ラマン分光計

このガイドでは、ラマン計測器を設計する場合に考慮すべき重要なことのいくつかをリストしています。 ラマン分光法の基礎について詳しく知りたい場合は、アプリケーションページをご覧ください。

まず、ラマン計装に必要な部品は次のとおりです:

  • 分光計
  • レーザー
  • プローブ(送達-回収光学)

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以下では、各アイテムのオプションについて詳しく説明します。

ラマン分光計ラマン分光計

ラマン機器用分光計

ラマンスペクトルは、二つの特性によって特徴付けられます。 ピークは鋭く、頻繁に密接に間隔をあけられ、信号レベルは非常に低い。 このため、ラマン分光のための典型的な分光計は、高分解能および高感度を示すべきである。 高分解能は、典型的にはサブナノメートルの分解能を意味し、通常は分光計の入り口に狭いスリットを使用することによって得られる。 しかし、狭いスリットはまた、低感度を意味するので、あなたは常にあなたが一緒に暮らすことができ、まだ良いスペクトル結果を得ることができ、数値的に最高の解像度を持つ分光計を使用することを検討する必要があります。

分光計の感度は、いくつかの要因によって影響を受ける可能性があります。 まず第一に、使用される光学系は、好ましくは反射ではなく透過性であるべきである。 その理由は、透過光学系(レンズや透過格子のような)は、反射光学系(ミラーや反射格子)よりも高いスループットを有するからである。 また、高い開口数を持つ分光計は、あなたのサンプルからより多くの光を収集し、それによって低い開口数を持つものよりも敏感であることができる しかしながら、大きな開口数は、一般に、より大きく、より高価な光学系につながる。 したがって、ハンドヘルドおよび/またはコンパクトな機器用のラマン分光計を探している場合は、より低い開口数とそれによって低い感度を受け入

上記のように、分光計のスリット幅は、一般的に良好な分解能を得るために非常に狭い。 しかし、分光計の感度は、背の高いスリット開口部(多くの場合、数mmの)と同じ高さのピクセル(または2D検出器アレイ)を有する検出器を使用することに

分光に使用される検出器は積分型検出器であるため、長時間積分することによりラマンスペクトルの信号レベルを上げることができます。 1秒以上統合することは珍しいことではありません。 残念なことに、検出器の暗電荷も積分時間とともに増加し、最悪の場合、暗電荷だけで検出器を飽和させて、実際の信号のダイナミックレンジを残さない これを解決する方法は、暗電荷の蓄積が温度に比例するため、検出器チップを冷却することです。 ハイエンドのラマン計測器の場合、検出器は-60℃に冷却される一方、ミッドレンジの計測器は-10℃に冷却される可能性があります。 これは、ハンドヘルドデバイスの積分時間が1秒未満に制限されることが多いことを意味します。

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レーザー

レーザーの主なパラメータは、レーザーの波長とレーザーの光学出力です。 ラマンは振動分光技術であり、基本的に任意のレーザー波長を使用してサンプル材料の分子の振動状態を変更することができます。 しかしレーザーの波長のあなたの選択に影響を与える複数の要因があり、多分ある妥協をしなければならない。 すべての材料はあなたのラマン信号より大きい場合もあり、それにより探知器にあなたのラマン信号を困難にさせるあなたのラマンスペクトルのベースラインレベルを作成するローリー散乱を表わします。 レイリー散乱は1/λ4に比例するので、長いレーザー波長を選択することによって最も低い散乱を得るでしょう。 残念なことに、多くの材料はより長い波長で蛍光を示し、蛍光はまたあなたのラマンピークを隠すことができる背景レベルを作成します。 1100nmを超える波長のさらなる複雑さは、1100nmまで使用できるシリコン検出器よりも一般的にはるかに高価なInGaAsなどから作られた特別な検出器を使

ラマンの最も一般的なレーザー波長は、ほとんどの材料の散乱と蛍光の間の良好な妥協点であるため、785nmです。 また、レーザー波長として785nmを使用すると、最大3650cm-1(1100nm)のラマンシフトをカバーし、シリコンCCD検出器を使用することができます。 使用される他の一般的な波長は、532nm、830nm、および1060nmである。

レーザー力のあなたの選択はあなたのサンプルのあなたの費用ターゲットそして損傷の境界によって主に決まります。 明らかに、出力電力が高いほど、レーザーのコストが高くなります。 また、サンプルの光パワー密度が高すぎると、サンプルを損傷したり変更したりする可能性がありますが、これは望ましくありません。 たとえば、人間の皮膚で測定している場合、患者を燃やしたくありません。

プローブ

プローブの機能は、レーザーからの光をガイドし、あなたのサンプル(これは配信光学系です)に焦点を当て、サンプルからラマン信号を収集し、分光計(これ 収集光学系では、レーザー波長が分光計に入るのを妨げるエッジフィルタを配置する必要があります。

プローブは、マルチモードファイバまたは自由空間光学部品のいずれかに基づくことができます。

自由空間光学系の利点は、最も損失の少ないオプションであることです。 優れたARコーティングを施したレンズは、光の99%まで透過することが多いため、プローブ光学系では貴重なラマン光子の数%しか失われません。 一方では、自由空間の光学はさまざまな要素のそして分光計との非常に精密な直線を要求する。 また、分光計に背の高いスリットを使用している場合は、サンプル上の円形レーザースポットから分光計の入り口のラインに変換するための余分な光学

光ファイバを使用する主な利点は、正確なアライメントの必要性を緩和することです。 高いスリットを使用すれば繊維があなたのサンプルの方のそして分光計の方のスリット次元に一致させるラインに沿って円で整理される繊維 光ファイバは、しかし、それが非可逆であるという主な欠点を有しています。 あなたは、ファイバ(複数可)を通過することによって、あなたのラマン信号の50%まで失うことができます。

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