拉曼光谱光栅 - 产品信息 - 相关知识

2025-01-10 10:53:00拉曼光谱光栅: 拉曼光谱光栅是拉曼光谱仪中的核心部件之一，它起到分光的作用，能够将入射光按照波长分散成不同的光谱线。该光栅采用高精度设计和制造工艺，具备优良的色散性能和分辨率，能够确保拉曼光谱的准确性和可靠性。通过拉曼光谱光栅，仪器可以检测到样品中分子的振动和转动信息，进而分析样品的化学组成和结构。拉曼光谱光栅广泛应用于材料科学、化学、生物、医药等领域，为科研和工业生产提供了重要的分析手段。

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拉曼光谱光栅问答

2024-12-02 14:31:18光栅光谱仪实验改进，光栅光谱测量实验报告: 光栅光谱仪作为一种重要的光谱分析工具，在物理、化学、材料科学等领域得到广泛应用。随着技术的不断发展和对实验精度要求的提升，光栅光谱仪的改进已成为科研人员关注的。本文将探讨光栅光谱仪实验中的改进措施，分析如何通过优化光谱仪结构、提高信号处理效率以及改善实验环境来提升光谱仪的整体性能和精度。光栅光谱仪的原理与应用光栅光谱仪的核心原理是利用光栅的衍射作用将光分解为不同波长的光线，通过测量光线的强度与波长关系来进行物质的定性与定量分析。在各种光谱仪中，光栅光谱仪以其高分辨率和高灵敏度的特点，广泛应用于光学研究、化学分析以及环境监测等多个领域。随着测量精度要求的提高，传统光栅光谱仪在某些实验中难以满足更高的标准，改进已成为一个亟待解决的问题。光栅光谱仪改进的关键方向光栅的优化与选择光栅作为光谱仪的核心部件，其质量直接影响仪器的性能。优化光栅的衍射效率是提高光谱仪分辨率和信噪比的关键。研究人员通过改进光栅的材料和表面结构，如采用高精度刻划技术或使用新型光栅材料（如金属薄膜光栅或光子晶体光栅），能够有效提高光栅的衍射效率，减少光谱仪的误差。在实际应用中，选择合适的光栅类型，能够提高波长范围的解析度，进一步提升实验的精度。光源的稳定性与选择光源的稳定性对光栅光谱仪的实验结果至关重要。为了提高实验的重复性和稳定性，许多研究者致力于改进光源系统。比如，采用激光二极管等高稳定性的光源，可以在宽频段内提供稳定的光信号，从而保证光谱数据的可靠性。结合智能调控技术，对光源的功率进行精确控制，避免因光源不稳定引起的测量误差。信号处理与数据分析的提升随着计算技术的进步，光栅光谱仪的数据处理能力得到显著提升。采用高效的信号处理算法和实时数据分析技术，能够快速提取实验数据中的有效信息，减少噪声干扰。利用现代计算方法，如傅里叶变换和多重迭代算法，可以提高光谱数据的分辨率和准确性，从而实现更为的光谱分析。实验环境的优化光栅光谱仪的实验精度不仅受到仪器本身的影响，还与实验环境密切相关。温度、湿度、振动等因素都会对光谱数据产生干扰。为了提高光谱仪的精度，研究人员通过改进实验室的环境控制系统，如采用恒温恒湿控制设备、减震平台等措施，有效降低环境因素对实验结果的影响，确保数据的准确性和可靠性。

2023-06-09 11:51:14为什么使用拉曼光谱进行过程监控？: 在分析、实验室和过程监控应用中，拉曼光谱是一种备受推崇的方法，它有着众多优势，而实时过程理解只是使用拉曼光谱的益处之一，它使得用户及时校正并提高过程效率，本文将深入探讨为什么拉曼光谱是过程监控的理想组件？什么是拉曼光谱技术？拉曼光谱是一种非侵入性分析技术，用于获取有关分子的化学和结构组成的信息。这种方法的工作原理是将激光光源对准样本，样本会发生光的散射。以不同波长散射的光构成拉曼光谱，可用于验证样本的化学特性，甚至量化样本浓度。拉曼光谱对过程监控有何益处？使用过程监控有几大原因。当制造商进行操作时，必须进行监控以确保过程准确、安全、可靠，并生产出所需的产品。过程监控工具在用于识别错误、故障或潜在风险成为质量问题之前也是必不可少的。Thermo Scientific™ Ramina™ 在线拉曼过程分析仪拉曼光谱凭借其主要优势，多年来在制药业的许多应用中占据一席之地。使用基于拉曼的过程分析技术（PAT）进行过程监控，尤其是在线监测，可提供有助于改进过程并确保其安全性的关键优势。此外，研究人员可以立即得到任何损坏或错误的通知，使他们能够实时进行校正。拉曼光谱不仅对分子的组成和结构极为敏感，而且还能准确表征样本。所有这些分析都无需任何制备工作或发生任何接触。其他一些受益包括：1 、易于设置：节省额外安装成本的时间和费用2、非破坏性：无需损坏样本，降低污染风险3、无需制备样本：节省宝贵的时间以用于开发或生产过程中的其他部分4、连续性：分析过程中无需停止或暂停5、高效率：提高对过程的理解和效率6、环境适应力强：适用于高温等恶劣环境对于有效和准确的过程监控，选择合适的分析仪至关重要。正确的分析仪应能实现精确且及时的简单、非破坏性的实时测量。过程分析仪应消除对冗长的样本制备方法的需求，降低污染风险，并最终帮助提升过程的速度和效率。

2022-11-15 19:20:42被誉为化学指纹的“拉曼光谱”，如何助推细胞培养基鉴定？

2023-06-26 14:45:03天美讲堂丨拉曼光谱仪中的光栅，您选对了吗？: 简介衍射光栅用于将多色光分离成其组成的波长。在拉曼光谱仪中，衍射光栅用于将收集的拉曼散射的组成波长分离到CCD相机的不同像素上进行检测。所有拉曼光谱仪需要至少一个衍射光栅，并且经常配置多个衍射光栅以允许用户对其样品和激发波长进行最佳的光栅选择。图1. 爱丁堡仪器拉曼光谱仪RMS1000（左）和RM5（右）当通过拉曼光谱分析样品时，可能需要多个激发源来覆盖用户样品的范围，例如，紫外、可见或近红外区域的激光。RM5拉曼光谱仪最多可内置三个激光器，RMS1000拉曼光谱仪最多可内置五个激光器，并可选择外置激光器。为了使用多个激光器，RM5和RMS1000的光谱仪可以容纳多达五个衍射光栅，从而使光栅最适合激光器的波长和用户的要求。用户可以从RM5和RMS1000上的Ramacle®软件（图2）的下拉菜单中选择光栅。选择后，光栅塔轮将自动移动到所选光栅，这意味着用户无需手动更换光栅。然后，Ramacle®将显示该光栅和激发激光器在波数和波长上可实现的光谱范围。在为拉曼光谱仪选择衍射光栅时，有四个主要考虑因素：光谱分辨率、光谱范围、闪耀波长和激发波长。图2. Ramacle®软件的测试界面，标记处显示光栅的选择光谱分辨率增加刻线密度增加光谱分辨率光栅具有固定的刻线密度（以每毫米刻线为单位，gr/mm），可控制光的色散。刻线密度越高，光谱分辨率越好，例如，1200 gr/mm光栅将提供比150 gr/mm光栅更高的光谱分辨率。图3显示了低和高刻线密度光栅对光的色散。较高刻线密度光栅将光传播到CCD的较大区域，增加了光谱分辨率。简单的经验法则是，当刻线数量加倍时，分辨率大致加倍。图3. 低和高刻线密度光栅对光的色散为了说明刻线密度对光谱分辨率的影响，使用五个衍射光栅和532nm激发波长测量了硅衬底上MoS2的光谱（图4）。MoS2的分析侧重于350-450 cm-1之间的两个峰。这些峰对于检测存在的MoS2的层数至关重要。使用300 gr/mm光栅，光谱分辨率不足以分辨两个单独的峰，仅可以看到单个宽特征。随着gr/mm的增加，我们看到两个单独峰的分辨率提高。这两个峰的分辨率越高，关于峰位置和层数的信息就越准确。这一测量说明了光谱分辨率的重要性。图4. 使用5个不同光栅获取的MoS2的拉曼光谱图4还显示了样品中硅峰的半峰宽（FWHM）值。Ramacle®可以提供FWHM值（峰值宽度为最大强度的一半），并在光谱上显示这些值。从300 gr/mm光栅开始，我们观察到的FWHM为22.9 cm-1。当使用1800 gr/mm的光栅时，该值降至4.8 cm-1，这突出了随着刻线密度的增加，光谱分辨率的提高。光谱范围增加刻线密度减小光谱范围改变光栅的刻线密度会影响所讨论的光谱分辨率，但也会影响光谱范围。将环己烷样品放置在比色皿支架中，使用所有五个光栅用638 nm激发进行分析（图5）。光谱再次显示了分辨率如何随着刻线密度的增加而增加，但现在也显示了高刻线密度的缺点，降低了光谱范围。光谱仪的光谱范围与光栅的刻线密度成反比。图5. 使用不同光栅和1800gr/mm光栅（品红色）扩展扫描的环己烷的拉曼光谱。插图显示了具有300 gr/mm和1800 gr/mm光栅的样品的高波数区域。上述光谱清楚地表明，随着刻线密度的增加，光谱范围减小。对于300 gr/mm，光谱范围达到约7400 cm-1，而1800 gr/mm光栅仅达到约1100 cm-1。因此，获取的拉曼光谱的光谱范围与分辨率之间存在固有的取舍。为了两全其美，RM5和RMS1000的Ramacle®软件具有一个称为扩展扫描的功能。在扩展扫描中，Ramacle®软件在衍射光栅的不同中心波长位置采集一系列光谱，然后将这些光谱自动拼接在一起，以在宽光谱范围内提供单个拉曼光谱。该功能使用户能够同时使用高gr/mm光栅实现高光谱分辨率和宽光谱范围。图5显示了拼接1800 gr/mm光谱（品红色）的示例，其范围高达~5000 cm-1。扩展扫描的缺点是采集时间的增加。由于光栅需要移动并采集多个光谱，采集时间将增加，对于上述示例（0-5000 cm-1），扩展扫描是将九个单个光谱拼接在一起。因此，如果曝光时间为1s，则最终光谱将需要9s才能获取。如图5中的插图所示，1800 gr/mm光栅的光谱分辨率提高，可以更好地分辨高波数区域的峰值，而分辨率较低的300 gr/mm光栅可以更快地进行测量。闪耀波长闪耀波长表示光栅优化的激发波长衍射光栅的效率总是与波长有关。最大衍射效率的波长称为闪耀波长。衍射光栅可以用不同的闪耀波长制造，以优化不同的波长区域。通常，可见光和近红外激光器可以使用具有相同闪耀波长的光栅，同时保持相似的效率；然而，当在“标准”拉曼激光器的极端使用激光器时，例如，≤325nm和≥1064nm激发，需要不同闪耀波长的光栅来优化光谱仪。例如，当光栅被称为“Blaze 300 nm”时，它将针对UV进行优化，而“Blaze 750 nm”将针对NIR进行优化。图6显示了两个600 gr/mm光栅的绝对效率曲线。一个具有550 nm的闪耀波长，非常适合可见光激光器，另一个750 nm，适合NIR激光器。曲线揭示了为什么闪耀波长很重要。如果用常用的785nm激光器激发，550nm闪耀光栅将仅具有约52%的效率。然而，NIR优化的光栅将具有约71%的高得多的效率。这将对所需的频谱质量和采集时间产生重大影响。图6. 突出显示了两个激光器（532nm和785nm）下，闪耀波长分别为550nm和750nm的两个600gr/mm光栅的绝对效率曲线。光致发光测量低刻线密度光栅可用于UV和可见激光器以获取PL光谱拉曼光谱仪也可用于测量光致发光（PL），通常使用UV或可见光激发。PL光谱通常非常宽，应选择低刻线密度光栅以获得尽可能宽的光谱范围。在图7所示的示例中，使用532 nm激光分析笔墨。通过使用300 gr/mm光栅，光谱范围可以覆盖1200 nm，这意味着用户可以很容易地看到700 nm处的PL峰。由于PL非常强，当使用300gr/mm光栅时，任何拉曼峰都会丢失到PL峰的强度中。然而，通过改变为1800gr/mm光栅，仍然可以观察到拉曼光谱。在这样做时，来自墨水的拉曼峰可以在没有PL干扰的情况下被分辨，因为它发生在PL峰或检测器饱和之前。以这种方式使用光栅的组合允许从样品中获得PL和拉曼光谱。图7. 使用300gr/mm（绿色）和1800gr/mm（红色）光栅获取的笔墨的PL和拉曼光谱激发波长UV和可见激光器适用于高刻线密度的光栅NIR激光器适用于低刻线密度的光栅可以认为光栅的色散功率在波长方面是恒定的；然而，拉曼光谱使用能量相关单位，波数（cm-1），表示入射光子的能量偏移。这意味着色散拉曼光谱仪的光谱分辨率随着激光激发波长的降低（即从红色到绿色再到蓝色）而降低。因此，当使用785nm激光器时，实现与532nm激光器相同分辨率所需的光栅将需要更少的gr/mm。此外，由于色散与波长有关，因此光栅可以在一个工作范围内成功运行。刻线密度为n的光栅的理论波长极限为λ=2/n。例如，2400 gr/mm光栅将被限制在光谱的绿色端，即可见光和紫外激光器，而3600 gr/mmm光栅在500nm后不会衍射太多，使其适合于UV激发，而不适合于NIR激发。图8显示了五个常用光栅的532 nm（绿色）和785 nm激光器（红色）的光谱范围。与可见光选项相比，近红外激光器的光谱范围明显减小。该图还显示了从50 cm-1开始的单次扫描和扩展扫描选项的范围。图8. 使用532nm和785nm激发的5个光栅的光谱范围拉曼光谱中使用的三种激光可以大致分为三个区域：紫外、可见光和近红外。对于UV激光器，建议使用高刻线密度光栅，例如2400 gr/mm和3600 gr/mmm，这主要是由于在较低波长下激发时光谱分辨率的固有降低。此外，UV激光器通常用于研究例如半导体样品中因应力和应变引起的小峰值变化，因此需要高光谱分辨率。当需要中高光谱分辨率时，可见激光通常与1200 gr/mm和1800 gr/mm光栅一起使用。然而，一些样品，如过渡金属二氢化物和石墨烯，可能会使用更高的刻线密度光栅来检测细微的光谱变化。对于UV和可见光激光器，如果用户对PL感兴趣，可以使用较低的刻线密度光栅来获取整个光谱，例如300 gr/mm和600 gr/mm。对于NIR激光器，推荐的光栅将具有较低的刻线密度，例如300 gr/mm和600 gr/mm。首先，这是光谱范围，如图8所示，具有近红外激光器的高刻线密度光栅所提供的范围非常有限。此外，如上所述，NIR激光器将固有地提供比UV或可见激光更好的光谱分辨率。这意味着使用具有低刻线密度光栅的近红外激光器仍将提供高光谱分辨率。关于近红外激光器的最后一点需要考虑的是拉曼强度和信噪比（SNR）。随着刻线密度的增加，仪器的拉曼通量将降低。这种效应发生在所有激发波长上；然而，这种效应对于NIR激光器尤其显著。拉曼散射强度与λ-4成正比，其中λ表示激光波长。因此，随着激光波长增加到近红外，拉曼强度将下降。光栅效应和波长效应的复合意味着在NIR中使用高刻线密度光栅对信噪比（SNR）特别有害，并且光谱将需要长的曝光时间。图9中的光谱来自使用785 nm激光和两个相同闪耀波长的光栅的药片。两个光栅之间的SNR差异在图9的红色框中突出显示（归一化后）。在这种情况下，300 gr/mm显然提供了更高的SNR。图9 上：具有相同曝光时间和两个不同光栅的药片的拉曼光谱。下：归一化光谱放大部分，显示了使用900 gr/mm光栅噪声增加。表1显示了拉曼光谱中最常用的两种激发波长532nm和785nm的光栅选择的简化摘要。请注意，这些光谱范围用于扩展扫描，最终光栅选择也将受到前面讨论的因素的影响。表1 532 nm和785 nm激发的光栅选择结论在拉曼光谱中选择光栅需要用户选择优先顺序。确保光栅在激发激光的正确波长下闪耀，这将获得尽可能高的效率。为测试选择必要的刻线密度，这将取决于所需的光谱分辨率和光谱范围。在选择光栅时，还需要考虑其他因素，如拉曼强度、采集时间和信噪比。爱丁堡仪器拉曼光谱仪可以容纳多达五个光栅，用户可以很容易地在其系统中填充一系列刻线密度和闪耀波长的光栅，以满足其应用需求，在分析样品时提供尽可能高的灵活性。