Raman Spectroscopy Instrumentation

deze gids geeft een aantal van de belangrijkste dingen die u moet overwegen als u een Raman Instrument gaat ontwerpen. Als u meer wilt weten over de basisprincipes van Raman spectroscopie kunt u onze applicatiepagina bezoeken.

Ten eerste, de onderdelen die u nodig hebt voor Raman instrumentatie zijn:

  • een spectrometer
  • een laser
  • een sonde (afleverings-en opvangoptiek))

zie onze Raman Product Line-up hier

in het volgende, zullen we de opties voor elk item in meer detail beschrijven.

Raman spectroscopie instrumentatie
Raman instrumentatie

Spectrometer voor Raman-instrumenten

Raman-spectra worden gekenmerkt door twee kenmerken. De pieken zijn scherp en vaak dicht op elkaar en het signaalniveau is erg laag. Om deze reden, zou een typische spectrometer voor ramanspectroscopie hoge resolutie en hoge gevoeligheid moeten vertonen. De hoge resolutie betekent typisch sub-nanometerresolutie en wordt normaal verkregen door een smalle spleet bij de ingang van de spectrometer te gebruiken. Echter, een smalle spleet betekent ook lage gevoeligheid, dus je moet altijd overwegen om een spectrometer te gebruiken met de numeriek hoogste resolutie waarmee je kunt leven en toch goede spectrale resultaten krijgt.

de gevoeligheid van de spectrometer kan door verschillende factoren worden beïnvloed. Allereerst moeten de gebruikte optica bij voorkeur transmissief zijn in plaats van reflecterend. De reden is dat transmissieoptieken (zoals lenzen en transmissieroosters) een hogere doorvoer hebben dan hun reflecterende tegenhangers (spiegels en reflectieroosters). Ook zal een spectrometer met een hoge numerieke diafragma in staat zijn om meer licht van uw monster te verzamelen en daardoor gevoeliger zijn dan een met een lagere numerieke diafragma. Echter, een grote numerieke diafragma zal over het algemeen leiden tot grotere en duurdere optica. Dus, als u op zoek bent naar een Raman spectrometer voor een handheld en/of compact instrument moet u mogelijk een lagere numerieke diafragma accepteren en daardoor lagere gevoeligheid.

zoals hierboven vermeld is de spleetbreedte van de spectrometer over het algemeen vrij smal om een goede resolutie te verkrijgen. Echter, de gevoeligheid van de spectrometer kan worden verhoogd door gebruik te maken van een hoge spleet opening (vaak meerdere mm ‘ s) en een detector met net zo hoge pixels (of een 2D detector array).

aangezien detectoren die voor spectroscopie worden gebruikt integratiedetectoren zijn, kunt u het signaalniveau van uw Raman-spectrum verhogen door over een lange tijd te integreren. Het is niet ongewoon om te integreren voor meer dan 1 seconde. Helaas neemt de donkere lading van een detector ook toe met de integratietijd en in het ergste geval zou je de detector kunnen verzadigen met alleen de donkere lading, waardoor er geen dynamisch bereik is voor je echte signaal. De manier om dit op te lossen is om de detectorchip te koelen omdat de donkere ladingsopbouw evenredig is met de temperatuur. Voor high-end Raman instrumentatie, de detector kan worden gekoeld tot -60 graden C, terwijl mid-range instrumenten misschien alleen worden gekoeld tot -10 graden C. voor handheld instrumenten die vaak moeten worden op batterijen wilt u koeling te voorkomen, omdat het verbruikt veel stroom. Dit betekent dat de integratietijden voor handheld apparaten vaak beperkt zijn tot minder dan 1 sec.

Lees meer over handheld Raman spectrometers hier

Laser

de belangrijkste parameters voor de laser zijn de golflengte van de laser en de optische output van de laser. Raman is een vibrationele spectroscopische techniek en je kunt in principe elke lasergolflengte gebruiken om de trillingstoestanden van de moleculen van je monstermateriaal te veranderen. Er zijn echter verschillende factoren die uw keuze van lasergolflengte beïnvloeden en u zult waarschijnlijk enkele compromissen moeten sluiten. Alle materialen vertonen Raleigh-verstrooiing wat een basisniveau in uw Raman spectrum creëert dat groter kan zijn dan uw Raman signaal en daardoor het moeilijk maakt om uw Raman signaal te detecteren. Aangezien Rayleigh-verstrooiing evenredig is aan 1/ λ4, zou je de laagste verstrooiing krijgen door een lange lasergolflengte te kiezen. Helaas, veel materialen tentoonstellen fluorescentie bij een langere golflengte en de fluorescentie zal ook leiden tot een achtergrondniveau dat kan maskeren uw Raman pieken. Een andere complicatie bij golflengten boven 1100 nm is dat je speciale detectoren moet gebruiken van bijvoorbeeld InGaAs die over het algemeen veel duurder is dan Siliciumdetectors die tot 1100 nm kunnen worden gebruikt.

de populairste lasergolflengte voor Raman is 785 nm omdat het een goed compromis is tussen verstrooiing en fluorescentie voor de meeste materialen. Bovendien kunt u met 785 nm Als lasergolflengte tot 3650 cm-1 (1100 nm) Raman shift bedekken en toch een silicium CCD detector gebruiken. Andere gebruikte golflengten zijn 532 nm, 830 nm en 1060 nm.

uw keuze van het laservermogen hangt voornamelijk af van uw kostendoelstelling en de schadedrempel van uw monster. Uiteraard, hoe hoger het uitgangsvermogen dat u nodig hebt, hoe hoger de kosten van de laser. Ook als uw optische vermogensdichtheid op het monster te hoog wordt, kunt u uw monster beschadigen of wijzigen, wat ongewenst is. Als je bijvoorbeeld meet op de menselijke huid, wil je de patiënt niet verbranden.

sonde

de functie van de sonde is om het licht van de laser te geleiden en het op uw monster te concentreren (dit is de afleveringsoptiek) en uw Raman-signaal van het monster te verzamelen en naar de spectrometer te leiden (Dit is uw verzameloptiek). In de collectieoptiek moet u een randfilter plaatsen die de lasergolflengte blokkeert van het binnendringen van de spectrometer.

de sonde kan gebaseerd zijn op multi-mode vezels of optische componenten in vrije ruimte.

het voordeel van vrije ruimteoptiek is dat het de optie met het laagste verlies is. Lenzen met goede AR-coatings kunnen vaak tot 99% van uw licht overbrengen, wat betekent dat u slechts een paar procent van uw kostbare Raman-fotonen verliest in de probe-optiek. Aan de andere kant, vrije ruimte optica vereist zeer nauwkeurige uitlijning van de verschillende elementen en met de spectrometer. Als u een lange spleet in uw spectrometer gebruikt, wilt u extra optica toevoegen om van uw cirkelvormige laservlek op het monster om te zetten naar een lijn bij de ingang van de spectrometer.

het belangrijkste voordeel van het gebruik van glasvezel is dat het de behoefte aan nauwkeurige uitlijning ontspant. Als u gebruik maakt van een lange spleet kunt u zelfs gebruik maken van een vezelbundelkabel waarbij de vezels zijn gerangschikt in een cirkel naar uw monster en langs een lijn die overeenkomt met de spleet dimensie naar de spectrometer. Glasvezel, echter, heeft het belangrijkste nadeel dat het verlies. U kunt tot 50% van uw Raman-signaal verliezen door door de vezel(s) te gaan.

Lees hier meer over handheld Raman spectrometers

Geef een antwoord

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd.