Raman spektroskopia Instrumentointi

tässä oppaassa luetellaan joitakin keskeisiä asioita, joita sinun tulisi harkita, jos aiot suunnitella Raman-instrumentin. Jos haluat oppia lisää Raman spektroskopian perusteista, voit vierailla sovellussivullamme.

ensinnäkin Raman instrumentointiin tarvittavat osat ovat:

  • spektrometri
  • laser
  • luotain (toimitus-ja keruuoptiikka)

Katso Raman-tuotesarjamme täältä

seuraavassa kuvaillaan tarkemmin kunkin tuotteen vaihtoehtoja.

Raman spektroskopia Instrumentointi
Raman Instrumentointi

spektrometri Ramanin instrumenteille

Ramanin spektreille on ominaista kaksi ominaisuutta. Huiput ovat teräviä ja usein lähekkäin ja signaalitaso on hyvin matala. Tästä syystä Raman-spektroskopian tyypillisessä spektrometrissä tulee olla korkea resoluutio ja suuri herkkyys. Korkea resoluutio tarkoittaa tyypillisesti alle nanometrin resoluutiota ja se saadaan yleensä käyttämällä kapeaa rakoa spektrometrin suulla. Kapea rako tarkoittaa kuitenkin myös alhaista herkkyyttä, joten kannattaa aina harkita sellaisen spektrometrin käyttöä, jolla on numeerisesti korkein resoluutio, jonka kanssa voi elää ja saada silti hyviä spektrituloksia.

spektrometrin herkkyyteen voivat vaikuttaa useat tekijät. Ensinnäkin käytettävän Optiikan tulisi mieluiten olla läpäisevä eikä heijastava. Syynä on se, että lähetysoptiikan (kuten linssien ja siirtoritilien) läpäisykyky on suurempi kuin niiden heijastavien vastineiden (Peilit ja heijastusritilät). Myös spektrometri, jossa on suuri numeerinen aukko, pystyy keräämään enemmän valoa näytteestäsi ja siten olemaan herkempi kuin sellainen, jossa on pienempi numeerinen aukko. Suuri numeerinen aukko johtaa kuitenkin yleensä suurempaan ja kalliimpaan optiikkaan. Jos siis etsit Raman-spektrometriä käsikäyttöiseen ja / tai kompaktiin laitteeseen, sinun on ehkä hyväksyttävä pienempi numeerinen aukko ja siten pienempi herkkyys.

kuten edellä mainittiin, spektrometrin rakoleveys on yleensä melko kapea hyvän erotuskyvyn saavuttamiseksi. Spektrometrin herkkyyttä voidaan kuitenkin lisätä käyttämällä korkeaa rakoaukkoa (usein useita millimetrejä) ja ilmaisinta, jossa on yhtä korkeat Pikselit (tai 2D-ilmaisinryhmä).

koska spektroskopiassa käytettävät ilmaisimet ovat integraatiotyyppisiä ilmaisimia, voi Raman-spektrin signaalitasoa nostaa integroimalla pitkän ajan kuluessa. Ei ole harvinaista integroida yli 1 sekunti. Valitettavasti pimeän varauksen ilmaisin myös kasvaa integrointi aikaa ja pahimmassa tapauksessa voit kyllästää ilmaisin tumma maksu yksin jätä mitään dynaamista aluetta todellisen signaalin. Tapa ratkaista tämä on jäähdyttää ilmaisin siru, koska tumma varaus kertyminen on verrannollinen lämpötilaan. Huippuluokan Raman-instrumentoinnissa ilmaisin voidaan jäähdyttää -60 asteeseen, kun taas keskialueen mittarit voidaan jäähdyttää vain -10 asteeseen. kannettavien mittareiden, joiden on usein oltava akkukäyttöisiä, jäähdytystä kannattaa välttää, koska se kuluttaa paljon virtaa. Tämä tarkoittaa, että kämmentietokoneiden integrointiaika on usein rajoitettu alle 1 sekuntiin.

Lue lisää käsikäyttöisistä Raman-spektrometreistä täältä

Laser

laserin keskeiset parametrit ovat laserin aallonpituus ja optinen lähtö. Raman on värähtelevä spektroskooppinen tekniikka ja voit periaatteessa käyttää mitä tahansa laseraallonpituutta muuttamaan näytteen materiaalin molekyylien värähtelytiloja. Laserin aallonpituuden valintaan vaikuttavat kuitenkin useat tekijät, ja joudut todennäköisesti tekemään joitakin kompromisseja. Kaikki materiaalit näytteille Raleigh-sironta, joka luo perustason teidän Raman spektri, joka voi olla suurempi kuin sinä Raman signaali ja siten vaikeuttaa detector teidän Raman signaali. Koska Rayleigh-sironta on verrannollinen arvoon 1 / λ4, pienimmän sironnan saisi valitsemalla pitkän laseraallonpituuden. Valitettavasti monissa materiaaleissa esiintyy fluoresenssia pidemmällä aallonpituudella ja fluoresenssi luo myös taustatason, joka voi peittää Ramanin huiput. Lisäkomplikaatio yli 1100 nm: n aallonpituuksilla on se, että on käytettävä erikoisilmaisimia, jotka on valmistettu esimerkiksi Ingaasista, joka on yleensä paljon kalliimpaa kuin pii-ilmaisimet, joita voidaan käyttää 1100 nm: iin asti.

Ramanin suosituin laseraallonpituus on 785 nm, koska se on hyvä kompromissi sironnan ja fluoresenssin välillä useimmille materiaaleille. Myös 785 nm laseraallonpituudella voit peittää jopa 3650 cm-1 (1100 nm) Raman shift ja silti käyttää piikondensaattoria. Muita yleisiä käytettyjä aallonpituuksia ovat 532 nm, 830 nm ja 1060 nm.

lasertehon valinta riippuu pääasiassa kustannustavoitteesta ja näytteen vahinkokynnyksestä. On selvää, että mitä suurempi lähtöteho tarvitset, sitä suurempi on laserin hinta. Myös, jos optinen tehotiheys näytteessä tulee liian suureksi, voit vahingoittaa tai muuttaa näytettä, joka ei ole toivottavaa. Esimerkiksi, jos mittaat esimerkiksi ihmisen ihoa, et halua polttaa potilasta.

luotain

luotaimen tehtävänä on ohjata laservaloa ja keskittää se näytteeseen (tämä on toimitusoptiikka) ja kerätä näytteestä Raman-signaali ja ohjata se spektrometriin (tämä on keräysoptiikka). Keräysoptiikkaan on sijoitettava reunasuodatin, joka estää laserin aallonpituuden pääsyn spektrometriin.

anturi voi perustua joko monitilakuituihin tai vapaan tilan optisiin komponentteihin.

vapaan avaruusoptiikan etuna on se, että se on pienin häviövaihtoehto. Hyvällä AR-pinnoitteella varustetut linssit voivat usein lähettää jopa 99% valostasi, mikä tarkoittaa, että luotaimen Optiikassa menettää vain muutaman prosentin arvokkaista Raman-fotoneista. Toisaalta vapaa avaruusoptiikka vaatii eri elementtien ja spektrometrin hyvin tarkkaa linjausta. Jos käytät spektrometrissä pitkää rakoa, haluat lisätä siihen lisäoptiikan, joka muuntaa näytteessä olevasta pyöreästä laserpisteestä spektrometrin suulla olevaan linjaan.

kuituoptiikan käytön suurin hyöty on se, että se rentouttaa tarkan linjauksen tarvetta. Jos käytät pitkää viiltoa, voit käyttää jopa kuitukimppukaapelia, jossa kuidut on järjestetty ympyräksi näytettä kohti ja viillon ulottuvuutta spektrometrin suuntaan vastaavaa linjaa pitkin. Kuituoptiikan suurin haittapuoli on kuitenkin se, että se on häviöllinen. Voit menettää jopa 50% Raman signaalin käymällä läpi kuitua (s).

Lue lisää käsikäyttöisistä Raman-spektrometreistä täältä

Vastaa

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista.