特種探頭拉曼光譜檢測系統(tǒng)
拉曼光譜是物質(zhì)的指紋譜，通過拉曼光譜可以獲取物質(zhì)的聲子譜、電- 聲相互作用、晶格振動非簡諧信息，測量物質(zhì)融化曲線及固/ 液相變、結構、組成、狀態(tài)等。常規(guī)的顯微拉曼只能用于實驗室測試，無法滿足在線測試需求。北京卓立漢光儀器有限公司結合多年的拉曼光譜儀研制經(jīng)驗開發(fā)出特種光纖探頭拉曼解決方案，可以用于特殊場景的在線分析。
性能優(yōu)勢
- 可滿足高溫高壓實驗環(huán)境下測試需求
- 可滿足固、液、氣等多種類型的樣品侵入式測試需求
- 光纖結構，系統(tǒng)穩(wěn)定耐用
系統(tǒng)方案與配置
激光器 | 532nm，100mw | 785nm，350mw |
光譜儀 | VPH 透射光柵光譜儀 拉曼頻移：200-4000cm-1； 光譜分辨率：優(yōu)于 10cm-1 | VPH 透射光柵光譜儀 拉曼頻移：350-2400cm-1 光譜分辨率：優(yōu)于 10cm-1 |
CCD 探測器 | 具有高像元分辨率的 CCD 芯片，分辨率 2000*256 可見近紅外拉曼專用 CCD，深制冷溫度至 -60℃，讀出噪聲<5 電子 / 像元 | |
特種探頭 | 工作距離：3 mm 和 7 mm 可選，其他可定制工作溫度：0-325℃，可定制 壓力：6000psi | |
配置信息
光譜儀型號 | Omni-iSpecT532A1 | Omni-iSpecT785A1 |
拉曼頻移波長寬度 | 0-4100cm-1 /532-680nm | -200-2400cm-1/770-965nm |
F/# | F/1.8 | F/2.3 |
焦距（入射 / 出射） | 85/85mm | 100/100mm |
光柵 | 1800l/mm VPH | 1200l/mm VPH |
CCD 相機 | 背感光深耗盡 CCD 有效像素 2000×256 像素尺寸 15um 探測面尺寸 30×3.8mm | 背感光深耗盡 CCD 有效像素 2000×256 像素尺寸 15um 探測面尺寸 30×3.8mm |
可調(diào)入射狹縫 | 10um-6mm | 10um-6mm |
分辨率（典型值） @50um 狹縫 | 0.17nm 5cm-1@585nm，7cm-1 保證值 | 0.25nm 3cm-1@912nm，5cm-1 保證值 |
光纖適配器 | XY 可調(diào)光纖適配器 光纖接口：SMA，10mm 圓柱 | XY 可調(diào)光纖適配器 光纖接口：SMA/ MPO/10mm 圓柱 |
快門 | 選配 | 選配 |
內(nèi)置長波通濾光片 | 選配 直徑 50mm， 波數(shù) 186cm-1 | 選配 直徑 50mm， 波數(shù) 309cm-1 |
重量 | 5kg | 5.8kg |
特種探頭
| 探頭 |  |  |
激發(fā)波長 | 405, 514, 532, 633, 670, 671, 785, 808 nm. 其 他 可 選 | |
光譜范圍 | 100-4000 cm-1 @ 標準 ( 不同激光器范圍不同 ) | |
樣品端光斑大小 | ~100 um @ 100 um 芯徑激發(fā)光纖 | |
工作距離 | 9mm/3mm@ 標準；12,15,18mm 可選 | |
數(shù)值孔徑 | 0.22 @ 標準 | |
探頭尺寸 | 2.25” 長 x 0.96”寬 x 0.58”高 | 1.3” 直徑 x 4.5”長 |
探頭材質(zhì) | 超硬氧化鋁，316 不銹鋼；可根據(jù)需求定制 | |
探頭柄尺寸 | 3/8” 直徑 x 3” 長度 | 3/8” 直 徑 x 2” 長 度 |
可根據(jù)需求定制 | ||
探頭密封閥 | 丁腈橡膠密封環(huán)，其他可定制 | |
探頭密封材質(zhì) | 全氟醚橡膠密封環(huán)，可根據(jù)需求定制 | |
濾光片效率 | O.D >6 | |
操作溫度 | 0-325 ? C | |
操作壓力 | 6000 psi | |
光纖配置 | 100/100 um 標準配置，其他可選 | |
光纖長度 | 5m@ 標準；可根據(jù)需求定制 | |
接口類型 | FC 或者 SMA | |
其他 | 可定制 | |
探測器
有效像素 | 2000 x 256 |
像元尺寸 | 15 x 15 μm |
最短光學門寬 | 30 x 3.8 mm |
讀出噪聲 | 4.5 e- |
響應范圍 | 200-1100nm |
應用分享
氣體在線分析Casella A [1] 采用特種探頭拉曼技術對二氧化钚廢氣流動進行在線監(jiān)測，用于評估制備鈾、钚等高純金屬時的氟化反應進程。目前的氟化反應使用具有毒性和腐蝕性的HF，很大程度限制了探針和接口材料的選擇。下圖為實時監(jiān)測氟化反應廢氣裝置示意圖，采用光纖探頭拉曼，激光通過阻擋HF 氣體的透明窗口聚焦監(jiān)測。此外該系統(tǒng)可以用于監(jiān)測其它反應產(chǎn)物和環(huán)境中的氣體等。
圖 光纖拉曼在線監(jiān)測結構圖
圖 不同參數(shù)下的拉曼光譜圖
圖 反應氣體的拉曼光譜強度- 時間關系圖和熱刨面圖
化學蝕變過程監(jiān)控
Parruzot B[2] 等人采用光纖探頭拉曼光譜技術原位監(jiān)測玻璃蝕變過程，實驗時不銹鋼密封的光纖拉曼探頭需浸泡在恒溫硼酸/ 硼酸鹽溶液中，拉曼光譜監(jiān)測溶液的pH 值和硼酸濃度變化，構建預測模型。通過光纖拉曼原位在線檢測，可以實現(xiàn)近實時定量分析，也避免了環(huán)境實驗干擾，如蒸發(fā)、SA/V 變化、污染物、溫度等因素。
圖 實驗裝置（中）和溶液pH 值、硼酸濃度的拉曼光譜圖（左、右）
圖 拉曼光譜模型圖，DI（超純水溶劑，A-D）SB（加硼酸鹽溶劑,E-H），A,B,E,F 是拉曼光譜與時間三維圖；
C,G 是硼酸濃度模型圖；D,H 是PH 值模型圖
化學蝕變過程監(jiān)控
Lu W [3] 等人應用光纖拉曼原位監(jiān)測微芯片反應器中金屬- 有機物Co-MOF-74 生長過程，實驗時FIR 和WAVS 提供物質(zhì)的原子坐標和晶格信息，拉曼和MIR 提供分子結構信息并獲得成核生長曲線。
圖 MOF 拉曼光譜隨時間變化曲線，采用平面波密度泛函理論計算
引用文獻
[1] Casella A, Carter J, Lines A, et al. In stream monitoring of off-gasses from plutonium dioxide fluorination[J]. Actinide Research Quarterly,2019: 31-35.
[2] Parruzot B, Ryan J V, Lines A M, et al. Method for the in situ measurement of pH and alteration extent for aluminoborosilicate glasses using Raman spectroscopy[J]. Analytical chemistry, 2018, 90(20): 11812-11819.
[3] Lu W, Zhang E, Qian J, et al. Probing growth of metal–organic frameworks with X-ray scattering and vibrational spectroscopy[J]. Physical Chemistry Chemical Physics, 2022.
