远程光谱仪原理

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.

产品概述　　2015年7月国务院办公厅发布《生态环境监测网络建设方案》，2016年11月环保部印发 《“十三五”环境监测质量管理工作方案》，2016年12月最高人民法院、最高人民检察院联合发布《最高人民法院、最高人民检察院关于办理环境污染刑事案件适用法律若干问题的解释》……一系列政策文件将环境监测数据质量保障提到了新的高度，如何防范数据造假、保障数据质量成了环境监测行业的一个重要难题。　　为此，聚光科技自主研发了QCD-2000系列水远程质控仪器，通过加标回收、标样核查、平行样测量等手段对水质在线分析仪进行数据质量控制。系统原理　　QCD-2000系列远程质控仪器与水质在线分析仪联用，可实现加标回收测试支持、标样核查测试支持、平行样测试支持，以及正常样品测试支持功能。其中，加标回收测试充分考虑加标回收实验的一致原则、可比原则、相近原则和不变原则等，通过计量装置定量样品体积和加标样体积，在加标回收罐中实现水样的采集、储存、加标、混匀。产品特点　　RS232、RS485数字量通讯方式；　　支持周期、定时等多种触发方式；　　智能液位检测，水样不足报警，避免样品不足空转；　　注射式标液加入，无挂滴残留，保证加标量准确；　　通过标样核查可判断在线监测数据的准确性；　　通过加标回收可判断待测水样是否存在基体干扰；　　通过平行样测是可判断分析数据稳定性。应用领域　　污染源废水排放在线监测数据质控　　市政污水在线监测数据质控地表水在线监测数据质控

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.