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(zhǎng)） 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(shí)，樣品分子會(huì)使入射光發(fā)生散射。大部分散射光只是改變了運(yùn)動(dòng)方向，而光的頻率（波長(zhǎng)）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(zhǎng)）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(duì)稱地分布于瑞利散射兩側(cè)。

拉曼光譜的優(yōu)勢(shì)

拉曼光譜分析方法
 

各種樣品的mapping 結(jié)果

卓立漢光全自動(dòng)化拉曼光譜分析儀Finder930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(shí)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(zhǎng)期探討，我們推出了全新一代的Finder 930 拉曼測(cè)量系統(tǒng)，旨在打造一臺(tái)屬于國(guó)人自己的高性能、高穩(wěn)定性、高性價(jià)比的國(guó)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(yàn)，對(duì)Finder 930 的硬件和軟件上進(jìn)行了升級(jí)：

• 成像質(zhì)量更加優(yōu)秀，波長(zhǎng)重復(fù)性和準(zhǔn)確性更高，讓您的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)更加可靠。

• 光路自動(dòng)校正不僅使設(shè)備更加智能，操作更加簡(jiǎn)單，也讓設(shè)備穩(wěn)定性大幅提升，開機(jī)即用， 無需專人維護(hù)。

• mapping、拉曼mapping、熒光壽命成像、高光譜數(shù)據(jù)處理， 簡(jiǎn)單易用，讓您的數(shù)據(jù)分析更加方便快捷。

• Finder 930，是一臺(tái)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(hù)航。

卓立漢光全自動(dòng)化拉曼光譜分析儀Finder930系統(tǒng)特點(diǎn)

*的共焦性能

當(dāng)一個(gè)點(diǎn)光源（通常是激光）通過物鏡聚焦在樣品上，這一點(diǎn)所成的像通過探測(cè)針孔被探測(cè)器所檢測(cè)，此時(shí)照明針孔和探測(cè)針孔相對(duì)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(hào)才會(huì)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(hào)會(huì)由于離焦而被探測(cè)針孔（空間濾波器）強(qiáng)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(dòng)時(shí)， 可以將激光聚焦于樣品的不同層，以實(shí)現(xiàn)對(duì)樣品的剖層分析。共聚焦的另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是對(duì)于透明，半透明樣品，或者有較強(qiáng)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(chǎng)成像（A）中，離焦光線會(huì)顯著地降低圖像的分辨率和對(duì)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(duì)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.
 

系統(tǒng)穩(wěn)定性

在一個(gè)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(huì)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(huì)對(duì)偏振等對(duì)光路準(zhǔn)直性要求*的實(shí)驗(yàn)帶來影響，因此保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性是設(shè)計(jì)一切光學(xué)系統(tǒng)的首要問題。

1. 溫度濕度對(duì)穩(wěn)定性的影響

在光學(xué)系統(tǒng)中，光路越長(zhǎng)，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(huì)越嚴(yán)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(huì)顯著下降。為了避免信號(hào)強(qiáng)度受到影響，因此只能把針孔變大，進(jìn)而影響共聚焦性能。為了解決這個(gè)問題，F(xiàn)inder930 采用了激光器內(nèi)置的設(shè)計(jì)，減小光路長(zhǎng)度，同時(shí)采用受溫度濕度影響形變最小的航空鋁材設(shè)計(jì)制作光學(xué)元件調(diào)整架。

時(shí)間穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)測(cè)試曲線：

2.  光路切換對(duì)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(shí)驗(yàn)需求配置多路激光器時(shí)，就需要進(jìn)行激光器和濾光片的切換，因切換過程對(duì)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(dòng)切換。Finder 930 在設(shè)計(jì)初期， 便巧妙地將多個(gè)波長(zhǎng)的激光器通過二向色鏡進(jìn)行合束并固化，在更換激光器波長(zhǎng)時(shí)， 軟件會(huì)自動(dòng)控制激光器的開關(guān)，并自動(dòng)切換到響應(yīng)的濾光片。以上的設(shè)計(jì)，保證了系統(tǒng)可以長(zhǎng)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(shí)驗(yàn)測(cè)試曲線：

注：該曲線為實(shí)驗(yàn)室測(cè)試數(shù)據(jù)，環(huán)境溫度22±2℃  

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(duì)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(diǎn)，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(gè)指標(biāo)，橫向分辨率主要受物鏡NA，激光器波長(zhǎng)，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(gè)因素外， 還跟系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)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(cè)試條件下，達(dá)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(gè)重要的參數(shù)，主要取決 于系統(tǒng)的靈敏度，電動(dòng)臺(tái)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(shí)間才可以更短，才能 從本質(zhì)上提升 Mapping 速度，而電動(dòng)臺(tái)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(shí) 時(shí)處理能力比如噪聲抑制，背景扣除等功能，可以從 弱信號(hào)復(fù)雜信號(hào)當(dāng)中把拉曼光譜提取出來實(shí)時(shí)顯示。

2.1系統(tǒng)靈敏度：鍍銀反射鏡，可升級(jí)寬譜介質(zhì)膜； 光譜儀可做鍍銀升級(jí)；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(shí)現(xiàn)一秒鐘 100 張以上光譜采 集速度

2.2Mapping 采集圖像時(shí)，電動(dòng)位移臺(tái)先從原點(diǎn)移動(dòng) 至采集目標(biāo)區(qū)域零點(diǎn)，然后依照程序設(shè)計(jì)進(jìn)行逐點(diǎn)逐 行掃描，掃描結(jié)束后，電動(dòng)位移臺(tái)回到掃描區(qū)域的中 心點(diǎn)。此時(shí)可以對(duì)采集到光譜進(jìn)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(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析軟件，可以對(duì) Mapping 數(shù)據(jù)進(jìn)行去基線、平滑等預(yù)處理，之后根據(jù)需求可以通過信號(hào)強(qiáng)度的 積分、平均值、*大值等模式進(jìn)行成像；此外，還可以對(duì)單峰及多峰進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合。對(duì)于輸出的圖像，可以進(jìn)行 色表匹配等美化處理。

光譜 Mapping 數(shù)據(jù)處理 可以對(duì)單點(diǎn)（全圖）數(shù)據(jù)進(jìn)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(hào)及描述

SLMPLN20X：長(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)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(jìn)行原位條件下的光譜測(cè)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(jìn)行功能擴(kuò)展。

主要特點(diǎn)：

• 拉曼、紅外兼容；
• 可通氣體；
• 不同窗口可選

• 最小焦距1mm； 

載物臺(tái)

• 75x50 行程，控制手柄

• 3m 定位精度，最小步進(jìn)50nm；

• 2D Raman/PL Mapping

• 最大承重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(shí)驗(yàn)。它利用兩個(gè)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(dá)3 到5 個(gè)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(tái)組成的加熱組件提供高達(dá)1000℃ 的溫度。配合顯微鏡或激光拉曼可以觀察相變過程，測(cè)量反應(yīng)物的組成變化。可以用于甲烷水合物實(shí)驗(yàn)、H2O 冰的高壓相實(shí)驗(yàn)、花崗巖熔融實(shí)驗(yàn)、巖石礦物組合熔融實(shí)驗(yàn)研究和可燃有機(jī)巖、石油、蒙脫石及巖石熱解實(shí)驗(yàn)、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(biāo)配）；

• 低溫范圍：到-100℃（特殊需求）； 

變溫臺(tái)

• 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℃）；

• 最大加熱速度：+150℃ /min；

• 最大制冷速度：-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(cè)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(jì)，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(cè)試要求；其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上則充分考慮了實(shí)驗(yàn)室條件下紅外、紫外、熒光測(cè)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(cè)。

• 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；

 

技術(shù)規(guī)格