拉曼原理

北京卓立汉光仪器有限公司结合多年的拉曼光谱研发经验，面向气体检测领域全新推出了系列气体检测拉曼光谱解决方案。该系列产品通过对气体的拉曼光谱进行识别与分析，可实现快速响应，无损在线监测，定量分析等功能，在气体检测领域具有广阔的应用前景。常规的气体检测技术中，傅里叶红外光谱分析仪有运动部件，稳定性较差，量程范围小，且不能检测同核双原子分子；气相色谱仪使用需要载气和色谱柱，水蒸气对测量影响大，且响应时间通常需要几分钟到几十分钟，需要专业技术人员操作；质谱分析仪价格昂贵，速度较慢，对异构体气体存在难以无份，操作复杂的问题；卓立汉光推出的气体检测拉曼光谱解决方案，采用分子指纹光谱技术，可以克服以上问题。性能优势：特异性强，可分析同素异形体响应迅速，秒级响应无惧干扰，不受水气影响操作简单，无需特殊耗材，无需专业技术人员维护。 应用：变电站油气老化检测；石油录井气体检测；新能源电池衰老测试石油化工尾气检测；钢铁冶炼或者高炉煤气检测原理图：硬件配置：532nm激光器，功率0-1.5W，率稳定性 3%VPH高通量透射成像光谱仪深制冷高灵敏探测器拉曼增强光路气体腔操作电脑根据客户不同的使用场景，卓立推出不同气体腔解决方案，并可根据客户需求定制。高压折返气体腔：适用于对灵敏度要求极高的客户检测限1大气压（ppm）10大气压（ppm）CO2153CO355H2123CH451C2H681N2698O2698测试案例（请按照黑色底图的标注，p图到白色底图上，并删掉黑色图） 图 N2，O2,CH4,NH4,CO,H2O气体拉曼光谱图 图 N2，O2,CO2,CO,H2气体拉曼光谱图拉曼积分球：适用于气体、固体和液体测试且灵敏度要求不高的客户光子晶体光纤气体腔：要求响应极快的原位测试并且灵敏度要求不高的客户备注：光子晶体光纤气体腔长度可定制化，系统检测限与定制需求相关，如需详细资料，欢迎咨询测试实例[1]引用文献[1] Brooks W S M, Partridge M, Davidson I A K, et al. Development of a gas‐phase Raman instrument using a hollow core anti‐resonant tubular fibre[J]. Journal of Raman Spectroscopy, 2021, 52(10): 1772-1782

紫外共振拉曼光谱系统--UVRaman100 新一代紫外共振拉曼光谱仪中国科学院大连化学物理研究所中国科学院李灿院士及其研究小组自行研制了我国第一台紫外共振拉曼三联光谱仪，获得中国科学院发明二等奖、国家发明二等奖。并于2008年4月8日，和北京卓立汉光仪器有限公司共同组建“现代仪器联合实验室”，强强联手，迈出了研究成果向产品转化的重要一步。紫外共振拉曼系统简述共振拉曼或紫外共振光谱系统组成主要是：1、激光器部分：紫外或可见光激光器，紫外可调谐窄线宽激光器。2、光谱仪部分：三联单色仪＋高灵敏度科学级CCD。3、信号采集部分：高效率光谱采集组件。共振拉曼或紫外共振拉曼的优点是： ◆ 合适的紫外激光激发可以完全避免荧光本底的干扰。◆ 由于拉曼信号强度正比于激发激光频率的四次方，紫外激光激发拉曼信号效率更高。（同等功率266nm激光可激发出比532nm激光高16倍的拉曼信号）。◆ 共振拉曼可以提供很高的共振增强因子，（理论极限可达106倍）从而大幅度提升检测极限。◆ 可以实现选择性激发，当我们把激光器调谐到某物质激发峰上时，可以只对此特定物质实现共振增强提升几个数量级的信号强度，其他物质由于几乎没有共振增强，可以进一步提升信噪比，这一点对于催化和生物研究非常有利。◆ 由于采用的是三联单色仪滤除瑞利散射，而非陷波滤波器，设备可以测试地低到到几个波数的拉曼光谱。设备详细指标与参数1、激光器部分：◆ 325nm HeCd激光器：325nm TEM00 mode 激光功率30mW-50mW输出备选◆ 244nm倍频可调谐氩离子激光器： 244nm TEM00 mode 激光功率24mW 另有229，238，248，250，257，264nm输出谱线◆ 532nm 绿光DPSS激光器：TEM00 mode，激光功率20-100mW备选◆ 窄线宽可调谐掺钛蓝宝石激光器：可调谐范围输出平均功率单个晶体可调谐范围基频700-960nm1W100nm二倍频350-480nm90-500mW50nm三倍频233-320nm20-250mW33nm四倍频193-240nm5-100mW25nm光谱线宽0.1cm-1功率稳定度3% rms注：如须覆盖整个光谱波段需要更换晶体Tips： 共振增强并不是是在一个特定的波长上急剧开始，而是存在着一个波长范围。实际上，即使激发激光的波长处于分子电子跃迁波长之下几百个波数的时候就可以看到5到10倍的增强作用。这个“前共振”增强作用在实验上是非常有用的。我们往往可以采用相对比较便宜的激光器，比如325nm的氦铬激光器，可调谐倍频氩离子激光器虽然不是连续可调谐，也可以达到一定程度的共振增强效应。当然，为了求得最高的增强因子，我们需要一种波长连续可调谐且光谱线宽很窄的的紫外激光器，比如窄线宽可调谐掺钛蓝宝石激光器激光器。2、紫外共振拉曼光谱仪部分A.光谱仪：◆ 光谱仪焦距：500mm ；f/6.5◆ 光栅尺寸：68mm×68mm or 68mm×84mm◆ 扫描最小步长：好于0.005nm◆ 镜片反射率：紫外和可见区的镜子的反射率达到90%B.相减模式拉曼光谱采集◆ 分辨率: 4.0 cm-1 (紫外区), 3.0 cm-1 (可见区)◆ 波数范围：50-4000 cm-1 (紫外区), 25-4000 cm-1 (可见区)C.光谱探测器CCD或EMCCD光谱CCD光谱CCD光谱EMCCD像素数1024×2562048×5121600×400像素尺寸 um26×2613.5×13.516×16成像面积　mm26.6×6.727.6×6.925.6×6.4最低制冷温度 oC-100-100-100电子增益NANA1-1000应用方向：● 催化研究● 生物化学，生命科学● 材料学，高分子科学● 纳米科学● 半导体，光电材料附录：附录1.紫外拉曼与共振拉曼原理与应用简述荧光干扰问题和灵敏度较低严重阻碍了常规拉曼光谱的广泛应用。但近年来发展起来的紫外拉曼光谱技术有效地解决了上述问题。紫外拉曼光谱技术的出现和发展大大地扩展了拉曼光谱的应用范围。右图是紫外拉曼光谱避开荧光干扰的原理图。荧光往往出现在300 nm-700 nm区域，或者更长波长区域。而在紫外区的某个波长以下，荧光极少出现。 因此，对于许多在可见拉曼光谱中存在强荧光干扰的物质，例如氧化物、积碳等，通过利用紫外拉曼光谱技术就可以成功的避开荧光从而得到信噪比较高的拉曼谱图。从下图磷酸铝分子筛ALPO-5 示例可以看出，紫外共振拉曼光谱技术由于能避开荧光，可以成功用于微孔和介孔分子筛材料的表征。紫外拉曼光谱技术的另一个突出特点是，拉曼信号可以通过共振拉曼信号得到增强。共振拉曼效应可以从拉曼散射截面公式得到解释：根据Kramers-Heisenberg-Dirac 散射公式: 在公式 (1)中，ωri 是初始态i到激发态r的能量差频率，ωL是入射激光频率。当激发光源频率靠近电子吸收带时，第一项分母趋近于零，因而其散射截面异常增大, 导致某些特定的拉曼散射强度增加104~106 倍。共振拉曼光谱的谱峰强度随着激发线的不同而呈现出与普通拉曼不同的变化。将紫外共振拉曼用于表征多组份体系时，可以选择性的激发某些组分相应的信息，从而使与这些组分相关的拉曼信号大大增强，得到共振拉曼光谱这种共振增强或者共振拉曼效应是非常有用的一个技术，它不仅可以极大的降低拉曼测量的探测极限，而且还可以引入到电子选择上面。这样，如果我们使用共振拉曼技术来研究样品，不仅可以看到它的结构特征，而且还可以得到它的电子结构信息。金属卟啉，类胡萝卜素以及其他一系列生物重要分子的电子能级之间跃迁能量差都处在可见光范围之内，这使得它们成了共振拉曼光谱的理想研究材料。共振选择技术还有一个非常实际的应用。那就是二分之一载色体的光谱由于这种共振作用会得到增强，而它周围的环境则不会。对于生物染色体来说这就意味着，我们使用可见光即可特定的探测到有源吸收中心，而它们周围的蛋白质阵列则不会探测产生影响（这是因为这些蛋白质需要紫外光才能使其产生共振增强作用）。共振拉曼光谱在化学上探测金属中心合成物，富勒分子，联乙醯以及其他的稀有分子上也是一种重要的技术，因为这些材料对于可见光都有着很强的吸收。其他更多的分子吸收光谱由于处于紫外，所以需要紫外激光进行共振激发，我们就称之为紫外共振拉曼（UlraViolet Resonance Raman Spectroscopy） 紫外共振拉曼光谱技术是研究催化和复杂生物系统中分子分析的一个重要工具。大多数的生物系统都吸收紫外辐射，所以它们都能提供紫外的共振拉曼增强。这样高的共振拉曼共振选择效应使得象蛋白质和DNA等重要生物目标的拉曼光谱得到极大增强，而其他物质则不会，非常便于目标确认及分析。例如，200nm的激励光能够增强氨基化合物的振动峰；而220nm的激励光则可以增强特定的芳香族残留物的振动峰。水中的拉曼散射非常弱，这个技术使得与水有关的微弱系统的拉曼分析也变成了可能。附录2：实验举例◆ 微孔-介孔材料骨架中超低含量的孤立的过渡金属离子(例如Ti-MCM-41)能够通过紫外共振拉曼光谱可靠、准确地鉴别出来。 ◆ 利用紫外拉曼避开荧光和增加灵敏度的特点,可以对分子筛合成过程中的合成前体、中间物以及分子筛晶体的演化过程进行研究。◆ 紫外拉曼光谱可以选择性地得到在紫外区具有强吸收的物质（例如TiO2和ZrO2）的表面相信息。

TRS100 透射拉曼系统--药物快速定量分析TRS100 能够在药物质量控制中，对整个片剂或胶囊进行快速均匀度分析（CU），还能进行多晶型分析。与其他光谱方法相比，安捷伦透射拉曼光谱 (TRS) 技术更易操作，更易开发方法。TRS100 系统能够将CU分析的时间缩短至几分钟，大幅节省成本，加快质量控制流程。 TRS100 系统采用透射拉曼的原理，药物样品直接测试，无需消耗品和任何前处理，简单易操作。样品盘最多可容纳 300 个包衣片或完整胶囊、或几十个玻璃瓶等，实现超高通量和效率。采用透射拉曼光谱的 CU 测试方法是基于 ICH 和监管机构许可方案，已被监管部门批准。 晶型分析：TRS100 可定量测量完整片剂中的多晶型含量，也可用于非晶型 API/片剂分析中的残余结晶度检测。定量限为 0.1%–1% w/w，明显优于 XRPD。 适合应用：主成分含量均匀度分析（CU）、多晶型分析、多片剂分析、质量控制 超快速定量分析，检测数百个片剂或胶囊，几分钟内即可完成 高通量筛选和分析，实现在线监控和实时放行 适用于各种包衣、片剂、胶囊、粉末等形态药物的分析 无需湿化学法等繁琐样品处理，对操作人员熟练程度要求低 无需消耗品，大大节省分析成本 定量分析 API 和赋形剂，一次测量即可实现 定量限低至 0.1% w/w 定量分析完整片剂中的多晶型 精益校准模型，易于创建和维护 方法已得到监管部门批准 提供了适用于片剂、胶囊、液体和粉末的各种样品盘和附件性能指标：光谱范围50–2300 cm-1校准标样NIST SRM706a polystyreneNIST SRM2246 green glassCalibration tray with mercury argon light source样品瓶类型（可选）片剂样品瓶胶囊孔板Powders法规认证21 CFR Part 11EP 2.2.48USP 858USP1858激光波长830 nm激光能量650 mW工作原理：透射拉曼光谱TRS100 是一种无损的整体分析技术，用于药物研发和 QC 生产中的定性和定量检测，如含量均一度分析。快速扫描功能和自动样品盘系统支持在一次运行中分析数百个样品。提供一系列用于片剂、胶囊、液体和粉末样品的标准和定制样品盘。TRS100 软件符合 21 CFR Part 11 以及 USP 和 EP 相关章节的要求。无损的整体分析TRS100 的激光从底部穿过样品获得测量结果。所获得的拉曼光谱信号来自整个样品，因此可以代表整个样品的情况。TRS100 使用专为药物样品选择的 830 nm 激光，可在信号水平和常见药物赋形剂的竞争性荧光之间取得平衡。计算含量均一度 ROI使用我们的价值计算器，看看与您当前工作流程相比，可以节省多少资金和时间。一个典型例子：每天分析 3 个批次，在不到 3 年的时间内节省了约 45 万美元。TRS100 的优势在于无需样品前处理、无需溶剂，且分析成本和使用维护成本更低。更大批量的产品和更费时费力的工作流程可以更快地获得回报！应用：含量均一度检测TRS100 可用于含量测定和含量均一度 (CU) 分析。这种快速的无损分析技术无需样品前处理，可在不到 15 分钟内获得定量 CU 结果。TRS100 已获得监管机构批准，可用于创建经济高效的分析工作流程。观看客户在线研讨会，了解制药公司如何简化其 QC 分析工作流程。多晶型TRS100 可用于粉末和整个完整片剂的多晶型及结晶度定性和定量分析。TRS100 可以检测残余结晶度，检测限 (LOD) 低至 0.1%–1％ w/w。该系统能无损地“查看”药品内部并重复测量同一样品，在制剂开发和稳定性研究中非常实用。样品多样性TRS100 可用于分析多种样品类型，包括片剂、硬胶囊和软凝胶胶囊、粉剂、样品瓶、样品池以及多孔板。进样选择的灵活性使其适用于多种可能的应用，这些应用均可受益于散装高通量筛选。