拉曼光譜基本介紹

拉曼光譜是一種散射光譜，拉曼光譜技術(shù)是一種基于拉曼散射效應(yīng)，通過分析與入射光頻率（波長） 不同的散射光，從而獲得物質(zhì)信息的分子光譜技術(shù)。當(dāng)一束單色光λ_laser 照射樣品時，樣品分子會使入射光發(fā)生散射。大部分散射光只是改變了運動方向，而光的頻率（波長）相較入射光未發(fā)生變化， 這種散射被稱為瑞利散射，屬于彈性散射；少部分散射光不僅傳播方向發(fā)生了改變，而且光的頻率（波長）也發(fā)生了改變，這種散射被稱為拉曼散射，屬于非彈性散射。其中散射光頻率小于入射光的拉曼散射被稱為斯托克斯散射，而頻率大于入射光的拉曼散射被稱為反斯托克斯散射，這兩者對稱地分布于瑞利散射兩側(cè)。

拉曼光譜的優(yōu)勢

產(chǎn)品概述

從2003 年步入拉曼光譜領(lǐng)域至今，卓立漢光的技術(shù)實力不斷沉淀，拉曼產(chǎn)品也在推陳出新， 公司產(chǎn)品在材料、地質(zhì)、生物、化學(xué)、醫(yī)藥、食品、刑偵等領(lǐng)域得到了十分廣泛的應(yīng)用。經(jīng)過與不同行業(yè)不同客戶的長期探討，我們推出了全新一代的Finder 930 拉曼測量系統(tǒng)，旨在打造一臺屬于國人自己的高性能、高穩(wěn)定性、高性價比的國產(chǎn)激光共聚焦拉曼光譜儀。我們汲取了前幾代產(chǎn)品的成功經(jīng)驗，對Finder 930 的硬件和軟件上進行了升級：

• 成像質(zhì)量更加優(yōu)秀，波長重復(fù)性和準確性更高，讓您的實驗數(shù)據(jù)更加可靠。
• 光路自動校正不僅使設(shè)備更加智能，操作更加簡單，也讓設(shè)備穩(wěn)定性大幅提升，開機即用， 無需專人維護。
• mapping、拉曼mapping、熒光壽命成像、高光譜數(shù)據(jù)處理， 簡單易用，讓您的數(shù)據(jù)分析更加方便快捷。
• Finder 930，是一臺具有高性能， 高可靠性，高智能化的通用型分析儀器，為您的研究保駕護航。

的共焦性能

當(dāng)一個點光源（通常是激光）通過物鏡聚焦在樣品上，這一點所成的像通過探測針孔被探測器所檢測，此時照明針孔和探測針孔相對于物鏡焦平面是共軛的，即為共聚焦。在共聚焦顯微系統(tǒng)中，只有被照明樣品的散射光信號才會被接受，這就保證了橫向空間分辨率；而位于光源照明區(qū)域內(nèi)，但不在焦平面上的樣品信號會由于離焦而被探測針孔（空間濾波器）強烈地衰減，這也就保證了縱向空間分辨率。因此， 當(dāng)我們將樣品沿著激光入射的方向上下移動時， 可以將激光聚焦于樣品的不同層，以實現(xiàn)對樣品的剖層分析。共聚焦的另外一個優(yōu)點是對于透明，半透明樣品，或者有較強熒光和黑體輻射背景的樣品來說，有較好的背景抑制的功能。
上圖為小鼠的心臟切片樣品，可以看到在寬場成像（A）中，離焦光線會顯著地降低圖像的分辨率和對比度；但是在共聚焦成像系統(tǒng)（B）中，利用針孔去除非聚焦光線，因此可以形成對比度和分辨率更高的圖像。

圖片引用：Price R L ,Jerome W G J . Basic Confocal Microscopy[M]. Springer New York, 2011.
 

的系統(tǒng)穩(wěn)定性

在一個有眾多光學(xué)元件的光學(xué)系統(tǒng)里面，光學(xué)元件調(diào)節(jié)架的溫漂，光路切換的重復(fù)性等問題，直接影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性，反映到顯微共聚焦拉曼光譜系統(tǒng)上最直觀的現(xiàn)象就是激光光斑的漂移。而激光光斑的漂移會帶來諸多問題，最直接的影響就是共聚焦性能的降低以及系統(tǒng)靈敏度的下降，其次光斑漂移會對偏振等對光路準直性要求的實驗帶來影響，因此保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性是設(shè)計一切光學(xué)系統(tǒng)的首要問題。

1. 溫度濕度對穩(wěn)定性的影響

在光學(xué)系統(tǒng)中，光路越長，反射鏡越多，那么光學(xué)調(diào)整架由于溫度濕度影響而產(chǎn)生的漂移量就越大，激光光斑的漂移就會越嚴重。從共聚焦原理可以看到，共聚焦就是要把激光光斑成像到針孔上，激光光斑漂移就意味著針孔上的光斑像漂移，因此通光量就會顯著下降。為了避免信號強度受到影響，因此只能把針孔變大，進而影響共聚焦性能。為了解決這個問題，F(xiàn)inder930 采用了激光器內(nèi)置的設(shè)計，減小光路長度，同時采用受溫度濕度影響形變最小的航空鋁材設(shè)計制作光學(xué)元件調(diào)整架。

時間穩(wěn)定性實驗測試曲線：

2.  光路切換對穩(wěn)定性的影響

當(dāng)共聚焦拉曼系統(tǒng)為了滿足不同的實驗需求配置多路激光器時，就需要進行激光器和濾光片的切換，因切換過程對定位精度和重復(fù)定位精度都有很高的要求，因此一般采用電動切換。Finder 930 在設(shè)計初期， 便巧妙地將多個波長的激光器通過二向色鏡進行合束并固化，在更換激光器波長時， 軟件會自動控制激光器的開關(guān)，并自動切換到響應(yīng)的濾光片。以上的設(shè)計，保證了系統(tǒng)可以長期（數(shù)月）穩(wěn)定工作，而不需要經(jīng)常調(diào)整光路。

溫度穩(wěn)定性實驗測試曲線：

注：該曲線為實驗室測試數(shù)據(jù)，環(huán)境溫度22±2℃  

的光譜成像能力

從前面的原理介紹得知，拉曼光譜是用來表征物質(zhì)化學(xué)成分以及研究分子性質(zhì)如應(yīng)力，極性，及晶體質(zhì)量等屬性的一種工具。而拉曼mapping 或者叫拉曼成像就是將研究的對象可視化的一種手段。用戶可以直接從Mapping 圖像上得到如化學(xué)成分的空間分布，非常直觀。

既然是Mapping 是顯微圖像的一種，那么Mapping 就必須有顯微圖像應(yīng)該具備的特點，即就是空間分辨率和成像速度。

1.空間分辨率

空間分辨率分為橫向（XY 平面）和縱向（Z）兩個指標，橫向分辨率主要受物鏡NA，激光器波長，共焦針孔的尺寸以及激光器光斑質(zhì)量的影響，而縱向分辨率也就是我們講的共聚焦性能，除了上面幾個因素外， 還跟系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計有極大的關(guān)系。經(jīng)過優(yōu)化過后的Finder930，可以在100X，0.9NA 物鏡，532nm 激光測試條件下，達到橫向空間分辨率0.5m，縱向空間分辨率1.79m。而我們的所有Mapping 均可以在共聚焦情況下完成，因此保證了mapping 結(jié)果的空間分辨率。

 2.成像速度

Mapping 成像速度是另外一個重要的參數(shù)，主要取決 于系統(tǒng)的靈敏度，電動臺的精度以及軟件的處理能力。 靈敏度要夠高，單光譜的采集時間才可以更短，才能 從本質(zhì)上提升 Mapping 速度，而電動臺的高精度主要 是防止圖像畸變，軟件的 Mapping 邏輯是為了提升 Mapping 速度，做到邊走邊采的同步功能，軟件的實 時處理能力比如噪聲抑制，背景扣除等功能，可以從 弱信號復(fù)雜信號當(dāng)中把拉曼光譜提取出來實時顯示。

2.1系統(tǒng)靈敏度：鍍銀反射鏡，可升級寬譜介質(zhì)膜； 光譜儀可做鍍銀升級；F/4.2 通光口徑；CCD 采用 深制冷，背照式深耗盡芯片，峰值量子效率 >90%； 1.48MHz 讀出速度，可實現(xiàn)一秒鐘 100 張以上光譜采 集速度

2.2Mapping 采集圖像時，電動位移臺先從原點移動 至采集目標區(qū)域零點，然后依照程序設(shè)計進行逐點逐 行掃描，掃描結(jié)束后，電動位移臺回到掃描區(qū)域的中 心點。此時可以對采集到光譜進行數(shù)據(jù)處理，得到理 想的拉曼 Mapping 圖像。

軟件數(shù)據(jù)分析（Visual Spectra）

具有強大的數(shù)據(jù)分析軟件，可以對 Mapping 數(shù)據(jù)進行去基線、平滑等預(yù)處理，之后根據(jù)需求可以通過信號強度的 積分、平均值、最大值等模式進行成像；此外，還可以對單峰及多峰進行數(shù)據(jù)擬合。對于輸出的圖像，可以進行 色表匹配等美化處理。

光譜 Mapping 數(shù)據(jù)處理 可以對單點（全圖）數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，包括去除“宇宙射線”、光譜基底，平滑光譜曲線等。

配件：

物鏡

型號及描述

SLMPLN20X：長工作距離物鏡，NA 值0.25，工作距離25mm，螺紋規(guī)格RMS，齊焦距離45mm；

SLMPLN50X：長工作距離物鏡，NA 值0.35，工作距離18mm，螺紋規(guī)格RMS，齊焦距離45mm；

SLMPLN100X：長工作距離物鏡，NA 值0.6，工作距離7.6mm，螺紋規(guī)格RMS，齊焦距離45mm；

LMU-15X-NUV：紫外物鏡，波段325-500nm，NA0.3，工作距離8.6mm，螺紋規(guī)格RMS，齊焦距離39.1mm；

LMU-40X-NUV：紫外物鏡，波段325-500nm，NA0.47，工作距離0.8mm，螺紋規(guī)格RMS，齊焦距離34.5mm；

LMPLN10XIR：紅外物鏡，波段700-1300nm，NA 值0.3，工作距離18mm，螺紋規(guī)格RMS，齊焦距離45mm；

LCPLN50XIR：紅外物鏡，波段700-1300nm，NA 值0.65，工作距離4.5mm，螺紋規(guī)格RMS，齊焦距離45mm；

LCPLN100XIR：紅外物鏡，波段700-1300nm，NA 值0.85，工作距離1.2mm，螺紋規(guī)格RMS，齊焦距離45mm；
 

電化學(xué)附件

能與各式拉曼和紅外光譜儀（反射式）配套進行原位條件下的光譜測試，廣泛應(yīng)用于化學(xué)、材料及相關(guān)領(lǐng)域，特別適合于電化學(xué)基礎(chǔ)研究。本裝置屬研究型， 可依據(jù)需要進行功能擴展。

主要特點：

• 拉曼、紅外兼容；
• 可通氣體；
• 不同窗口可選

• 最小焦距1mm；

 

載物臺

• 75x50 行程，控制手柄
• 3m 定位精度，最小步進50nm；
• 2D Raman/PL Mapping
• 承重1kg；

高壓腔

熱液金剛石壓腔是一種新型的金剛石壓腔裝置，能在顯微鏡下觀察高溫高壓或低溫高壓水體系的相變實驗。它利用兩個金剛石砧使處于金剛石砧中部的錸樣品室墊圈壓縮密封產(chǎn)生高達3 到5 個GPa 的高壓。由碳化鎢支座、鉬加熱爐絲、陶瓷粘合劑、熱電隅及搖臺組成的加熱組件提供高達1000℃ 的溫度。配合顯微鏡或激光拉曼可以觀察相變過程，測量反應(yīng)物的組成變化?？梢杂糜诩淄樗衔飳嶒?、H2O 冰的高壓相實驗、花崗巖熔融實驗、巖石礦物組合熔融實驗研究和可燃有機巖、石油、及巖石熱解實驗、礦物中包裹體研究。

• 溫度范圍：室溫到1000℃；
• 溫度精度：+/- 0.1℃；
• 加熱速率：0.1 到150℃ /min；
• 壓力范圍：大氣壓到3GPa（標配）；
• 低溫范圍：到-100℃（特殊需求）；

   

變溫臺

• 溫度范圍： -190℃～ 600℃；
• 溫度分辨率：0.01℃；
• 溫度穩(wěn)定性：±0.05℃（>25℃）±0.1℃（<25℃）；
• 加熱速度：+150℃ /min；
• 制冷速度：-50℃ /min
• 最小物鏡距離：5 mm；

原位光譜拉伸裝置

是一款可應(yīng)用于樣品拉伸條件下的紅外、紫外、熒光研究的測試裝置。原位紅外、紫外、熒光拉伸裝置根據(jù)材料所需要的拉伸作用而設(shè)計，配合相應(yīng)光譜儀的結(jié)構(gòu)空間需求， 能夠?qū)崿F(xiàn)樣品的拉伸測試要求；其結(jié)構(gòu)設(shè)計上則充分考慮了實驗室條件下紅外、紫外、熒光測試需求，設(shè)置了相應(yīng)的窗口，保證光線的透射和90°方向熒光出射探測。

• 位移拉伸量調(diào)節(jié)范圍：0.1-20mm；

• 拉力調(diào)節(jié)范圍：1-100N，精度約滿量程的±0.3%；

• 其他拉力范圍可選；

 

Finder 930系列全自動化拉曼光譜分析系統(tǒng)系統(tǒng)技術(shù)規(guī)格