显微拉曼光谱仪运用雷尼绍在精密机械制造和创新工程方面的丰富经验设计而成。inVia机器灵活、可升级、修改和定制，不影响性能。雷尼绍提供灵活普适的接口，与检测常用的AFM、SEM、CLSM等成功联用，并能够提供一些列其他分析仪器联用的方案。　　仪器信息网：预测未来拉曼光谱仪的市场发展潜力(包括应用方向、方法标准、政策法规等)?　　雷尼绍：多方信息显示，拉曼光谱已经成为分子光谱领域发展最快的一类仪器，BCC Research最新的一项研究报告显示，2016年全球拉曼光谱市场达11亿美元，预计2021年该市场将达到18亿美元，2016-2021年之年复合年增长率为9.9%。拉曼的发展已成为不争的事实。[—摘自仪器信息网]　　近三年来，有关拉曼校准规范、拉曼检测方法标准(如碳纳米管、石墨烯等)等的标准陆续在指定过程中，2015年的《中国药典》也将拉曼光谱法列入其中，可见拉曼光谱的蓬勃发展已然成为大家目光的焦点。　　从SCI收录的文章来说，有关拉曼光谱表征的文章也是层出不穷，影响因子越来越高，说明拉曼光谱在科研中起到了举足轻重的作用。（内容来源：雷尼绍）

近日，精密测量院江开军研究团队研制出基于超冷原子气体的涡旋物质波干涉仪，并观察到两自旋分量上干涉条纹的相位锁定现象，相关研究成果 6月30日发表在学术期刊《npj Quantum Information》上。 　　干涉是经典波动力学和量子力学中的基本现象，以此为基础的干涉仪可以通过测量不同路径或通道间的相位移动对物理量进行精确测量。超冷原子气体具有组分纯净、相干性好且内外态精确可控的特点，基于该体系的物质波干涉仪近年来成为精密测量和基础物理研究的重要工具。目前在超冷原子气体中实现的物质波干涉主要是通过操控物质波的平动自由度实现分束，观测具有不同线动量的物质波干涉条纹进行相位测量。而另一方面，由角动量表征的转动是体系另一个重要自由度，并且超冷量子气体中的角动量与体系的涡旋、超流等量子现象具有密切的联系。在超冷原子气体中可以基于不同的角动量态实现一类新型的涡旋物质波干涉，有望用于测量体系的外部磁场、转动、粒子间相互作用和几何相位等物理量。实现涡旋物质波干涉的前提是在超冷原子气体中可控的制备和操控涡旋态。近年来携带角动量的拉盖尔-高斯光与冷原子相互作用研究的进展，为建立涡旋物质波干涉仪奠定了基础。 　　研究团队近年来对超冷原子气体的涡旋光场调控开展了研究，掌握了利用涡旋光场驱动双光子拉曼跃迁实现超冷原子涡旋态的制备、操控与测量方法，测量了自旋-角动量耦合超冷原子气体的量子相变[Physical Review Letters 122, 110402 (2019)]。 涡旋物质波干涉仪的实验构型 　　在前期工作的基础上，研究团队利用偏置磁场在铷87原子F=1超精细能级的三个磁子能级间产生较大的二阶塞曼频移。团队利用一对具有不同角动量的拉曼光束诱导双光子跃迁，获得干涉仪的第一个分束器，干涉仪的两臂具有不同的自旋和角动量(涡旋态)；随后利用射频脉冲作为第二个分束器，在两个自旋态(对应分束器的两个输出端口)上都实现涡旋物质波的干涉。通过选择合适的拉曼光和射频脉冲的失谐量，确保原子只布居在两个磁子能级，产生无损耗的分束器。不同于线动量干涉产生的线向干涉条纹，实验上观察到角向干涉条纹。通过对干涉图样的分析，发现两自旋态上的干条纹具有反相位关系(π 相位差)，该相位关系不受两涡旋态的角动量差、拉曼光的组成和超冷原子自由膨胀时间等实验参数的影响。提出了利用涡旋物质波干涉仪测量磁场的方案，并对磁场测量的灵敏度进行了评估，指出该方案可以测量有限大小的磁场，并且测量灵敏度不受原子数波动的影响。该工作为构建基于涡旋物质波干涉的新型量子传感器提供了实验基础。 两自旋态干涉条纹相位关系的实验测量 　　相关研究成果以“相位锁定的涡旋物质波干涉仪(Phase-locking matter-wave interferometer of vortex states)”为题，发表在学术期刊《npj Quantum Information》上。精密测量院博士生孔令冉为论文第一作者，特别研究助理高天佑和研究员江开军为通讯作者。 　　该工作获得科技部重点研发计划、国家自然科学基金、中科院国际团队以及湖北省创新群体项目等的资助。

近日，精密测量院江开军研究团队研制出基于超冷原子气体的涡旋物质波干涉仪，并观察到两自旋分量上干涉条纹的相位锁定现象，相关研究成果 6月30日发表在学术期刊《npj Quantum Information》上。干涉是经典波动力学和量子力学中的基本现象，以此为基础的干涉仪可以通过测量不同路径或通道间的相位移动对物理量进行精确测量。超冷原子气体具有组分纯净、相干性好且内外态精确可控的特点，基于该体系的物质波干涉仪近年来成为精密测量和基础物理研究的重要工具。目前在超冷原子气体中实现的物质波干涉主要是通过操控物质波的平动自由度实现分束，观测具有不同线动量的物质波干涉条纹进行相位测量。而另一方面，由角动量表征的转动是体系另一个重要自由度，并且超冷量子气体中的角动量与体系的涡旋、超流等量子现象具有密切的联系。在超冷原子气体中可以基于不同的角动量态实现一类新型的涡旋物质波干涉，有望用于测量体系的外部磁场、转动、粒子间相互作用和几何相位等物理量。实现涡旋物质波干涉的前提是在超冷原子气体中可控的制备和操控涡旋态。近年来携带角动量的拉盖尔-高斯光与冷原子相互作用研究的进展，为建立涡旋物质波干涉仪奠定了基础。研究团队近年来对超冷原子气体的涡旋光场调控开展了研究，掌握了利用涡旋光场驱动双光子拉曼跃迁实现超冷原子涡旋态的制备、操控与测量方法，测量了自旋-角动量耦合超冷原子气体的量子相变[Physical Review Letters 122, 110402 (2019)]。涡旋物质波干涉仪的实验构型　　在前期工作的基础上，研究团队利用偏置磁场在铷87原子F=1超精细能级的三个磁子能级间产生较大的二阶塞曼频移。团队利用一对具有不同角动量的拉曼光束诱导双光子跃迁，获得干涉仪的第一个分束器，干涉仪的两臂具有不同的自旋和角动量（涡旋态）；随后利用射频脉冲作为第二个分束器，在两个自旋态（对应分束器的两个输出端口）上都实现涡旋物质波的干涉。通过选择合适的拉曼光和射频脉冲的失谐量，确保原子只布居在两个磁子能级，产生无损耗的分束器。不同于线动量干涉产生的线向干涉条纹，实验上观察到角向干涉条纹。通过对干涉图样的分析，发现两自旋态上的干条纹具有反相位关系（π 相位差），该相位关系不受两涡旋态的角动量差、拉曼光的组成和超冷原子自由膨胀时间等实验参数的影响。提出了利用涡旋物质波干涉仪测量磁场的方案，并对磁场测量的灵敏度进行了评估，指出该方案可以测量有限大小的磁场，并且测量灵敏度不受原子数波动的影响。该工作为构建基于涡旋物质波干涉的新型量子传感器提供了实验基础。两自旋态干涉条纹相位关系的实验测量　　相关研究成果以“相位锁定的涡旋物质波干涉仪(Phase-locking matter-wave interferometer of vortex states)”为题，发表在学术期刊《npj Quantum Information》上。精密测量院博士生孔令冉为论文第一作者，特别研究助理高天佑和研究员江开军为通讯作者。　　该工作获得科技部重点研发计划、国家自然科学基金、中科院国际团队以及湖北省创新群体项目等的资助。　　论文链接：https://www.nature.com/articles/s41534-022-00585-5