紫外共振拉曼光譜系統(tǒng)--UVRaman100
新一代紫外共振拉曼光譜儀
中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所中國(guó)科學(xué)院李燦院士及其研究小組自行研制了我國(guó)*一臺(tái)紫外共振拉曼三聯(lián)光譜儀，獲得中國(guó)科學(xué)院發(fā)明二等獎(jiǎng)、國(guó)家發(fā)明二等獎(jiǎng)。并于2008年4月8日，和北京卓立漢光儀器有限公司共同組建“現(xiàn)代儀器聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室”，強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)手，邁出了研究成果向產(chǎn)品轉(zhuǎn)化的重要一步。
紫外共振拉曼系統(tǒng)簡(jiǎn)述
共振拉曼或紫外共振光譜系統(tǒng)組成主要是：
1、激光器部分：紫外或可見(jiàn)光激光器，紫外可調(diào)諧窄線寬激光器。
2、光譜儀部分：三聯(lián)單色儀＋高靈敏度科學(xué)級(jí)CCD。
3、信號(hào)采集部分：高效率光譜采集組件。
共振拉曼或紫外共振拉曼的優(yōu)點(diǎn)是：
◆ 合適的紫外激光激發(fā)可以完全避免熒光本底的干擾。
◆ 由于拉曼信號(hào)強(qiáng)度正比于激發(fā)激光頻率的四次方，紫外激光激發(fā)拉曼信號(hào)效率更高。（同等功率266nm激光可激發(fā)出比532nm激光高16倍的拉曼信號(hào)）。
◆ 共振拉曼可以提供很高的共振增強(qiáng)因子，（理論極限可達(dá)106倍）從而大幅度提升檢測(cè)極限。
◆ 可以實(shí)現(xiàn)選擇性激發(fā)，當(dāng)我們把激光器調(diào)諧到某物質(zhì)激發(fā)峰上時(shí)，可以只對(duì)此特定物質(zhì)實(shí)現(xiàn)共振增強(qiáng)提升幾個(gè)數(shù)量級(jí)的信號(hào)強(qiáng)度，其他物質(zhì)由于幾乎沒(méi)有共振增強(qiáng)，可以進(jìn)一步提升信噪比，這一點(diǎn)對(duì)于催化和生物研究非常有利。
◆ 由于采用的是三聯(lián)單色儀濾除瑞利散射，而非陷波濾波器，設(shè)備可以測(cè)試地低到到幾個(gè)波數(shù)的拉曼光譜。
1、激光器部分：
◆ 325nm HeCd激光器：325nm; TEM00 mode; 激光功率30mW-50mW輸出備選
◆ 244nm倍頻可調(diào)諧氬離子激光器： 244nm; TEM00 mode; 激光功率24mW; 另有229，238，248，250，257，264nm輸出譜線
◆ 532nm 綠光DPSS激光器：TEM00 mode，激光功率20-100mW備選
◆ 窄線寬可調(diào)諧摻鈦藍(lán)寶石激光器：
可調(diào)諧范圍
輸出平均功率
單個(gè)晶體可調(diào)諧范圍
基頻
700-960nm
>1W
100nm
二倍頻
350-480nm
90-500mW
50nm
三倍頻
233-320nm
20-250mW
33nm
四倍頻
193-240nm
5-100mW
25nm
光譜線寬
<0.1cm-1
功率穩(wěn)定度
<3% rms
注：如須覆蓋整個(gè)光譜波段需要更換晶體
Tips： 共振增強(qiáng)并不是是在一個(gè)特定的波長(zhǎng)上急劇開(kāi)始，而是存在著一個(gè)波長(zhǎng)范圍。實(shí)際上，即使激發(fā)激光的波長(zhǎng)處于分子電子躍遷波長(zhǎng)之下幾百個(gè)波數(shù)的時(shí)候就可以看到5到10倍的增強(qiáng)作用。這個(gè)“前共振”增強(qiáng)作用在實(shí)驗(yàn)上是非常有用的。我們往往可以采用相對(duì)比較便宜的激光器，比如325nm的氦鉻激光器，可調(diào)諧倍頻氬離子激光器雖然不是連續(xù)可調(diào)諧，也可以達(dá)到一定程度的共振增強(qiáng)效應(yīng)。當(dāng)然，為了求得*高的增強(qiáng)因子，我們需要一種波長(zhǎng)連續(xù)可調(diào)諧且光譜線寬很窄的的紫外激光器，比如窄線寬可調(diào)諧摻鈦藍(lán)寶石激光器激光器。
2、紫外共振拉曼光譜儀部分
A.光譜儀：
◆ 光譜儀焦距：500mm ；f/6.5
◆ 光柵尺寸：68mm×68mm or 68mm×84mm
◆ 掃描最小步長(zhǎng)：好于0.005nm
◆ 鏡片反射率：紫外和可見(jiàn)區(qū)的鏡子的反射率達(dá)到90%
B.相減模式拉曼光譜采集
◆ 分辨率: 4.0 cm-1 (紫外區(qū)), 3.0 cm-1 (可見(jiàn)區(qū))
◆ 波數(shù)范圍：50-4000 cm-1 (紫外區(qū)), 25-4000 cm-1 (可見(jiàn)區(qū))
C.光譜探測(cè)器
CCD或EMCCD
光譜CCD
光譜CCD
光譜EMCCD
像素?cái)?shù)
1024×256
2048×512
1600×400
像素尺寸 um
26×26
13.5×13.5
16×16
成像面積 mm
26.6×6.7
27.6×6.9
25.6×6.4
*低制冷溫度 oC
-100
-100
-100
電子增益
NA
NA
1-1000
附錄：
附錄1.紫外拉曼與共振拉曼原理與應(yīng)用簡(jiǎn)述
熒光干擾問(wèn)題和靈敏度較低嚴(yán)重阻礙了常規(guī)拉曼光譜的廣泛應(yīng)用。但近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的紫外拉曼光譜技術(shù)有效地解決了上述問(wèn)題。紫外拉曼光譜技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展大大地?cái)U(kuò)展了拉曼光譜的應(yīng)用范圍。右圖是紫外拉曼光譜避開(kāi)熒光干擾的原理圖。熒光往往出現(xiàn)在300 nm-700 nm區(qū)域，或者更長(zhǎng)波長(zhǎng)區(qū)域。而在紫外區(qū)的某個(gè)波
紫外拉曼光譜技術(shù)的另一個(gè)突出特點(diǎn)是，拉曼信號(hào)可以通過(guò)共振拉曼信號(hào)得到增強(qiáng)。共振拉曼效應(yīng)可以從拉曼散射截面公式得到解釋：根據(jù)Kramers-Heisenberg-Dirac 散射公式:
在公式 (1)中，ωri 是初始態(tài)i到激發(fā)態(tài)r的能量差頻率，ωL是入射激光頻率。當(dāng)激發(fā)光源頻率靠近電子吸收帶時(shí)，*一項(xiàng)分母趨近于零，因而其散射截面異常增大, 導(dǎo)致某些特定的拉曼散射強(qiáng)度增加104~106 倍。共振拉曼光譜的譜峰強(qiáng)度隨著激發(fā)線的不同而呈現(xiàn)出與普通拉曼不同的變化。 |
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