拉曼

拉曼光谱系统--ZLX-RS拉曼光谱测量系统介绍 拉曼(Raman)光谱与红外吸收光谱同为研究物质的分子振动能级来分析物质的组成，但相对于红外吸收光谱，拉曼光谱的谱线通常较为简单且有独特性，而且被测物不需进行前处理，因此在判读物质的组成成分时有明显的优势， 然而以前拉曼光谱由于系统组成复杂庞大且昂贵，只有极少数的专家有能力购买与驾驭，从而限制了其应用的推广。幸运的是，近年来由于元器件(全息陷波滤光片，科学级CCD探测器等) 的革命性发展，使得Raman光谱的测量不再昂贵艰难，从而带动了拉曼光谱研究的热潮与普及。 拉曼系统特别适用于反应过程监控、产品识别、遥感，水溶液、凝胶体和其它介质中高散射粒子的判定。拉曼系统的光源也可以选择785nm 半导体激光器, 、514nm氩离子激光器50mW或100mW的532nm全固体绿光激光器或HeNe激光器。 系统组成：光源系统+分光系统＋检测系统＋数据采集及处理系统＋软件系统＋计算机系统 卓立汉光提供ZLX-RS系列组合式拉曼光谱测量系统，模块化的设计，便于根据实验的需要，灵活的选择所需的组件，适用于科研院所、高等院校物理实验室和化学实验室的拉曼光谱及荧光光谱的测量，结构简单、便于调整及测量、灵敏度高、稳定性好。 ZLX-RS-532型组合式拉曼光谱测试仪，采用532nm波长DPSS全固态激光器作为激发光源，高分辨率、低杂散 光的单色仪作为分光器，进口陷波滤波片作为陷波滤波器，采用高灵敏度PMT作为光电探测器，并经光子计数数据采集系统进行数据处理，配有多种附件，适用于液体、固体样品的分析。系统采用USB2.0通讯接口，方便用户自行选择笔记本电脑作为控制电脑。系统包含如下几个部分： 半导体激光器一台，单色仪一台，激光器支架一个，样品室及样品架（包括三维可调垂直样品架，水平液体样品架，固体、粉末样品架等），单光子技术系统一台，控制软件一套，电脑一台，小型光学平台一张。ZLX-RS-532参数及性能指标单色仪焦距300 mm单色仪F/#f/3.9光 栅1200g/mm，闪耀波长500nm单色仪狭缝宽度0.01-3mm连续可调，示值精度0.01mm信号处理器单光子计数器激发光源DPSS激光器输出波长:532nm输出功率:&ge 50mW波长范围200-900nm信噪比＞12000:1（水拉曼信噪比，激发波长532nm，积分时间：1s）波长准确度&le ± 0.2nm波长重复性&le 0.1nm杂散光&le 10-4线色散倒数2.7nm/mm光谱分辨率＜0.1nm(@波长在435.83nm)计算机接口USB2.0

北京卓立汉光仪器有限公司自主研制一款医用内窥镜拉曼光谱测试仪，采用高灵敏度透射光栅光谱仪和专用医用拉曼探头的高光通量与高灵敏度透射式光栅光谱仪和专用医用拉曼探头，配合深制冷CCD，打造了临床外科手术中病变实时拉曼检测系统。 系统内部采用卓立自主研发的Omni-iSpecT 光谱仪具有收光效率高、信噪比好等特点，与深度制冷的高灵敏度CCD探测器完美结合，为可见光和近红外波段的微弱光信号采集应用提供了最佳的解决方案。Omni-iSpecT 整体设计紧凑且光学元件固化封装，稳定性高，对于外界振动敏感度极低，不但适合科学研究，更加适合工业与恶劣环境下的现场应用。系统采用医用专用拉曼探头，广泛适用于各种高灵敏需求，如消化道检测、开颅手术脑肿瘤检测，采用医用尼龙光纤包层和不锈钢探头封装， 除常规的2.1mm内窥镜探头外，可定制1.65,0.9mm 超细探头，用于动脉血栓的检测。即插即用光纤接口，无需任何调节内窥镜拉曼探头 探头直径2.1mm，长6.5mm，安装500um 焦距大F数微透镜，可直接进入内窥镜活检孔，配合内窥镜进行消化道肿瘤浅表拉曼信号的采集。拉曼信号为多组信号平均值，去荧光背景，以及噪声处理正常肠道组织，阶段性肠炎，溃疡性肠炎拉曼信号比对肠道拉曼内窥镜系统示意图 体外多功能拉曼探头探头尖端2.1mm，安装500um焦距大F数微透镜，适用于皮肤，脑外科手术等临床探测。多功能探头为体外探头，广泛用于神经外科，皮肤科，口腔科等检测。除拉曼以外，额外增加一进一出两根光纤，可用自发荧光谱（IFS）或漫反射谱（DS）辅助拉曼进行结果判定。肌肉与脂肪的拉曼光谱差异正常脑组织和脑肿瘤拉曼光谱的差异透射式成像光谱仪主要技术特点超高的光收集效率F/# ：F/2.3完美的光纤耦合能力：能够100% 收集NA0.22 光纤导入的光信号超高的光通量高透射VPH 光栅保证了高衍射效率，增透镀膜透镜确保了最大的通光效率，从而实现了可见或近红外最大的通光量宽波段范围大面阵CCD 相机实现的宽光谱采集范围极高的衍射效率VPH 光栅-- 具有平滑且极高的衍射效率衍射效率@532 光栅衍射效率@785 光栅紧凑坚固的设计所有部件作为一个整体模块进行预调校，光路稳定，不会受到运输过程中的碰撞影响高光谱分辨率几乎完美的光谱成像质量与传统的C-T 模式光谱仪相比，在30mm 像面上进行了出色的光学像差校正，获得了极佳的图像质量，从而获得了更好的空间分辨率和光谱分辨率，也保证了近轴多通道采集的最小串扰和拉曼偏移成像模式下的氖灯光谱测试条件：20 芯光纤束 / 100μm 芯径参数表

远程拉曼光谱技术拉曼光谱技术是用于研究物质结构的分子光谱技术，通过散射光的频移量来获得分子振动、转动情况，从而分析分子的结构、对称性、电子环境和分子结合情况，是定量和定性分析物质结构的一种强有力的技术手段。拉曼光谱分析方法拉曼光谱的强度、频移、线宽、特征峰数目以及退偏度与分子的振动能态、转动能态、对称性等紧密相关。拉曼光谱的优势近年发展的远程拉曼光谱探测技术，是根据拉曼散射效应远距离探测物质的技术，通过技术的发展及应用的拓展，目前已在行星、矿物勘测、远程爆炸物探测、化学物质泄漏和污染物测量等方面有很高的应用价值。国际目前常用的程拉曼探测系由以下部分组成：激发光源、光路收集模块、分光模块、探测模块、数据采集与分析模块。在激光器的选择上，高脉冲能量激光器是主流激光器，常见的是可见光波段的激光器， 也有少量研究者采用红外波段和紫外波段。目标样品拉曼信号的收集是远程拉曼光谱探测的关键技术环节，大口径望远镜有助于接收较弱的远程拉曼回波信号，户外远程探测时一般采用望远系统收集信号。常见技术有卡塞格林望远镜和拉曼光纤探头等。在搭配探测器时，跟据激光器的选型可分为CCD 和带有电子快门的ICCD，连续激光源搭配CCD 探测器能满足较短距离探测需求。高脉冲能量激光器搭配ICCD 探测器，通过对门宽的设置可以较好地排除背景光和衰减时间长的荧光干扰，具有很高的应用前景。远程拉曼测试系统方案配置与选型根据不同的客户需求，卓立汉光可以提供不同距离拉曼测试系统① 多种收集器可选，适应0mm-1000mm 甚至更远距离的探测② 连续激光器/ 脉冲激光器可选③ 多种分光光谱仪可选，光栅光谱仪可实现高分辨率，VPH 光谱仪实现高通光量④ 多种探测器可选，背照式深耗尽型光谱CCD 相机和ICCD 可选主要参数一览表：拉曼探头激发波长405, 514, 532, 633, 670, 671, 785, 808 nm.其他可选光谱范围100-4000 cm-1 ( 不同激光器范围不同 )焦距20 mm to 100 mm样品端光斑大小~100 um @ 100 um 芯径激发光纤工作距离20 ~100 mm数值孔径0.22 @40 mm 焦距探头尺寸2.25" L x 0.96" W x 0.58" H探头材质超硬氧化铝或者 316 不锈钢探头柄尺寸1.125” 直径 x 3.8” 长度探头柄材质316 不锈钢滤光片效率O.D 6操作温度0-85 ⁰ C最大操作压力15 psi光纤配置100/100 um 标准配置，其他可选接口类型FC 或者 SMA其他可定制望远镜激发波长532nm,785nm，其他可定制光谱范围200-4000 cm-1 ( 不同激光器范围不同 )焦距1000mm 标配，其他可选样品端光斑大小~100 um @ 100 um 芯径激发光纤激光器接口FC/APC光谱仪接口SMA激光器激光器脉冲激光器光纤激光器激发波长532nm532nm脉冲能量 / 功率290mJ100mW重复频率10HzCW线宽 0.005 cm-1＜ 0.00001nm光谱仪类型C-T 式影像校正光谱仪VPH 光谱仪焦距320mm 焦距85mm 焦距通光孔径F/4.2F/1.8光谱范围200-1100nm532-680nm光谱分辨率优于 2cm-1@1800 刻线光栅5cm-1@1800 刻线光栅探测器类型ICCDCCD有效像素1024*10242000 x 256像元尺寸13um*13um15 x 15 µ m有效探测面尺寸(18mm MCP）13.3mm*13.3mm最短光学门宽＜ 2ns无读出噪声5 e-4.5 e-门控2ns无响应范围280 – 810nm200-1100nm典型应用行星探测中国科学院万雄老师设计了一款激光诱导击穿光谱LIBS+ 拉曼系统在火星模拟环境下矿物样品的综合检测能力，采用卡塞格林望远镜结构，远程脉冲拉曼光谱激发，成功检测了8 种典型矿物质（孔雀石、蓝铜矿、雄黄、文石、方解石、硬石膏和石膏等），实验结果表明，该系统可以在火星条件下有效分析矿物种类和成分。放射性核污染物检测远程拉曼探测模块搭载在无人遥控车，搭配成空间外差拉曼光谱仪可以有效识别1m 处的放射性危险物品。矿物勘探远程拉曼光谱探测技术在矿物与有机质分析方面的独特能力，使得这一技术非常适用于行星表面探测等任务中。材料生长原位监测远程拉曼光谱技术可实现原位监测材料生长过程，如成分含量、结晶度、缺陷量、薄膜生长速率等参数。M. Gnyba 等人设计远程拉曼光谱技术用于原位监测CVD 制备金刚石膜生长过程，探测距离最高达197mm， 文中采用的工作距离为20cm。图 单晶金刚石拉曼光谱图 金刚石薄膜拉曼光谱远程拉曼光谱可用于材料生长过程中层数、堆叠、缺陷密度和掺杂等参数。M. N. Groot 等人采用显微远程拉曼系统分析液态金属催化CVD 制备大面积石墨烯材料的生长过程，实现了从连续多晶薄膜生长为毫米级无缺陷单晶。图 1370k 下405nm 激发的拉曼光谱图图 冷却至室温后 514nm 激发下的拉曼光谱图 引用文献：[1] 赵家炜, 马建乐, 郝锐, 等. 远程增强拉曼光谱技术及其应用[J]. 光散射学报, 2021.[2] 袁汝俊, 万雄, 王泓鹏. 基于远程 LIBS-Raman 光谱的火星矿物成分分析方法研究[J]. 光谱学与光谱分析, 2021, 41(4): 1265.[3] Foster M, Wharton M, Brooks W, et al. Remote sensing of chemical agents within nuclear facilities using Raman spectroscopy[J].Journal of Raman spectroscopy, 2020, 51(12): 2543-2551.[4] 胡广骁, 熊伟, 罗海燕, 等. 用于远程探测的空间外差拉曼光谱技术研究[J]. 光谱学与光谱分析, 2016, 36(12): 3951-3957.[5] Sharma S K, Angel S M, Ghosh M, et al. Remote pulsed laser Raman spectroscopy system for mineral analysis on planetary surfacesto 66 meters[J]. Applied Spectroscopy, 2002, 56(6): 699-705.[6] Gnyba M, Kozanecki M, Wroczyński P, et al. Long-working-distance Raman system for monitoring of uPA ECR CVD process of thin diamond/DLC layers growth[J]. Photonics Letters of Poland, 2009, 1(2): 76-78.[7] Jankowski M, Saedi M, La Porta F, et al. Real-time multiscale monitoring and tailoring of graphene growth on liquid copper[J]. ACS nano, 2021, 15(6): 9638-9648.